Grupul de bor

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Mostre ale elementelor grupului de bor.

Elementele grupului de bor sau ale grupului 13 elemente (numite și metale terestre ) din tabelul periodic sunt: bor (B), aluminiu (Al), galiu (Ga), indiu (In) și taliu (Tl). Nihoniul (Nh) aparține, de asemenea, acestui grup, dar doar câțiva atomi au fost produși, iar proprietățile sale chimice sunt necunoscute. [1] În nomenclatura anterioară acest grup a fost numit IIIB sau IIIA în conformitate cu diferite convenții utilizate în Europa și în Statele Unite ale Americii.

Surse

Borul este un element destul de rar. Este al treizeci și optulea element din abundență pe scoarța terestră , unde este prezent doar legat de oxigenul din borax și de numeroși alți borați mai puțin obișnuiți, inclusiv colemanitul , kernitul și ulexitul . Aluminiul, pe de altă parte, este cel mai comun metal pe scoarța terestră, unde este al treilea element ca abundență, după oxigen și siliciu . Se găsește întotdeauna ca ion Al 3+ în multe minerale; se obține în principal din bauxită și gibbsite . Galiul este al 34-lea cel mai abundent element de pe scoarța terestră și, din păcate, nu se găsește concentrat în minerale exploatabile. Se obține ca un produs secundar al purificării mineralelor de aluminiu, zinc și cupru , unde este conținut în urme. Este, de asemenea, prezent în cantități mici în unele zăcăminte de cărbune. Indiul este un metal foarte rar, fiind al șaizeci și nouălea element din abundență pe scoarța terestră. Nu există minerale de importanță economică; indiul este obținut ca produs secundar al procesării minereurilor de zinc , staniu și plumb . Taliul este al 59-lea cel mai abundent element de pe scoarța terestră. Minereurile de taliu sunt rare și nu sunt utile pentru extragerea metalului, care se obține în principal ca subprodus al procesării minereurilor de cupru, zinc și plumb. [1]

Toxicitate

În acest grup, toxicitatea crește prin trecerea de la elementele mai ușoare la cele mai grele. Borul este esențial pentru pereții celulari ai plantelor și, prin urmare, face parte automat din dieta noastră. Un corp uman conține aproximativ 18 mg ; în cantități mari, totuși, borul devine moderat toxic. Aluminiul nu este esențial pentru nicio specie vie, dar fiind foarte răspândit pe sol, intră inevitabil în lanțul trofic. Cu toate acestea, majoritatea aluminiului nu este absorbit în intestin, nici măcar folosind antiacide obișnuite, cum ar fi hidroxidul de aluminiu . Un corp uman conține aproximativ 60 mg , o cantitate care nu este problematică. Galiul nu are rol biologic, dar stimulează metabolismul. Un corp uman conține mai puțin de 1 mg . Compușii săi sunt considerați toxici. Nici Indiul nu are roluri biologice, dar în doze mici stimulează metabolismul. Cantitățile mai mari sunt toxice și afectează ficatul, inima și rinichii. Un corp uman conține aproximativ 0,4 mg . Nici taliul nu are roluri biologice, dar spre deosebire de congenerii mai ușori este foarte toxic . În organism, taliul înlocuiește potasiul, afectând în primul rând sistemul nervos central . Fiind răspândit în mediu, intră în dieta noastră în urme, în cantități care să nu cauzeze probleme. Un corp uman conține aproximativ 0,5 mg . [1]

Aplicații

Borul ca element pur este puțin folosit. Compușii săi cei mai utilizați sunt boraxul , trioxidul de dibor și acidul boric , care sunt utilizați în principal la fabricarea sticlei borosilicate , a fibrelor de sticlă , a geamurilor ceramice , a detergenților și a îngrășămintelor . Aluminiul este cel mai folosit metal după fier. Este utilizat într-o multitudine de produse atunci când aveți nevoie de un metal ușor, puternic și fără coroziune : vase, cabluri electrice , caroserii și motoare auto, cutii, avioane, precum și diverse aliaje, cum ar fi duraluminul . Comparativ cu fierul, are și avantajul că poate fi ușor reciclat. Galiul este un metal cheie, utilizat în principal ca arsenură de galiu și nitrură de galiu pentru a produce semiconductori , LED-uri și celule solare . Cea mai mare parte a indiului (70%) este utilizată pentru a construi electrozi transparenți de oxid de indiu-staniu (ITO, Indium tin oxide engleză). Are alte utilizări importante în semiconductori precum arsenidul de indiu și antimonida de indiu , precum și aliajele cu punct de topire scăzut. Taliul este utilizat în principal în industria electronică ca sulfură, selenură și arsenidă pentru celulele fotovoltaice și în industria optică pentru a obține ochelari cu indice de refracție ridicat. În trecut, a fost folosit și ca pesticid , dar această utilizare este acum interzisă. [1]

Proprietate

Unele proprietăți ale elementelor grupului sunt colectate în tabelul următor. [2] [3] [4]

Unele proprietăți ale elementelor grupului de bor
Element Configurare
Electronică
 rază
covalent
( M | pm )		 rază
ionic
(p.m)		 Punctul
fuziune
(° C)		 Punctul
fierbere
(° C)		 Densitate

(g cm −3 )		 Electro-
negativitate
B. [El] 2s 2 2p 1 88 - 2180 4000 2.35 2.0
Pentru [Ne] 3s 2 3p 1 130 54 660 2519 2,70 1.5
Ga [Ar] 3d 10 4s 2 4p 1 122 62 (Ga 3+ ) 30 2204 5,90 1.6
În [Kr] 4d 10 5s 2 5p 1 150 80 (În 3+ ) 157 2082 7.31 1.7
Tl [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 1 155 89 (Tl 3+ ) 303 1457 11,85 1.8

Reactivitatea chimică și tendințele grupului

Cu elementele acestui grup începe blocul p al tabelului periodic. Configurația electronică a nivelului exterior este ns 2 np 1 , dar începând de la acest grup, stratul de sub nivelul exterior variază pe măsură ce coboară de-a lungul grupului. Acest lucru face ca proprietățile atomice să nu se schimbe în mod regulat, așa cum se observă în grupul 1 și grupul 2 . În cazul borului și aluminiului, stratul de bază este cel al gazului nobil anterior. Galiul și indiul vin după seria de tranziție și, prin urmare, au un nivel suplimentar de 10 . Electronii d sunt mai puțin eficienți în protejarea sarcinii nucleare decât electronii s și p (ordinea eficienței este s> p> d> f) și, în consecință, electronii externi sunt mai atrași de nucleu. Prin urmare, atomii de galiu și indiu sunt mai mici (și au energii de ionizare mai mari) decât s-ar fi așteptat prin extrapolarea valorilor de bor și aluminiu. Se poate observa că raza covalentă a galiului este chiar mai mică decât cea a aluminiului. Această contracție de dimensiune pentru elementele care urmează blocului d se numește contracția blocului d . Considerații similare se aplică taliului, unde sub stratul exterior există, de asemenea, un nivel f 14 care protejează sarcina nucleară într-un mod și mai puțin eficient. În consecință, raza covalentă a taliului este doar puțin mai mare decât cea a indiului. Contracția de dimensiune observată în elementele care urmează seriei de lantanide se numește contracție de lantanidă . Tendința valorilor electronegativității este, de asemenea, anormală, având în vedere că electronegativitatea crește coborând în grup, de la aluminiu la taliu. [3]

Configurația electronică ns 2 np 1 indică faptul că elementele acestui grup posedă doar trei electroni în patru orbitali. În consecință, în mulți compuși au dificultăți în atingerea unui octet complet (sunt deficienți de electroni); pentru aceasta acționează ca acizi Lewis . Exemple sunt bor și aluminiu cloruri, BCI3 și AICI3 . Configurația electronică sugerează, de asemenea, o stare de oxidare maximă +3, cu toate acestea aceasta este prima dintre principalele grupe în care sunt observate elemente cu stări de oxidare multiple. De fapt, pornind de la aluminiu, apare și starea de oxidare +1, care devine din ce în ce mai importantă pe măsură ce coboară de-a lungul grupului, până când devine cea mai stabilă pentru taliu. Prezența unei stări de oxidare mai mică de două în comparație cu starea maximă de grup și care devine din ce în ce mai stabilă pe măsură ce coboară de-a lungul grupului, se numește efect de pereche inertă , ca și cum cei doi electroni ar avea dificultăți de reacție. Toate aceste efecte (contracția blocului d, contracția lantanidelor, efectul cuplului inert) se manifestă și în următoarele grupuri, deplasându-se mai mult spre dreapta în tabelul periodic, dar devin din ce în ce mai puțin marcate. [2] [3]

În grupurile 13-16 se observă că proprietățile chimice ale primului element sunt semnificativ diferite de celelalte elemente ale grupului, în timp ce al doilea element are proprietăți chimice mai asemănătoare cu cele mai grele congeneri. În grupul 13 această diferență de proprietăți între bor și celelalte elemente ale grupului este deosebit de marcată. De exemplu, se poate observa că: [2] [3]

  • Borul este un element tipic nemetalic și prezintă chimie covalentă exclusiv, formând niciodată cationi B 3+ simpli. Aparținând celei de-a doua perioade are doar patru orbitali și trebuie să respecte regula octetului; în consecință , se poate ajunge la un maxim de patru legături, așa cum se poate observa , de exemplu , în BO 4 grupe prezintă în structurile borați și în BH 4 - și BF 4 - anioni. In tricoordinate compuși , cum ar fi trihalogenuri BX 3 este coordinatively nesaturat și este un acid Lewis. Formează oxizi și hidroxizi B 2 O 3 și B (OH) 3 care sunt compuși acizi. Borul prezintă o chimie unică în tabelul periodic cu structurile poliedrice prezente în borani și carborani .
  • Celelalte elemente ale grupului sunt metalele cu o chimie cationică bine definită, unde ionul M 3+ prezintă chimia de coordonare tipică metalelor. Având la dispoziție orbitalele d, acestea ajung cu ușurință la coordonarea 6; câteva exemple sunt M (H 2 O) 6 3+ , AlF 6 3– , In (NCS) 6 3– . Spre deosebire de bor, aceste metale pot produce și compuși ionici. De exemplu, MF 3 fluoruri (M = Al, Ga, In) sunt compuși ionici, în timp ce clorurile corespunzătoare sunt covalente. Hidroxidul de aluminiu și hidroxidul de galiu sunt amfotere, în timp ce cele de indiu și taliu sunt din ce în ce mai bazice, urmând regula conform căreia coborând într-un grup crește basicitatea hidroxizilor.

Notă

  1. ^ a b c d Emsley 2011 .
  2. ^ a b c Cotton și colab. 1991 .
  3. ^ a b c d Greenwood și Earnshaw 1997 .
  4. ^ Housecroft și Sharpe 2008 .

Bibliografie

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh2002004406 · GND (DE) 4326018-4
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Gruppo_del_boro&oldid=121982165 ”