Φυσικές Ιδιότητες Στοιχείων Ομάδας 13
Γνωρίζουμε ότι ο περιοδικός πίνακας έχει 18 ομάδες και επτά περιόδους και κάθε ομάδα έχει κάποιες φυσικές και χημικές ιδιότητες. Οι φυσικές ιδιότητες δεν αφορούν τη χημική σύνθεση ή την αλλαγή στη χημική σύνθεση ενός στοιχείου. Ωστόσο, οι φυσικές ιδιότητες αφορούν άλλα χαρακτηριστικά όπως η πυκνότητα, το χρώμα, η σκληρότητα, το σημείο τήξης και το σημείο βρασμού, η ευθραυστότητα, η στιλπνότητα, η διαλυτότητα, το ιξώδες, η ηλεκτρική αγωγιμότητα κ.λπ. Η ομάδα 13 αποτελείται από έξι στοιχεία, με πρώτο στοιχείο το Βόριο (Β ). Τα άλλα είναι αλουμίνιο (Al), γάλλιο (Ga), ίνδιο (In), θάλλιο (Tl) και νιχόνιο (Nh). Οι ομάδες του περιοδικού πίνακα είναι σύμφωνα με τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους στα στοιχεία τους. Όλα τα στοιχεία της ομάδας 13 έχουν τρία ηλεκτρόνια σθένους στο τελευταίο τους φλοιό, δηλαδή στο φλοιό σθένους. Ας μελετήσουμε λεπτομερώς τις φυσικές ιδιότητες των στοιχείων της ομάδας 13.
Φυσικές ιδιότητες των στοιχείων της ομάδας 13
Η εμφάνιση, τα παραδείγματα και οι φυσικές ιδιότητες των στοιχείων της ομάδας 13 παρατίθενται παρακάτω:
Εμφάνιση στοιχείων της ομάδας 13:
- Βόριο:Δεν είναι φυσικό στοιχείο και υπάρχει στη φύση σε συνδυασμό με οξυγόνο και άλλα φυσικά στοιχεία. Σχηματίζει διαφορετικές ενώσεις με άλλα στοιχεία της φύσης όπως βορικά ή ορθοβορικά οξέα. Αυτά τα βορικά είναι ευρέως παρόντα στους ωκεανούς, στα ιζηματογενή πετρώματα, καθώς και στα εδάφη.
- Αλουμίνιο:Το αλουμίνιο δεν υπάρχει σε ελεύθερη κατάσταση στη γη. Ωστόσο, είναι το πιο άφθονο μέταλλο της γης, που υπάρχει σε διάφορα μεταλλεύματα όπως ο βωξίτης και ο κρυόλιθος. Ο βωξίτης είναι το πρωτογενές μετάλλευμα του αλουμινίου. Κατά την επεξεργασία, δημιουργεί αλουμίνα. Αυτή η αλουμίνα μετά τη διύλιση δημιουργεί αλουμίνιο.
- Γάλλιο:Το γάλλιο είναι ένα λιγότερο άφθονο ορυκτό και υπάρχει μόνο σε ίχνη στα ορυκτά διασπορά, βωξίτη, φαληρίτη, γερμανίτη και άνθρακα. Λαμβάνεται επίσης ως υποπροϊόν της διύλισης ψευδαργύρου.
- Ίνδιο:Όπως το γάλλιο, το ίνδιο είναι επίσης ένα σπάνιο στοιχείο και υπάρχει μόνο σε περίπου 0,1 μέρη ανά εκατομμύριο στη γη. Περιέχεται κυρίως με τα μεταλλεύματα ψευδαργύρου. Ως εκ τούτου, εξάγεται από υπολείμματα κατά την επεξεργασία ψευδαργύρου.
- Θάλλιο:Μπορούμε να λάβουμε θάλλιο από μεταλλεύματα ψευδαργύρου, μολύβδου ή χαλκού. Υπάρχει επίσης στους πυρίτες μεταλλεύματος, που είναι χρήσιμοι στην παραγωγή θειικού οξέος. Συνήθως λαμβάνεται ως υποπροϊόν της διύλισης χαλκού, ψευδαργύρου και μολύβδου.
- Νιχόνιο (Nh):Είναι συνθετικό στοιχείο, δηλαδή δεν υπάρχει στη φύση αλλά υπάρχει σε εργαστήρια.
Ατομική ακτίνα
Με την κίνηση προς τα κάτω στην ομάδα, η ατομική ακτίνα αυξάνεται λόγω της προσθήκης ενός κελύφους. Ωστόσο, στα στοιχεία της ομάδας 13, η ατομική ακτίνα του Ga είναι μικρότερη από το Al. Αυτή η ανώνυμη αλλαγή στις ατομικές ακτίνες οφείλεται στην παρουσία d-τροχιακών. Αυτά τα d-τροχιακά είναι πολύ διάχυτα και προσφέρουν φτωχή επίδραση θωράκισης. Ως αποτέλεσμα, το πυρηνικό φορτίο αυξάνεται και η ακτίνα μειώνεται. Το βόριο έχει τη μικρότερη ατομική ακτίνα μεταξύ των στοιχείων της ομάδας 13.
| Στοιχείο | Βόριο | Αλουμίνιο | Γάλλιο | Ίνδιο | Θάλλιο |
| Ατομικός αριθμός | 5 | 13 | 31 | 49 | 81 |
Καταστάσεις οξείδωσης
Τα στοιχεία της ομάδας 13 έχουν καταστάσεις οξείδωσης +3 και +1. Ωστόσο, με την κίνηση προς τα κάτω στην ομάδα, η σταθερότητα της κατάστασης οξείδωσης +1 αυξάνεται. Η αύξηση της κατάστασης οξείδωσης οφείλεται στο φαινόμενο αδρανούς ζεύγους που προκαλεί την κακή επίδραση θωράκισης των ενδιάμεσων τροχιακών d και f. Η αύξηση των πυρηνικών φορτίων συγκρατεί σφιχτά τα NS ηλεκτρόνια που περιορίζουν τη συμμετοχή τους στον δεσμό.
Σημείο τήξης
Μεταξύ των στοιχείων της ομάδας 13, το βόριο έχει το υψηλότερο σημείο βρασμού, ενώ το γάλλιο το χαμηλότερο. Το γάλλιο, με το χαμηλότερο σημείο τήξης, υπάρχει συνήθως ως υγρό τα καλοκαίρια. Το βόριο έχει μικρότερο μέγεθος, σχηματίζοντας ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα άτομα. Ως αποτέλεσμα, τα άτομα συσκευάζονται στενά στη στερεή κατάσταση. Επομένως, τα σημεία τήξης και βρασμού του βορίου είναι υψηλότερα μεταξύ όλων των άλλων στοιχείων της ομάδας 13.
| Στοιχείο | Βόριο | Αλουμίνιο | Γάλλιο | Ίνδιο | Θάλλιο |
| Σημείο τήξεως (°C) | 2076 | 660 | 29.8 | 156 | 303 |
Μεταλλικές ιδιότητες
Το βόριο είναι ένα μη μεταλλικό στερεό με ισχυρό μαύρο χρώμα. Τα άλλα στοιχεία –γάλλιο, ίνδιο, θάλλιο– είναι μαλακά μέταλλα.
Οξύτητα και βασικότητα
Το βόριο σχηματίζει όξινα οξείδια, ενώ το αλουμίνιο είναι αμφοτερικό, δηλαδή αντιδρά τόσο ως βάση όσο και ως οξύ. Με την κίνηση προς τα κάτω στην ομάδα, η όξινη φύση των υδροξειδίων των στοιχείων της ομάδας 13 μειώνεται. Το βορικό οξύ είναι ένα ασθενές οξύ, που σχηματίζεται σε αντιδράσεις δύο σταδίων.
B2O3(s) + 3H2O ( λ) →2B(OH)3(aq)
B(OH)3(aq)+2H2O(l)→ H3O+(aq)+B(OH) – 4(aq)
Συμπέρασμα
Η ομάδα 13 του περιοδικού πίνακα ονομάζεται συνήθως οικογένεια βορίου, καθώς περιέχει το βόριο ως το πρώτο μέλος. Υπάρχουν τρία ηλεκτρόνια σθένους σε αυτή την οικογένεια λόγω των οποίων τοποθετείται στην ομάδα 13 του περιοδικού πίνακα. Οι φυσικές ιδιότητες αντιπροσωπεύουν τη φυσική εμφάνιση, την υφή και την ηλεκτρική αγωγιμότητα των στοιχείων. Ενώ, οι χημικές ιδιότητες αναφέρονται στην αλλαγή ή τις αντιδράσεις που αφορούν τη χημική σύσταση των στοιχείων. Οι φυσικές ιδιότητες αφορούν την πυκνότητα, το χρώμα, τη σκληρότητα, το σημείο τήξης και το σημείο βρασμού, την ευθραυστότητα, τη στιλπνότητα, τη διαλυτότητα, το ιξώδες, την ηλεκτρική αγωγιμότητα κ.λπ., των στοιχείων. Στα στοιχεία της ομάδας 13, η ατομική ακτίνα του Ga είναι μικρότερη από το Al. Αυτό οφείλεται στην κακή επίδραση θωράκισης και στο αυξημένο πυρηνικό φορτίο. Τα στοιχεία της ομάδας 13 έχουν καταστάσεις οξείδωσης +3 και +1. Ωστόσο, με την κίνηση προς τα κάτω στην ομάδα, η σταθερότητα της κατάστασης οξείδωσης +1 αυξάνεται.
