3족 원소

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 원시 원소 인공 원소 원자 번호 색상:

3족은 주기율표의 첫 전이 금속이 속하는 족이다. 이 족은 희토류 원소와 밀접한 관련이 있다. 이 족에는 스칸듐 (Sc), 이트륨 (Y), 루테튬 (Lu), 로렌슘 (Lr)의 네 가지 원소가 있다. 3족은 가장 가벼운 원소의 이름을 따서 스칸듐족 또는 스칸듐 계열이라고도 불린다.

3족 원소의 화학은 초기 전이 금속의 전형적인 특징을 보인다. 이들은 모두 기본적으로 +3의 산화 상태만 주요하게 가지며, 이전 주족 금속과 마찬가지로 상당히 전기 양성이고 배위 화학이 다양하지 않다. 란타넘족 수축 효과로 인해 이트륨과 루테튬은 특성이 매우 유사하다. 이트륨과 루테튬은 본질적으로 무거운 란타넘족 원소의 화학적 특성을 가지지만, 스칸듐은 작은 크기 때문에 여러 가지 차이를 보인다. 이는 초기 전이 금속 족의 패턴과 유사하며, 가장 가벼운 원소가 매우 유사한 다음 두 원소와는 구별된다.

모든 3족 원소는 원자 번호가 증가하면 경도가 증가하지만 그럼에도 상당히 부드럽고 은백색의 금속이다. 3족 원소는 공기 중에서 빠르게 변색되고 물과 반응하지만, 반응성은 산화막 형성으로 인해 가려진다. 이 중 처음 세 가지는 자연적으로 발생하며, 특히 이트륨과 루테튬은 유사한 화학적 특성 때문에 거의 항상 란타넘족 원소와 함께 발견된다. 로렌슘은 강한 방사능을 띠는 원소로, 자연적으로 발생하지 않으며 인공 합성으로 생산되어야 하지만 관측 및 이론적으로 예측된 특성은 루테튬의 무거운 동족체임을 뒷받침한다. 3족 원소 중 어떤 것도 생물학적 역할을 하지 않는다.

역사적으로 때때로 란타넘 (La)과 악티늄 (Ac)이 루테튬과 로렌슘 대신 이 족에 포함되기도 했는데, 이는 많은 희토류 원소의 전자 배열이 처음에는 잘못 측정되었기 때문이다. 이 버전의 3족은 아직도 교과서에서 흔히 발견되지만, 이 주제에 집중하는 대부분의 저자는 이에 반대한다. 많은 저자들은 이트륨 아래 공간을 비워둠으로써 두 가지 형식 사이에서 절충하려고 시도하지만, 이는 f-구역이 14개(f-부껍질의 최대 점유율)가 아닌 15개 원소 너비가 되는 결과를 초래하므로 양자역학과 모순된다.

 구성 

물리적, 화학적, 전자적 증거는 3족의 정확한 원소가 스칸듐, 이트륨, 루테튬, 로렌슘임을 압도적으로 지지한다.Rothbaum, J. O.; Motta, A.*; Kratish, Y.*; Marks, T.J.* Chemodivergent Organolanthanide Catalyzed C-H a-Mono-Borylation of Pyridines. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 17086-17096: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06844 이것이 3족 문제를 고려한 대부분의 화학자와 물리학자가 채택한 분류이다. 1988년 IUPAC 보고서에서 지지되었으며 2021년에 재확인되었다. 그러나 많은 교과서에서는 스칸듐, 이트륨, 란타넘, 악티늄을 포함하는 3족을 보여주는데 이는 역사적으로 잘못 측정된 전자 배열에 기반한 형식이다. 레프 란다우와 예브게니 립시츠는 이미 1948년에 이를 "부정확하다"고 보았지만, 이 문제는 1982년 윌리엄 B. 젠슨이 언급하며 광범위한 논쟁의 대상이 되었다.

이트륨 아래 공간은 종종 세 번째 옵션으로 비워두는데 이 형식이 3족이 스칸듐과 이트륨만 포함하는지, 아니면 모든 란타넘족과 악티늄족 원소도 포함하는지에 대한 문헌상의 혼란이 있다. 어느 쪽이든, 이 형식은 f-부껍질에 14개의 전자만 들어갈 수 있지만 주기율표에서는 15개 원소 너비의 f-구역을 생성하여 양자 물리학과 모순된다. 2021년 IUPAC 보고서는 15개 원소 너비의 f-구역이 초악티늄족 원소의 특성에 초점을 맞춘 상대론적 양자역학의 특정 분야 일부 실무자가 지지한다고 언급했지만, 이 프로젝트의 의견은 그러한 관심 의존적 우려가 주기율표가 "일반 화학 및 과학 공동체"에 제시되는 방식에 영향을 미쳐서는 안 된다는 것이었다. 실제로, Lu 및 Lr 화합물에 대한 상대론적 양자역학적 계산은 두 원소 모두에서 원자가 f-궤도를 발견하지 못했다. 초악티늄족 원소에 초점을 맞춘 다른 저자는 "f-구역의 15번째 항목은 f-구역 삽입물의 위치를 나타내기 위해 비워둔 d-구역의 첫 번째 슬롯을 나타낸다"고 명확히 했는데, 이는 이 형식이 여전히 Lu와 Lr(문제의 15번째 항목)을 Sc와 Y 아래의 d-구역 원소로 가지고 있음을 의미한다. 실제로, IUPAC 출판물이 테이블을 32개 열로 확장할 때, 그들은 이를 명확히 하고 Lu와 Lr을 Y 아래에 배치한다.

2021년 IUPAC 보고서에서 언급했듯이 Sc-Y-Lu-Lr은 원자 번호의 순서를 보존하고, d-구역을 "두 개의 매우 불균일한 부분"으로 나누는 것을 피하며, 양자역학이 요구하는 정확한 블록 너비(2, 6, 10, 14)를 동시에 허용하는 유일한 형식이다. Sc-Y-La-Ac에 대한 주장은 문헌에서 여전히 찾을 수 있지만 많은 저자는 이를 논리적으로 일관성이 없다고 간주한다. 예를 들어, 란타넘과 악티늄은 원자가 f-부껍질을 채우기 시작하지 않았기 때문에 f-구역 원소가 될 수 없다고 주장되어 왔다. 그러나 동일한 주장은 f-구역 원소로 논쟁의 여지가 없는 토륨에도 적용되며, 이 주장은 다른 문제점을 간과한다. 즉, f-껍질은 이터븀과 노벨륨에서 채워지는 것이 완료되며(Sc-Y-Lu-Lr 형식과 일치), 루테튬과 로렌슘에서 끝나지 않는다는 것이다(Sc-Y-La-Ac 형식처럼). 란타넘, 악티늄, 토륨은 단순히 마델룽 규칙의 예외 사례일 뿐이다. 이러한 예외는 소수의 원소(118개 중 20개만)만을 대표할 뿐만 아니라, 주기율표에서 다른 원소의 위치를 정하는 데 관련이 있다고 간주된 적이 없다. 기체 원자에서 d-껍질은 구리(3d104s1), 팔라듐(4d105s0), 금(5d106s1)에서 껍질이 다 차게 되지만 화학자는 이러한 배열이 예외적이며 d-구역은 아연(3d104s2), 카드뮴(4d105s2), 수은(5d106s2)에서 마델룽 규칙에 따라 실제로 끝난다는 것을 보편적으로 받아들인다. 배치를 위한 관련 사실은 란타넘과 악티늄(토륨처럼)은 화학적 환경에서 점유될 수 있는 원자가 f-궤도를 가지는 반면, 루테튬과 로렌슘은 그렇지 않다는 것이다. 이들의 f-껍질은 핵 내부에 있어 화학 반응에 사용될 수 없다. 따라서 이트륨과 란타넘의 관계는 크로뮴과 우라늄의 관계와 같이 같은 수의 원자가 전자를 가지지만 다른 종류의 원자가 궤도를 가지는 원소들 간의 부차적인 관계인 반면, 이트륨과 루테튬의 관계는 원자가 전자 수와 원자가 궤도 유형을 모두 공유하는 일차적인 관계이다.

 역사 
3족 원소의 발견은 희토류 원소의 발견과 밀접하게 연결되어 있으며, 희토류 원소는 자연에서 보편적으로 함께 발견된다. 1787년, 스웨덴의 아마추어 화학자 칼 악셀 아레니우스는 스웨덴 스톡홀름 군도의 위테르뷔 마을 근처에서 무거운 검은 바위를 발견했다. 그는 이 바위가 새로 발견된 텅스텐을 포함하는 미지의 광물이라고 생각하여Emsley 2001, p. 496 위테르바이트라고 이름 붙였다. 핀란드 과학자 요한 가돌린은 1789년에 아레니우스의 시료에서 새로운 산화물 또는 "흙"을 발견했으며, 1794년에 완성된 분석 결과를 발표했다. 1797년에 이 새로운 산화물은 이트리아(yttria)라고 명명되었다.Greenwood and Earnshaw, p. 944 프랑스 과학자 앙투안 라부아지에가 화학 원소의 첫 현대적 정의를 개발한 이후 수십 년 동안, 흙은 그 원소로 환원될 수 있다고 믿어졌는데 이는 새로운 흙의 발견이 그 안에 있는 원소의 발견과 동등하다는 것을 의미하며 이 경우 이트륨이었을 것이다. 1920년대 초까지 원소 기호 "Yt"가 사용되었고, 그 후 "Y"가 일반적으로 사용되었다. 불순한 이트륨 금속은 1828년 프리드리히 뵐러가 무수 염화 이트륨(III)을 칼륨과 함께 가열하여 금속 이트륨과 염화 칼륨을 형성하면서 처음으로 제조되었다. 사실 가돌린의 이트리아는 많은 금속 산화물의 혼합물임이 밝혀졌고, 이는 희토류 원소 발견의 역사의 시작으로 이어진다.

1869년, 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프는 자신의 주기율표를 발표했는데, 이트륨 위에 미지의 원소를 위한 빈 공간이 있었다. 멘델레예프는 에카-붕소라고 불렀던 이 가상의 원소에 대해 몇 가지 예측을 했다. 그 무렵 가돌린의 이트리아는 이미 여러 차례 분리되었는데, 1843년 스웨덴 화학자 칼 구스타프 모산데르가 이트리아가 분리되었던 것처럼 위테르뷔의 이름을 따서 테르비아(terbia)와 에르비아(erbia)라는 두 가지 흙을 더 분리해냈고 1878년에는 스위스 화학자 장 샤를 갈리사르 드 마리냐크가 테르비아와 에르비아를 다시 여러 흙으로 분리했다. 이 중에는 스웨덴 화학자 라르스 프레드리크 닐손이 1879년에 성공적으로 분리하여 또 다른 새로운 원소를 발견한 이터비아(ytterbia, 오래된 에르비아의 한 성분)가 있었다. 그는 "스칸디나비아"를 뜻하는 라틴어 스칸디아(Scandia)에서 이름을 따서 스칸듐이라고 명명했다. 닐손은 멘델레예프의 예측을 알지 못했던 것으로 보이지만, 페르 테오도르 클레베는 그 연관성을 알아보고 멘델레예프에게 통보했다. 스칸듐에 대한 화학 실험은 멘델레예프의 제안이 옳았음을 증명했으며, 갈륨과 저마늄의 발견 및 특성 규명과 함께 주기율표 전체와 주기율의 정확성을 입증했다. 금속 스칸듐은 1937년 칼륨, 리튬, 염화 스칸듐의 공융 혼합물을 700–800 °C에서 전기 분해하여 처음으로 생산되었다. 스칸듐은 이트륨이 발견된 동일한 광석에 존재하지만 훨씬 더 희귀하며 아마도 그 이유로 발견되지 않았을 것이다.

마리냐크의 이터비아의 나머지 성분 역시 화합물임이 밝혀졌다. 1907년, 프랑스 과학자 조르주 위르뱅, 오스트리아 광물학자 남작 칼 아우어 폰 벨스바흐, 미국 화학자 찰스 제임스는 모두 이터비아 내에서 새로운 원소를 독립적으로 발견했다. 벨스바흐는 자신의 새로운 원소에 대해 카시오페이아자리를 따서 카시오페움(cassiopeium)이라는 이름을 제안했고, 반면 위르뱅은 파리의 라틴어 이름인 루테시아(Lutetia)에서 따서 루테슘(lutecium)이라는 이름을 선택했다. 발견의 우선권에 대한 논쟁은 위르뱅과 폰 벨스바흐가 서로 상대방의 공개된 연구에 영향을 받아 결과를 발표했다고 비난하는 두 기사에서 기록되어 있다. 1909년에 새로운 원소의 이름 할당을 담당했던 원자량 위원회는 위르뱅에게 우선권을 부여하고 그의 이름을 공식 명칭으로 채택했다. 이 결정의 명백한 문제점은 위르뱅이 위원회 4명 중 한 명이었다는 것이다. 1949년에 71번 원소의 이름은 루테슘으로 변경되었다. 이후 위르뱅이 자신의 루테슘을 더 분리하려던 시도와 관련된 연구에서 루테슘은 새로운 71번 원소의 흔적만을 포함하고 있었으며, 폰 벨스바흐의 카시오페움만이 순수한 71번 원소였다는 것이 밝혀졌다. 이러한 이유로 많은 독일 과학자는 1950년대까지 이 원소에 대해 카시오페움이라는 이름을 계속 사용했다. 아이러니하게도 우선권 논쟁에서 겸손하게 물러나 있었던 찰스 제임스는 다른 사람보다 훨씬 더 큰 규모로 작업했으며, 당시 가장 많은 양의 루테슘을 보유하고 있었음이 틀림없다. 루테슘은 마지막으로 발견된 안정적인 희토류 원소이다. 100년 이상의 연구를 통해 가돌린의 원래 이트륨은 이트륨, 스칸듐, 루테슘, 그리고 7개의 다른 새로운 원소로 분리되었다.

로렌슘은 이 족에서 자연적으로 발견되지 않는 유일한 원소이다. 1961년 2월 14일, 미국 캘리포니아 대학교 버클리의 로렌스 방사선 연구소(현재 로런스 버클리 국립연구소)에서 앨버트 기오소와 산하 연구진이 처음으로 합성했을 가능성이 높다. 로렌슘의 첫 원자들은 중이온 선형 가속기(HILAC)에서 붕소-10 및 붕소-11 원자핵을 사용하여 세 가지 캘리포늄 동위 원소로 구성된 3 mg 표적을 충격시키며 생성되었다. 257103 핵종이 원래 보고되었다. 캘리포니아 대학교 팀은 새로운 원소에 대해 로렌슘(어니스트 O. 로렌스, 사이클로트론 입자 가속기 발명가 이름을 따서)이라는 이름과 "Lw"라는 기호를 제안했다. IUPAC는 이들의 발견을 받아들였지만, 기호를 "Lr"로 변경했다. 1965년, 소련(현재 러시아) 두브나의 핵물리학 연구원들은 256103을 보고했으며,Translated in  1967년에는 257103에 대한 미국 과학자의 데이터를 확인할 수 없었다고 보고하며, 새로운 원소에 "러더포듐"이라는 이름을 제안했다. 두브나 그룹은 버클리 연구진의 발견에 대한 IUPAC 승인이 성급했다고 비판했다. 1971년, 버클리 그룹은 103번 원소 동위 원소의 핵 붕괴 특성을 측정하기 위한 일련의 실험을 수행했으며, 이 실험에서 버클리와 두브나의 이전 모든 결과가 확인되었지만, 1961년 버클리에서 처음 보고된 257103 동위 원소는 258103으로 밝혀졌다. (Note: for Part I see Pure Appl. Chem., Vol. 63, No. 6, pp. 879–886, 1991) 1992년, IUPAC 트랜스페르뮴 연구단은 두브나와 버클리의 핵물리학 연구진을 103번 원소의 공동 발견자로 지정했다. 1997년 IUPAC가 100번 이후 원소의 명칭에 대한 최종 결정을 내렸을 때 103번 원소에 대해서는 오랫동안 사용되어온 "로렌슘"이라는 이름과 "Lr" 기호를 유지하기로 결정했다. "러더포듐"이라는 이름은 버클리 팀이 제안했던 다음 원소인 104번 원소에 할당되었다.

 특성 

 화학적 특성 
+ 3족 원소의 전자 배열   원소  껍질당 전자 수  전자 배열 21  Sc, 스칸듐        39  Y, 이트륨      71  Lu, 루테튬      103  Lr, 로렌슘    

다른 족과 마찬가지로, 이 족의 구성원은 전자 배열, 특히 최외각 껍질에서 패턴을 보여 화학적 거동의 경향이 비슷한 양상을 보인다. 높은 원자 번호에 대해 중요해지는 상대론적 효과로 인해 로렌슘의 배열은 예상되는 6d 대신 불규칙한 7p 점유를 가지지만, 일반적인 [Rn]5f146d17s2 배열은 에너지적으로 충분히 낮아 나머지 족과의 유의미한 차이는 관찰되지 않거나 예상되지 않는다.

대부분의 화학적 특성은 이 족의 처음 세 원소에서만 관찰되었다. 로렌슘의 화학적 특성은 잘 알려져 있지 않지만, 알려진 바와 예측된 바는 루테튬의 더 무거운 동족체로서의 위치와 일치한다. 이 족의 나머지 원소(스칸듐, 이트륨, 루테튬)는 상당히 전기 양성이다. 이들은 반응성 금속이지만, 안정적인 산화물 층 형성으로 인해 추가 반응이 막혀 명확하게 나타나지 않는다. 이 금속은 쉽게 연소하여 산화물을 생성하며,Greenwood and Earnshaw, pp. 964–5 이는 흰색의 고융점 고체이다. 이들은 일반적으로 +3 산화수로 산화되며, 이 상태에서 주로 이온성 화합물을 형성하고 주로 양이온성 수용액 화학을 보인다. 이런 점에서 이들은 란타넘족 원소와 유사하지만, 란타넘에서 이터븀까지의 4f 원소의 화학적 특성을 특징짓는 f 궤도의 관여는 부족하다. 따라서 안정적인 3족 원소는 종종 4f 원소와 함께 소위 희토류로 분류된다.

이 족에서는 대부분의 전이 금속 특성이 나타나지 않는데, 이는 4족과 5족의 더 무거운 원소에서도 마찬가지이다. 즉, 전형적인 산화 상태는 하나뿐이며 배위 화학은 그다지 다양하지 않다(M3+ 이온의 큰 크기 때문에 높은 배위수는 흔하다). 그럼에도 불구하고 낮은 산화 상태 화합물도 제조될 수 있으며 일부 사이클로펜타다이에닐 착물 화학도 알려져 있다. 따라서 3족 원소의 화학은 주로 원자 반지름으로 구별된다. 이트륨과 루테튬은 매우 유사하지만,The Heavy Transition Metals, p. 3 스칸듐은 가장 염기성이 낮고 최고의 착물 형성제로서 일부 특성에서 알루미늄에 접근한다. 이들은 자연적으로 희토류 원소와 함께 3가 원소 계열에 속한다. 이트륨은 염기성에서 다이스프로슘과 홀뮴 사이의 중간 희토류 역할을 한다. 루테튬은 4f 원소보다 염기성이 낮고 란타넘족 원소 중 가장 염기성이 낮다. 스칸듐은 루테튬보다도 염기성이 낮은 희토류 원소이다. 스칸듐 산화물은 양쪽성이다. 루테튬 산화물은 더 염기성이다(비록 일부 산성 특성을 나타내기 어렵게 만들 수 있지만). 이트륨 산화물은 여전히 더 염기성이다. 이 금속의 강산염은 가용성인 반면, 약산염(예: 플루오린화물, 인산염, 옥살산염)은 난용성 또는 불용성이다.

 물리적 특성 
3족의 경향은 다른 초기 d-구역 족의 경향을 따르며, 5주기에서 6주기로 넘어갈 때 채워진 f-껍질이 핵에 추가되는 것을 반영한다. 예를 들어, 스칸듐과 이트륨은 모두 부드러운 금속이다. 그러나 란타넘족 수축으로 인해 이트륨에서 루테튬으로 갈 때 예상되는 원자 반지름 증가는 역전된다. 루테튬 원자는 이트륨 원자보다 약간 작지만, 더 무겁고 핵전하가 더 높다. 이로 인해 금속은 더 조밀해지고 금속 결합을 형성하기 위해 원자에서 전자를 추출하는 것이 더 어려워지기 때문에 더 단단해진다. 세 금속 모두 비슷한 녹는점과 끓는점을 가진다. 로렌슘에 대해서는 거의 알려진 바가 없지만, 계산에 따르면 밀도가 증가하는 가벼운 동족체들의 경향을 계속 따른다.

스칸듐, 이트륨, 루테튬은 모두 상온에서 육방정계 결정 구조로 결정화되며,Greenwood and Earnshaw, pp. 946–8 로렌슘도 마찬가지일 것으로 예상된다. 이 족의 안정적인 구성원은 고온에서 구조가 변하는 것으로 알려져 있다. 대부분의 금속과 비교하여, 이들은 금속 결합에 사용할 수 있는 전자의 수가 적기 때문에 열과 전기의 전도성이 그리 좋지 않다.
+3족 원소의 특성 이름 Sc, 스칸듐 Y, 이트륨 Lu, 루테튬 Lr, 로렌슘녹는점 1814 K, 1541 °C  1799 K, 1526 °C  1925 K, 1652 °C  1900 K, 1627 °C끓는점 3109 K, 2836 °C  3609 K, 3336 °C  3675 K, 3402 °C  ?밀도 2.99 g·cm−3  4.47 g·cm−3  9.84 g·cm−3  ? 14.4 g·cm−3외관 은색 금속  은백색  은회색  ?원자 반지름 162 pm  180 pm  174 pm  ?

 존재 
스칸듐, 이트륨, 루테튬은 프로메튬을 제외한 다른 란타넘족 원소와 함께 지구 지각에서 주로 발견되지만 광석에서 추출하기가 종종 더 어렵다. 3족의 지구 지각 내 원소 존재비는 상당히 낮다. 이 족의 모든 원소는 희귀하며, 가장 풍부한 이트륨의 존재비는 약 30 ppm이다. 스칸듐의 존재비는 16 ppm이고, 루테튬은 약 0.5 ppm이다. 비교하자면 구리의 존재비는 50 ppm, 크로뮴은 160 ppm, 몰리브데넘은 1.5 ppm이다.

스칸듐은 드물게 분포하며 많은 광물에 미량으로 존재한다. 스칸디나비아와 마다가스카르의 희귀 광물인 가돌리나이트, 육세나이트, 토르트베이타이트만이 이 원소의 농축된 공급원으로 알려져 있으며, 토르트베이타이트는 산화 스칸듐(III) 형태로 스칸듐을 최대 45%까지 함유한다. 이트륨도 비슷한 경향을 보인다. 미국의 아폴로 계획 중에 채취된 달 암석 샘플에서도 비교적 높은 함량으로 발견된다.

섬네일|alt=황회색 암석 조각|가장 중요한 루테튬 광석인 모나자이트

루테튬의 주요 상업적 광석은 희토류 인산염 광물인 모나자이트 (Ce,La,etc.)PO4이며, 이 광물은 원소의 0.003%를 함유한다. 주요 채굴 지역은 중국, 미국, 브라질, 인도, 스리랑카, 오스트레일리아이다. 순수 루테튬 금속은 희토류 금속 중 가장 희귀하고 비싼 금속 중 하나로, 가격은 약 10,000 US$/kg이며 이는 금 가격의 약 4분의 1에 해당한다.

 생산 
3족에서 가장 많이 구할 수 있는 원소는 이트륨으로, 2010년 기준 연간 생산량은 8,900 미터톤이다. 이트륨은 주로 단일 국가인 중국(99%)에서 산화물 형태로 생산된다. 루테튬과 스칸듐도 주로 산화물 형태로 얻어지며, 2001년까지의 연간 생산량은 각각 약 10톤과 2톤이었다.Emsley 2001, p. 241

3족 원소는 다른 원소의 추출 과정에서 부산물로만 채굴된다. 이들은 순수 금속으로 생산되는 경우가 많지 않다. 금속 이트륨의 생산량은 몇 톤 정도이고, 스칸듐의 생산량은 연간 10 kg 정도이다. 루테튬의 생산량은 계산되지 않지만, 분명히 적은 양이다. 다른 희토류 금속으로부터 정제된 원소는 산화물로 분리된다. 산화물은 플루오르화수소산과의 반응 중에 플루오린화물로 전환된다. 결과로 얻어지는 플루오린화물은 환원 반응을 통해 알칼리 토금속 또는 금속 합금으로 만들어진다. 금속 칼슘이 가장 자주 사용된다. 예를 들어 다음 반응이 이용된다.

Sc2O3 + 3 HF → 2 ScF3 + 3 H2O
2 ScF3 + 3 Ca → 3 CaF2 + 2 Sc

 생물학적 화학 
3족 금속은 생물계에서 이용 가능성이 낮다. 스칸듐, 이트륨, 루테튬은 살아있는 유기체에서 검증된 생물학적 역할이 없다. 로렌슘의 높은 방사능은 생체 세포에 매우 독성이 강하여 방사선 중독을 유발한다고 추정된다.

스칸듐은 간에 농축되어 위협이 된다. 일부 스칸듐 화합물은 일반적으로 스칸듐이 독성이 없다고 하더라도 발암물질일 가능성이 있다. 스칸듐은 먹이 사슬을 통해 농축되는 것으로 알려져 있지만, 미량에 불과하다. 일반적인 사람은 하루에 0.1 마이크로그램 미만을 섭취한다. 환경에 일단 방출되면 스칸듐은 토양에 점차 축적되어 토양 입자, 동물, 인간의 농도를 증가시킨다. 스칸듐은 증기와 기체가 공기와 함께 흡입될 수 있다는 사실 때문에 작업 환경에서 가장 위험하며, 특히 장기 노출 시 폐색전증을 유발할 수 있다. 이 원소는 수생 동물의 세포막을 손상시켜 생식 및 신경계 기능에 여러 가지 부정적인 영향을 미 미치는 것으로 알려져 있다.

이트륨은 인간의 간, 신장, 비장, 폐, 뼈에 농축되는 경향이 있다. 일반적으로 인체 전체에 0.5 밀리그램 정도만 발견된다. 사람의 모유에는 4 ppm이 함유되어 있다. 이트륨은 식용 식물에서 20 ppm에서 100 ppm(신선식품 기준 중량) 농도로 발견될 수 있으며, 양배추가 가장 많은 양을 함유한다.Emsley 2001, pp. 495–498 최대 700 ppm으로, 목본 식물의 씨앗이 가장 높은 농도를 가진 것으로 알려져 있다.

루테튬은 뼈에, 그리고 더 적은 정도로 간과 신장에 농축된다. 루테튬 염은 신진대사를 유발하는 것으로 알려져 있으며, 자연에서 다른 란타넘족 염과 함께 존재한다. 이 원소는 모든 란타넘족 원소 중에서 인체에 가장 적게 존재한다. 인간 식단에서 루테튬 함량은 모니터링되지 않았으므로 평균적인 사람이 얼마나 섭취하는지는 알려져 있지 않지만, 식물에서 섭취하는 소량으로 인해 연간 몇 마이크로그램에 불과할 것으로 추정된다. 수용성 루테튬 염은 약한 독성이 있지만, 불용성 염은 그렇지 않다.Emsley 2001, p. 240

 내용주 

 각주 

 참고 문헌 



분류:주기율표 족