Grup 3 Període 4   Sc 5   Y 6 La Lu 7 Ac Lr Un element del grup 3 és un element situat dins de la taula periòdica en el grup 3, que comprèn els elements següents: Escandi (21) Itri (39) Lantani (57) - luteci (71) Actini (89) - lawrenci (103)

Tots aquests elements s'inclouen en el grup 3, ja que presenten 3 electrons, en el seu orbital atòmic més extern. Aquest grup està estretament relacionat amb els elements de les terres rares. El grup també s'anomena grup d'escandi o família d'escandi pel seu membre més lleuger.

L'itri presenta similituds amb els lantanoides i les propietats de l'escandi són intermèdies entre l'itri i l'alumini; tots aquests es caracteritzen per presentar com estat d'oxidació més estable el +3 i es troben de manera natural en l'escorça terrestre, encara que en quantitats relativament petites. Molts dels actinoides també presenten el +3 com a estat d'oxidació més estable. A causa dels efectes de la contracció dels lantànids, l'itri i el luteci són molt similars en propietats. L'itri i el luteci tenen essencialment la química dels lantànids pesats, però l'escandi mostra diverses diferències a causa de la seva petita mida. Aquest és un patró similar als dels primers grups de metalls de transició, on l'element més lleuger és diferent dels dos següents molt similars.

Tots els elements del grup 3 són metalls més aviat tous, de color blanc platejat, encara que la seva duresa augmenta amb el nombre atòmic. S'oxiden ràpidament amb l'aire i reaccionen amb l'aigua, encara que la seva reactivitat queda emmascarada per la formació d'una capa d'òxid. Els tres primers es produeixen de manera natural, i especialment l'itri i el luteci estan gairebé invariablement associats amb els lantànids a causa de la seva química similar. El lawrenci és fortament radioactiu: no es produeix de manera natural i s'ha de produir per síntesi artificial, però les seves propietats observades i previstes teòricament són coherents amb el fet que sigui un homòleg més pesat del luteci. Cap dels elements del grup 3 té cap funció biològica.

Històricament, de vegades s'incloïen al grup el lantani (La) i l'actini (Ac) en lloc del luteci i el lawrenci, perquè inicialment es van mesurar incorrectament les configuracions d'electrons de moltes de les terres rares. Aquesta versió del grup 3 encara es troba habitualment als llibres de text, però la majoria d'autors que se centren en el tema estan en contra. Alguns autors intenten comprometre's entre els dos formats deixant en blanc els espais de sota d'itri, però això contradiu la mecànica quàntica, ja que resulta en un bloc f de 15 elements en lloc de 14 (l'ocupació màxima d'una subshell f).

Composició Les proves físiques, químiques i electròniques mostren de manera aclaparadora que els elements correctes del grup 3 són l'escandi, l'itri, el luteci i el lawrenci: aquesta és la classificació adoptada per la majoria dels químics i físics que han considerat la qüestió. Va tenir el suport de la IUPAC en un informe de 1988 i reafirmat el 2021. No obstant això, molts llibres de text mostren que el grup 3 conté escandi, itri, lantà i actini, un format basat en configuracions d'electrons mesurades de manera errònia: Lev Landau i Ievgueni Lífxits ja el consideraven «incorrecte» el 1948. Els espais de sota l'itri de vegades es deixen en blanc com a tercera opció, però hi ha confusió a la literatura sobre si aquest format implica que el grup 3 només conté escandi i itri, o si també conté tots els lantànids i actínids; de qualsevol manera, aquest format contradiu la física quàntica en crear un bloc f de 15 elements d'ample quan només poden caber en un orbital f 14 elements.

Tal com assenyala l'informe IUPAC de 2021, Sc-Y-Lu-Lr és l'única forma que permet simultàniament la preservació de la seqüència del nombre atòmic, evita dividir el bloc d en «dues parts molt desiguals» i dona als blocs les amplades correctes que demana la mecànica quàntica (2, 6, 10 i 14). Tot i que encara es poden trobar arguments a favor de Sc-Y-La-Ac a la literatura, molts autors consideren que són lògicament inconsistents. Per exemple, s'ha argumentat que el lantani i l'actini no poden ser elements de bloc f perquè els seus àtoms no han començat a omplir les subcapses f. Però el mateix passa amb el tori, que mai es discuteix com a element de bloc f, i aquest argument passa per alt el problema de l'altre extrem: que les capes f es completen a l'iterbi i nobeli (coincidint amb la forma Sc -Y-Lu-Lr), no a luteci i lawrenci (com a Sc-Y-La-Ac). De fet, aquestes excepcions a la regla de Madelung mai s'han considerat com a rellevants per col·locar cap altre element a la taula periòdica. El fet rellevant per a la col·locació és que el lantà i l'actini (com el tori) tenen orbitals f de valència que es poden ocupar en entorns químics, mentre que el luteci i el lawrenci no ho tenen. Així, la relació entre l'itri i el lantani és només una relació secundària entre elements amb el mateix nombre d'electrons de valència, però diferents tipus d'orbitals de valència, com la que hi ha entre el crom i l'urani; mentre que la relació entre itri i luteci és primària, compartint tant el recompte d'electrons de valència com el tipus d'orbital de valència.

Història El descobriment dels elements del grup 3 està indissociablement lligat al de les terres rares, amb les quals estan universalment associats a la natura. El 1787, el químic suec Carl Axel Arrhenius va trobar una pesada roca negra prop del poble suec d'Ytterby, Suècia (part de l'arxipèlag d'Estocolm). Pensant que era un mineral desconegut que contenia l'element recentment descobert tungstè,Emsley 2001, p. 496 el va anomenar itterbita. El científic finlandès Johan Gadolin va identificar un nou òxid o «terra» a la mostra d'Arrhenius el 1789, i va publicar la seva anàlisi completa el 1794; el 1797, el nou òxid va rebre el nom d'ítria.Greenwood and Earnshaw, p. 944 En les dècades posteriors al fet que el científic francès Antoine Lavoisier elaborés la primera definició moderna d'elements químics, es creia que les terres es podien reduir als seus elements, és a dir, que el descobriment d'una nova terra era equivalent al descobriment de l'element interior, que en aquest el cas hauria estat l'itri. Fins a principis de la dècada de 1920, el símbol químic «Yt» s'utilitzava per a l'element, després del qual «Y» es va fer servir comú. L'itri metàl·lic, encara que impur, es va preparar per primera vegada l'any 1828 quan Friedrich Wöhler va escalfar clorur d'itri (III) anhidre amb potassi per formar itri metàl·lic i clorur de potassi. De fet, l'ítria de Gadolin va demostrar ser una barreja de molts òxids metàl·lics, que va iniciar la història del descobriment de les terres rares.

El 1869, el químic rus Dmitri Mendeléiev va publicar la seva taula periòdica, que tenia un espai buit per a un element per sobre de l'itri. Mendeleiev va fer diverses prediccions sobre aquest element hipotètic, que va anomenar eka-bor. Aleshores, la ittria de Gadolin ja s'havia dividit diverses vegades; primer pel químic suec Carl Gustaf Mosander, que l'any 1843 havia dividit dues terres més que va anomenar terbia i èrbia (separant el nom d'Ytterby tal com s'havia dividit l'itria); i després, el 1878, quan el químic suís Jean-Charles Galissard de Marignac va dividir els terbia i l'erbia en més terres. Entre aquests hi havia ytterbia (un component de l'antic èrbia), que el químic suec Lars Fredrik Nilson va dividir amb èxit el 1879 per revelar un altre element nou. El va anomenar scandium, del llatí Scandia que significa «Escandinàvia». Aparentment, Nilson desconeixia la predicció de Mendeleiev, però Per Teodor Cleve va reconèixer la correspondència i va notificar a Mendeleiev. Els experiments químics amb escandi van demostrar que els suggeriments de Mendeleiev eren correctes; juntament amb el descobriment i la caracterització del gal·li i el germani, va demostrar la correcció de tota la taula periòdica i la llei periòdica. L'escandi metàl·lic es va produir per primera vegada el 1937 per electròlisi d'una mescla eutèctica, a 700–800 °C, de clorurs de potassi, liti i escandi. L'escandi existeix en els mateixos minerals dels quals s'havia descobert l'itri, però és molt més rar i probablement per aquest motiu havia eludit el descobriment.

El component restant de l'itterbia de Marignac també va demostrar ser un compost. El 1907, el científic francès Georges Urbain, el mineralogista austríac baró Carl Auer von Welsbach i el químic estatunidenc Charles James van descobrir de manera independent un nou element dins de l'itterbia. Welsbach va proposar el nom de cassiopeium per al seu nou element (després de Constel·lació de Cassiopea), mentre que Urbain va triar el nom de lutecium (del llatí Lutetia, per a París). La disputa sobre la prioritat del descobriment està documentada en dos articles en què Urbain i von Welsbach s'acusen mútuament de publicar resultats influenciats per la investigació publicada de l'altre. L'any 1909, la Comissió de la Massa Atòmica, que s'encarregava de l'atribució dels noms dels nous elements, atorgà prioritat a Urbain i adoptà els seus noms com a oficials. Un problema evident d'aquesta decisió va ser que Urbain era un dels quatre membres de la comissió. El 1949, l'ortografia de l'element 71 es va canviar a luteci. Els treballs posteriors relacionats amb els intents d'Urbain de dividir encara més el seu luteci van revelar, però, que només contenia traces del nou element 71, i que només el cassiopeium de von Welsbach era l'element pur 71. Per aquest motiu molts científics alemanys van continuar utilitzant el nom de cassiopeium per a l'element fins als anys 50. Irònicament, Charles James, que modestament s'havia mantingut al marge de l'argument sobre la prioritat, va treballar a una escala molt més gran que els altres i, sens dubte, posseïa l'oferta més gran de luteci en aquell moment. El luteci va ser l'última de les terres rares estables que es va descobrir. Més d'un segle d'investigació havia dividit l'itri original de Gadolin en itri, escandi, luteci i altres set elements nous.