13. ГрупаБор, Алуминијум, Галијум, Индијум, Талијум

5 B 1s2 2s22p1

13 Al 1s2 2s22p6 3s23p1

31Ga 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p1

49In 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d10 5s25p1

81Ta 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d104f14 5s25p65d10 6s26p1

ns2np1 n=2-6

Парамагнетизам

+3 оксидационо стање свих елемената+1 оксидационо стање свих елемената изузев В+1 оксидационо стање за Tl врло стабилно

(Duckbill Platipus)Једињења В су електрон дефицитарна (хидриди, oргански и метални деривати хидрида, метални бориди, субхалогениди)

GaSGaClClB

TlClTlClInClGaCl

AlClAlClBF

][ ][ ][ ][

][ ][ ][

242

36444

3644

+2 оксидационо стање, иначе не постоји

ДијамагнетичниНе постоји М=М

Нека својства елемената 13. групе

(B) (Al) (Ga) (In) (Tl)

TT/° C1 2300 658 29.8 155 304

TK/° C1 2550(?) 2300 2000 1450 1460

Атомски

полупречник/nm- 0.143 0.122 0.162 0.170

Јонски полупречник/nm - 0.045 0.060 0.080 0.091

Ковалентни полупречник/ nm

0.080 0.125 0.125 0.150 0.155

Јонизациона енергија2 kJ/mol

I 800 578 579 558 589

II 2428 1817 1979 1820 1970

III

IV

3650

25000

2745

11600

2962

6190

2705

5250

2880

4890

Електронегативност3 2.0 1.5 1.6 1.7 1.8

Електродни потенцијал / V

H3BO3/B

-0.87

Al3+/Al

-1.66

Ga3+/Ga

-0.53

In3+/In

-0.34

Tl3+/Tl

+0.72 )()(221

aqaq XeX

1 Висока ТТ бора је последица јаке ковалентне везе Ниска ТК Ga је последица велике удаљености Ga атома

2 Енергија јонизације опада у групи; изузетак: Ga Прва серија прелазних метала

Tl Контракција запремине (лантаниди) Смањењем запремине расте привлачна сила језгро-електрон

3 Мале електронегативности указују да елементи не граде негативна оксидациона стања

БОР, B, Borum

Откриће: Gay-Lussac, J. Тhenard, 1808. (редукцијом H3BO3)Изотопи: 10В(18,8%), 11В(81,2 8Н2О, X-ray: (2BO3+2BO4) (раније: Na2B4О7 ·10Н2О), Ca- и Mg-полиборати

Добијање: Жарењем борне киселинe )62( 23233 OHOBBOH

1) Жарењем B2O3 са Mg:

Не раствара се у HClАморфан нечист прах

)()()()(32 233 ssss BMgOMgOB HCl

MgCl2 2) Електролизом растопа:

232 MgFMgOOB На 10000 С (нечист 95-98% В )

3) Пиролизом BCl3 или BBr3 са Н2 (на усијаном влакну Та):

(чист кристалан прах, може да се синтерује, тврђи од В4С)

)()()(2)(3 6232 gsgg HBrBHBBr

Својства: чист кристалан В нереактиван, растворан само

у conc HNO3 и H2SO4 B(s) + 3HNO3 → H3BO3 + 3NO2(g)

Раствара се топљењем са алкалијама изнад 5000 САморфни В реактиванЗагревањем на ваздуху (7000 С) запали се В2О3

ЈЕДИЊЕЊА БОРА

БОРИДИ: Једињења В са металима и неметалима ZrB2 TiB2 (изванредни проводници струје, бољи од Zr и Ti ТТ 10000 С)

АѕВ, РВ (полупроводници на високој температури) В4С (В12С3), BN (тврдоћа, брушење)

)(62334

362

23343

2

getarHBAlClLiClBClLiAlH

BHHB

Структура: ланчаста, двоструко ланчаста, лисната

ХИДРИДИ: једињења В са водоникомБОРАНИ: В2Н6 (гас) остали су течни В5Н9, В5Н11, В6Н10, В10Н14, .......

В2Н6 (диборан)

Како су везани атоми у диборану?8 атома захтева (n-1) (n=8) електронских парова то је најмање 14 е- а на распологању је 12 е-

Оксиди: В2О3 - 2 алотропске модификације: стакласта и кристална (ѕр3 хибридизација, неправилан тетраедар) (ВО)x

233232

33232

2

23

HBOBOHOHOB

BOHOHOB

Киселине: Соли борати

B BHO

O

OH

HO

O

OH

H

H

...

...

4542

946

2

33

)(OHOBH

OBH

HBO

BOH Ортоборна киселина

Метаборна киселина (полимеризује се)

Пироборна киселина (полимеризује се, постоје соли)

Тетраборна киселина (Nа-со је боракс)

nHBO )( 2 Разне могућности линеарне и цикличне полимеризације

2224542

2222

7])([

3

OHOHOHOBNa

OHOHNaBO

Nа-перборат

Nа-перборакс (детергенти)

Перборати: борати код којих је један молекул воде замењен водоник пероксидом

Халогениди:

4

3

BX

BX Стабилност опада:

][][][][ 4444 BIBBrBClBF

Циклични халогениди:

884442 ,),( ClBClBClB

Примена:

• У металургији (борни челици, легуре са Cr, Mo, W)

• Н3ВО3 (и деривати): у медицини и козметици

• Боракс и перборати: фабрикација сапуна, детергената, у сликарству, оптици

• Боросиликати: ватростално стакло

• Нитрид и карбид (тврдоће блиске или изнад дијаманта), брушење

Алуминијум, Al, ALUMINIUM

Налажење: Улази у састав Земљине коре (7,5%) У природи само у облику једињења

и минерала: Al2О3*xН2О боксит (оксиди Fe и Si)

AlO(OH) Бемит и дијаспор (иста формула, различита структура)Al(OH)3 Корунд, рубин, сафир, аметист, смарагд, топаз (боје зависе од примеса) Лепи кристални узорци - драго камење Nа3[AlF6] криолит, AlPO4 тиркиз

Добијање1) Wöhler-Deville-oв процес:

ClNaAlNaAlCl 3333

2) Hall-ов процес (индустријски) Из глинице (пречишћен Al2O3)

Електролизом у флуоридном купатилуI фаза: Добијање чистог Al2O3 (Bayer-ов поступак)Богата бокситна руда се уситни у фини прах, пече и раствара у NaOH:

160-170° С 3500 Ра 8 h

])([2282 432 OHAlNaOHNaOAl

вишак 80%

У талогу: SiO2 и непромењени Fe2O3, TiO2

OHAlSiONaOHAlOHNaSiO sss 2)(62)(3)(2 4][)(222

После цеђења раствору се додаје H2O, хлади се и меша Издваја се талог Аl(ОH)3(ѕ) (кад је однос Al:Na=1:6) Суши, жари (1200° С) и добија се чист Аl2О3

II фазa: Електролиза

Катода: гвоздени судови обложени графитомАнода: графит (петрол-кокс-Söderberg-eлектроде

без пепела)

Електролит: криолит, флуорит (Na3 [AlF6], CaF2), Стално се додаје глиница Al2O3 50.000 А; 5-7 V

FAlAlF

FAlFAlF

3

3][3

3

33

6

Сумарне реакције:

Равнотеже:

Глиница се раствара у безводном флуоридном електролиту па је радна температура 950° С

)2000~( 0

32CTT OAl

)(2332

)(2

)(32)(33

)(3

33)(32

34122

22

6332

3

2262

g

g

lg

l

l

OAlFFOAl

eFF

eOAlCOCAlO

AleAl

AlOAleOAl

КАТОДА:

АHОДА:

На дну ћелије

Плива изнад Al(l)

Гасови (СО, F2, О2), CF4

Дејство насцентног F на Al2O3:

Лоше стране процеса: Загађивање околине

Алтернативни поступак:

3) Хлоровање боксита (Piloy-Plant-ов поступак) Одвајање AlCl3 фракционом дестилацијом Електролиза безводне хлоридне смесе и добијање Al

Својства метала:

Релативно инертан на ваздуху (пасивирање површине) и према Н2О и према HNO3 (-1,66 V)

Анодном оксидацијом подебљава се заштитни слој (елоксирање)

Загревањем на ваздуху даје: Веза Аl-О стабилна

) 1670( 32 kJHOAl r

Термитни поступак:

kJHOAlFeOFeAl

kJHOFeOFe

kJHOAlOAl

rssss

rgss

rsgs

848 22

822 2/32

1670 2/32

)(32)()(32)(

)(2)()(32

)(32)(2)(

Раствара се у conc H2SО4 и у алкалијама (Nа[AlO2]), Аl-прах је јако редукционо средство

Примена:

Аl-прах-алуминотермија-термит (редукција за заваривање гвоздених конструкција Fe2O3, Cr2O3, Mn2О3)

Проводници (лак ρ = 2,7 g/cm3 мек, танак, фолија)

Дуралуминијум (Al-95%, остатак Mg, Cu, Mn, у индустрији авиона, бродова, аутомобила)

Нитриди:

Карбиди:43234

3432

332

232

3)(412

692

)(3

323

CHOHAlOHCAl

COCAlCOAl

OHAlNHOHAlN

COAlNCNOAl

Метанид

Хидриди: 6232 HAlAlH xAlH )( 3

][ ][ 44 AlHLiAlH Стабилан анјон: Јако редукционо средство

Једињења алуминијума

Галијум, Ga, GALLIUM

Примеса y рудама Zn, Pb, АlМетал се добија електролизом [Ga(OH)4]- у NaOH Тетрахидроксогалат(III) јон

Бео мек метал, користи се за кварцне термометре до 1200° C (ниска ТТ/висока ТК)Као додатак легурамaGaAs важан транзистор и полупроводник, фотоћелија

Индијум In, INDIUM

Примеса у сулфидним рудамаIn(OH)3 мање амфотеран од Al(OH)3 и Ga(OH)3

3)(23 InInIn s

Талијум, Tl, THALLIUM

Примеса у сулфидним рудама

Тl+, Тl3+ Tl[TlCl4] [TlCl2 дијамагнетичан] аутокомплекси

Tl(OH)3 не постоји мада је Tl2O3 стабилан

Хемија Tl+ слична хемији Ag+

Користи се као додатак легурамa

Активатор за кристални AgI у фотоемулзијама и кристалним γ-бројачима