第3族元素

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第3族元素（だいさんぞくげんそ）とは周期表の第3カラムに属する元素。ただし、IUPACが周期表の公式な標準を定めていないため、採用する周期表により複数の異なる定義がある。

1. スカンジウム (₂₁Sc)、イットリウム (₃₉Y)、ランタン (₅₇La)、アクチニウム (₈₉Ac)
2. スカンジウム (₂₁Sc)、イットリウム (₃₉Y)、ルテチウム (₇₁Lu)、ローレンシウム (₁₀₃Lr)
3. スカンジウム (₂₁Sc)、イットリウム (₃₉Y)、ランタノイド (₅₇La-₇₁Lu)、アクチノイド (₈₉Ac-₁₀₃Lr)
4. スカンジウム (₂₁Sc)、イットリウム (₃₉Y)

以下では、3.のグループについて述べる。

スカンジウム族とも呼ばれる。スカンジウム族にも、第3族と同様に意味の曖昧さがある。

スカンジウム、イットリウム、ランタノイド（アクチノイドは含まない）は、希土類元素（レアアース）と総称される。

第3族は第1族や第2族と異なり、閉殻になっていないd軌道（あるいはf軌道）を持つことから遷移元素として取り扱われる。

${\displaystyle {\ce {(n-1)d^1ns^2}}}$の電子配置を持つ。3価の陽イオンとなりやすい。

内殻電子に不対電子や空軌道を持つ電子構造を有する。（dブロック元素、fブロック元素）

		電子配置	第1イオン化エネルギー (kJ mol-1)	第2イオン化エネルギー (kJ mol-1)	第3イオン化エネルギー （kJ mol-1）	電子親和力 （電子ボルト）	電気陰性度 (Allred-Rochow)	イオン半径 (pm; M3+)	金属結合半径 (pm)	融点 (K)	沸点 (K)	酸化還元 電位 E0 (V)
スカンジウム ${\displaystyle {\ce {_21Sc}}}$		[Ar]3d14s2	631.0	1235	2389	0.188	1.20	88 （6配位） 101 （8配位）	163	1814	3103	-2.03
イットリウム ${\displaystyle {\ce {_39Y}}}$		[Kr]4d15s2	615.6	1181	1980	0.307		104 （6配位） 116 （8配位）	178	1799	3609	-2.37
ランタノイド	ランタン ${\displaystyle {\ce {_57La}}}$	[Xe]5d16s2	538.1	1067	1850	0.5	108	117 （6配位） 130 （8配位）	1.87	1193	3730	-2.37
	セリウム ${\displaystyle {\ce {_58Ce}}}$	[Xe]4f15d16s2	534.4	1047	1949	<0.5	1.06	115 （6配位） 128 （8配位）	183	1071	3699	-2.34
	プラセオジム ${\displaystyle {\ce {_59Pr}}}$	[Xe]4f36s2	527.2	1018	2086	<0.5	1.07		182	1204	3793
	ネオジム ${\displaystyle {\ce {_60Nd}}}$	[Xe]4f46s2	533.1	1034		<0.5	1.07	112 （6配位）	181	1297	3373	-2.32
	プロメチウム ${\displaystyle {\ce {_61Pm}}}$	[Xe]4f56s2	538.6	1052		<0.5			180	1373	3273
	サマリウム ${\displaystyle {\ce {_62Sm}}}$	[Xe]4f66s2	544.5	1068		<0.5			179	1345	2076	-2.30
	ユウロピウム ${\displaystyle {\ce {_63Eu}}}$	[Xe]4f76s2	547.1	1085		<0.5		109 （6配位）	198	1099	1800	-1.99
	ガドリニウム ${\displaystyle {\ce {_64Gd}}}$	[Xe]4f75d16s2	593.4	1170		<0.5		108 （6配位）	179	1585	3523
	テルビウム ${\displaystyle {\ce {_65Tb}}}$	[Xe]4f96s2	565.8	1112		<0.5			176	1629	3503
	ジスプロシウム ${\displaystyle {\ce {_66Dy}}}$	[Xe]4f106s2	573.0	1126		<0.5		105 （6配位）	175	1680	2840
	ホルミウム ${\displaystyle {\ce {_67Ho}}}$	[Xe]4f116s2	581.0	1139		<0.5			174	1743	2968
	エルビウム ${\displaystyle {\ce {_68Er}}}$	[Xe]4f126s2	589.3	1151		<0.5			173	1795	3136
	ツリウム ${\displaystyle {\ce {_69Tm}}}$	[Xe]4f136s2	596.3	1163	2288	<0.5			172	1818	2220
	イッテルビウム ${\displaystyle {\ce {_70Yb}}}$	[Xe]4f146s2	603.4	1174	2430	<0.5			194	1097	1467	-2.22
	ルテチウム ${\displaystyle {\ce {_71Lu}}}$	[Xe]4f145d16s2	523.5	1340		<0.5	114	100 （6配位）	1.72	1925	3675
アクチノイド	アクチニウム ${\displaystyle {\ce {_89Ac}}}$	[Rn]6d17s2	499	1170				126 （6配位）	188	1323	3473	-2.13
	トリウム ${\displaystyle {\ce {_90Th}}}$	[Rn]6d27s2	587	1110	1930		1.11	108 （6配位）	180	2028	5061
	プロトアクチニウム ${\displaystyle {\ce {_91Pa}}}$	[Rn]5f26d17s2	568						161	2113	4300
	ウラン ${\displaystyle {\ce {_92U}}}$	[Rn]5f36d17s2	597.3				1.22	117 （6配位）	138	1405	2070	-1.80
	ネプツニウム ${\displaystyle {\ce {_93Np}}}$	[Rn]5f46d17s2	604.6						130	910	4273	-1.83
	プルトニウム ${\displaystyle {\ce {_94Pu}}}$	[Rn]5f67s2	560				1.22	114 （6配位）	160	913	3503	-2.00
	アメリシウム ${\displaystyle {\ce {_95Am}}}$	[Rn]5f77s2	580						181	1449	2284	-2.07
	キュリウム ${\displaystyle {\ce {_96Cm}}}$	[Rn]5f76d17s2	588							1618
	バークリウム ${\displaystyle {\ce {_97Bk}}}$	[Rn]5f97s2	608							1323
	カリホルニウム ${\displaystyle {\ce {_98Cf}}}$	[Rn]5f107s2	610							1173
	アインスタイニウム ${\displaystyle {\ce {_99Es}}}$	[Rn]5f117s2	629							1133
	フェルミウム ${\displaystyle {\ce {_100Fm}}}$	[Rn]5f127s2	641
	メンデレビウム ${\displaystyle {\ce {_101Md}}}$	[Rn]5f137s2	650
	ノーベリウム ${\displaystyle {\ce {_102No}}}$	[Rn]5f147s2	660
	ローレンシウム ${\displaystyle {\ce {_103Lr}}}$	[Rn]5f147s27p1	470

第3族元素は+3価（あるいは+2価）の状態を取り易く、化学的性質も互いによく似ている。中でもイットリウムはジスプロシウムやホルミウムとよく似ている。

相違点を挙げると、スカンジウムはある程度アルミニウムとの類似性を示し、共有結合半径もイオン半径も、どのランタノイド元素よりも小さい。またスカンジウムの酸化物の塩基性はランタノイド元素の酸化物より弱く、スカンジウムの塩化物はランタノイド元素の酸化物より揮発性が高い。

一方、イットリウムの共有結合半径もイオン半径もジスプロシウムやホルミウムとほぼ同じで、水酸化物の塩基性など化学的性質も両者によく似ている。

アクチノイド元素もランタノイド元素と性質がよく似ているが、+5価以上の高次酸化状態を取りやすい傾向がある。またランタノイド元素やアクチノイド元素のイオンは有色のものが多く、それらイオンの大半が常磁性を示す（La³⁺、Ce⁴⁺、Yb²⁺、Lu³⁺が常磁性を示さない）。

1. 化学便覧 基礎編, 日本化学会編, 改訂5版, 丸善
2. R.B.ヘスロップ, K. ジョーンズ, 無機化学, 東京化学同人

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