Unsur golongan 3
Lawrencium pertama kali disintesis oleh Albert Ghiorso dan timnya pada tanggal 14 Februari 1961, di Lawrence Radiation Laboratory (sekarang disebut Lawrence Berkeley National Laboratory) di University of California di Berkeley, California, Amerika Serikat. Atom lawrencium pertama diproduksi dengan membombardir tiga miligram target yang mengandung tiga isotop unsur californium dengan inti boron-10 dan boron-11 dari "Heavy Ion Linear Accelerator" (HILAC). Nuklida 103 adalah yang pertama dilaporkan, namun
kemudian direvisi menjadi 103. Tim di University of California menyarankan nama "lawrencium" (sesuai nama Ernest O. Lawrence, penemu siklotron akselerator partikel) dan simbol "Lw", untuk unsur baru, tapi "Lw" tidak diadopsi, bahkan "Lr" secara resmi diterima sebagai gantinya. Peneliti fisika nuklir di Dubna, Uni Soviet (sekarang Rusia), melaporkan pada tahun 1967 bahwa mereka tidak dapat
mengkonfirmasi data ilmuwan Amerika untuk 103. Dua tahun sebelumnya, tim Dubna melaporkan 103. Pada tahun 1992, Kelompok Kerja Trans-fermium IUPAC secara resmi mengenali unsur 103, mengkonfirmasi penamaannya sebagai lawrencium, dengan simbol "Lr", dan menamai tim fisika nuklir di Dubna dan Berkeley sebagai ko-penemu lawrencium.
Sejauh ini, tidak ada percobaan yang dilakukan untuk mensintesis unsur yang bisa menjadi unsur golongan 3 berikutnya; jika lutetium dan lawrencium dianggap sebagai unsur golongan 3, maka unsur berikutnya dalam golongan harus unsur 153, unpenttrium (Upt). Namun, setelah unsur 120, pengisian konfigurasi elektronik berhenti mematuhi prinsip Aufbau. Menurut prinsipnya,
unpenttrium harus memiliki konfigurasi elektronik [Og]8s5g6f7d dan pengisian subkelopak 5 g harus dihentikan pada unsur 138. Namun, orbital-7d dihitung mulai diisi pada unsur 137, sementara subkelopak 5 g ditutup hingga unsur 144, setelah pengisian subkulit 7d dimulai. Oleh karena itu, sulit untuk menghitung unsur mana yang harus menjadi unsur kelompok 3 berikutnya.
Perhitungan menunjukkan bahwa unpentpentium (Upp, unsur 155) juga bisa menjadi unsur golongan 3 berikutnya. Jika unsur lantanum dan aktinium dianggap sebagai unsur golongan 3, maka unsur 121, unbiunium (Ubu), harus merupakan unsur kelima golongan 3. Unsur yang dihitung memiliki konfigurasi elektronik [Og]8s8p, yang tidak terkait dengan logam transisi, tanpa subkelopak-d yang
terisi sebagian. Tidak ada percobaan yang dilakukan untuk menciptakan unpenttrium, unbiunium atau unsur yang dapat dianggap sebagai unsur golongan 3 berikutnya; namun, unbiunium adalah unsur dengan nomor atom terendah yang belum pernah dicoba diciptakan dan karenanya memiliki peluang untuk terjadi, sementara unpenttrium, unpentpentium atau unsur lainnya yang dipertimbangkan
jika didahului oleh lawrencium sangat tidak mungkin diciptakan karena ketidakstabilan tetesan yang menyiratkan bahwa tabel periodik akan segera berakhir setelah pulau kestabilan pada unbihexium.
Seperti golongan lain, anggota keluarga ini menunjukkan pola dalam konfigurasi elektron mereka, terutama kelopak terluar, yang menghasilkan tren perilaku kimia. Namun, lawrencium adalah pengecualian, karena elektron terakhir dialihkan ke subkelopak 7p karena efek relativistik.
Sebagian besar kimianya telah diamati hanya untuk tiga anggota golongan pertama; sifat kimia dari aktinium dan terutama lawrencium tidak dicirikan dengan baik. Unsur yang tersisa dari golongan ini (skandium, itrium, lutetium) adalah logam reaktif dengan titik leleh tinggi (masing-masing 1541 °C, 1526 °C, 1652 °C). Mereka biasanya teroksidasi ke tingkat oksidasi +3,
meskipun skandium, yttrium dan lantanum dapat membentuk tingkat oksidasi yang lebih rendah. Reaktivitas unsur tersebut, terutama yttrium, tidak selalu jelas karena pembentukan lapisan oksida yang stabil, yang mencegah reaksi lebih lanjut. Skandium (III) oksida, yttrium (III) oksida, lantanum (III) oksida dan lutetium (III)
oksida adalah padatan putih bertitik lebur tinggi. Yttrium (III) oksida dan lutetium (III) oksida menunjukkan sifat basa lemah, namun skandium (III) oksida bersifat amfoter. Lantanum (III) oksida bersifat basa kuat.
Unsur yang menunjukkan ion tripositif dengan konfigurasi elektronik gas mulia (skandium, yttrium, lantanum, aktinium) menunjukkan kecenderungan yang jelas pada sifat fisikanya, seperti kekerasan. Pada saat yang bersamaan, jika golongan 3 dilanjutkan dengan lutetium dan lawrencium, beberapa tren dipatahkan. Misalnya, skandium dan yttrium adalah logam lunak. Lantanum
juga lunak; semua unsur ini memiliki elektron terluar yang cukup jauh dari inti atom dibandingkan dengan muatan inti mereka. Akibat dari kontraksi lantanida, lutetium, unsur terakhir dalam deret lantanida, memiliki jari-jari atom yang secara signifikan lebih kecil dan muatan inti yang lebih tinggi, sehingga membuat ekstraksi elektron dari atom untuk membentuk ikatan
logam lebih sulit, dan dengan demikian membuat logam lebih keras. Namun, lutetium lebih cocok dengan unsur sebelumnya di beberapa sifat lainnya, seperti titik lebur dan titik didih. Sangat sedikit yang diketahui tentang lawrencium, dan tidak ada sifat fisiknya yang telah dikonfirmasi.
Hal yang masih diperdebatkan adalah dimasukkannya lantanum dan aktinium ke dalam golongan 3, bukannya lutetium dan lawrencium. Kelompok blok-d lainnya terdiri dari empat logam transisi, dan golongan 3 terkadang dianggap mengikutinya. Scandium dan yttrium selalu diklasifikasikan sebagai unsur golongan 3, namun kontroversi unsur apa yang harus mengikuti mereka dalam golongan 3,
lantanum dan aktinium atau lutetium dan lawrencium. Scerri telah mengusulkan sebuah resolusi terhadap perdebatan ini dengan merujuk pada tabel 32 kolom dan mempertimbangkan opsi yang menghasilkan urutan kenaikan nomor atom secara sekuensial berkelanjutan. Dengan demikian ia menemukan bahwa golongan 3 harus terdiri dari Sc, Y, Lu, Lr. Definisi IUPAC saat ini untuk istilah
"lantanoida" mencakup lima belas unsur termasuk lantanum dan lutetium, serta "unsur transisi", dan berlaku untuk lantanum dan aktinium, serta lutetium tapi "tidak" untuk lawrencium, karena tidak mengikuti prinsip Aufbau. Biasanya, elektron ke-103 akan memasuki subkelopak-d, namun penelitian mekanika kuantum telah menemukan bahwa konfigurasi sebenarnya
adalah [Rn]7s5f7p karena efek relativistik. Oleh karenanya IUPAC tidak merekomendasikan format spesifik untuk tabel periodik blok-f segaris, sehingga meninggalkan perselisihan terbuka.Varian La dan Ac tetap menjadi yang paling umum dalam literatur, walaupun ada beberapa seruan untuk mengubah menjadi varian Lu dan Lr. Dalam hal perilaku kimia, dan tren sifat menuruni golongan 3
seperti titik lebur, elektronegativitas dan jari-jari ion, skandium, yttrium, lantanum dan aktinium mirip dengan konterpart mereka di golongan 1-2. Dalam varian ini, jumlah elektron "f" pada ion blok-f yang paling umum (trivalen) secara konsisten sesuai dengan posisi mereka di blok-f. Sebagai contoh, elektron-f terhitung untuk ion trivalen dari tiga unsur blok-f pertama adalah Ce 1, Pr 2 dan Nd 3.
Skandium, yttrium, lantanum dan lutetium cenderung terjadi bersama-sama dengan lantanida lainnya (kecuali prometium) di dalam kerak bumi, dan seringkali sulit diekstraksi dari bijihnya. Kelimpahan unsur dalam kerak bumi untuk golongan 3 relatif rendah- semua unsur dalam golongan ini tidak umum, unsur golongan 3 yang paling melimpah adalah yttrium dengan
kelimpahan sekitar 30 ppm; kelimpahan skandium adalah 16 ppm, sementara lutetium sekitar 0.5 ppm. Kelimpahan lantanum lebih besar, sekitar 35 ppm. Sebagai perbandingan, kelimpahan tembaga, kromium dan molibdenum masing-masing adalah 50, 160, dan 1.5 ppm.