周期表は元素で構成されており、これらの元素はグループに分けられています。元素の電子配置を使用して、元素をグループに分けることができます。これらの元素の価電子は、満たされた s 軌道と p 軌道にあります。外側の遷移金属の価電子は、d 軌道 (周期表のグループ 3 ～ 11) にあります。遷移要素は、f 軌道が満たされている要素です。
グループ 13 エレメント
外部の原子価電子を放出する元素の能力は、他の物理的および化学的特性の中でもとりわけ、強力な熱伝導性および電気伝導性をもたらす金属特性を与えます。表の 1、2、3、12、13、14、および 15 グループには 20 の放射性金属があります。いくつかの放射性元素は、コペルニシウム、フレロビウム、ポロニウム、リバモリウムです。これらの元素も金属です。
これらの元素に加えて、半金属と呼ばれる他の元素があります。半金属は、金属と非金属が混在する特性を持つことができます。これらは一般的に半導体です。表の残りの元素は非金属です。金属は一般に陽イオンとイオン化合物 (イオン結合を持つ) を形成しますが、非金属は陰イオンまたは分子化合物を生成します。しかし、それらが結合すると、それらは塩を形成します。塩は、陽イオンと陰イオンの両方を持つイオン化合物です。
グループ 13 の要素
半金属ホウ素と、アルミニウム、タリウム、インジウム、ガリウムなどの金属は第 13 族の元素です。ホウ素は半導体の性質を持つ最も軽い元素であり、イオン結合ではなく共有結合を形成します。他のメンバーは金属ですが、それらの酸化物と水酸化物は異なる性質と反応性を持っています.アルミニウムとガリウムの酸化物と水酸化物は、酸性と塩基性の両方の性質を示します。両性元素は、酸と塩基の両方と反応します。
元素の両性特性は、非金属と金属の両方の性質を持つのに役立ちます。タリウムとインジウムの酸化物と水酸化物は、金属の性質を示します。ガリウムの融点は異常に低い (約 30 °C)。手で溶かすことさえできます。
このグループのアルミニウムは、これらの両方の特性を示し、酸と塩基の両方と反応します。したがって、それは両性と呼ばれます。以下は酸反応の例です:
2Al (s) + 6 HCl (aq) → 2AlCl3 (aq) + 3 H2 (g)
反応において、アルミニウムと塩基の生成物は反応条件によって異なります。例:
2 Al (s) + 2 NaOH (aq) +6 H2 O (l) → 2Na [Al(OH)4] (aq) + 3H2 (g)
アルミニウムとの反応により、酸と塩基の両方で水素ガスが生成されます。
このグループの原子価殻電子配置は ns²np¹ です。アルミニウムが反応すると、すべての価電子が奪われ、酸化状態が 3+ の化合物が生成されます。たとえば、AlF3 や Al2(SO4)3 などの化合物は共有結合です。
タリウム、インジウム、ガリウムなどの元素も、M3+ イオンを持つイオン化合物を形成します。これらの 3 つの要素は、3 つの価電子から得られる 3+ の酸化状態を示します。また、予想値より 2 少ない酸化状態 (この場合は 1+) を示すこともあります。
グループの予想よりも 2 低い酸化状態で安定したイオンが生成される場合、それは不活性ペア効果を示します。不活性なペア効果元素を持つ元素で、価電子 s 軌道は電子のペアです。不活性ペア効果は、一般に p ブロック要素では低くなります。 Tl+(aq) イオンは、Tl3+ イオン (aq) よりも水溶液中で安定しています。これらの金属はまた、水や空気と反応して 3+ イオンを生成します。しかし、タリウムは相互作用してタリウム(I)誘導体を生成します。硫黄、リン、およびハロゲンはすべて 13 族の金属です。これらの元素は非金属と直接反応して化合物を生成します。
AlCl3+(C2H5)2O→Al(C2H5)2OCl3
第 13 族の金属はほとんどすべて反応性があります。不動態化プロセスは、空気にさらされたときに金属の強力な膜が酸化物を生成するときに発生します。不動態化が乱されると、金属が反応し始めます。不動態化された金属を水銀に妨害して、フィルムが形成されないようにすることができます.
いくつかの金属が水銀に溶解し、アマルガムを形成して保護酸化物層を除去し、金属を反応にさらします。このアマルガムにより、これらの元素が水や空気と反応します。
アルミニウムは、他の還元剤ではなく、一部の金属をその酸化物から分離できる優れた還元剤です。アルミニウムは、炭素還元よりも高価ですが、Mo、W、および Cr をそれらの酸化物から分離するために重要です。
13族と水との反応
水は 13 族元素に対して反応性が低い。ホウ素(B)は水と全く反応しません。水と反応する元素はアルミニウムです。反応しているように見えますが、酸化アルミニウム (Al²O³) の外層を形成します。これは固体で残りの金属を保護します.
2Al + 6H2O →2 Al (OH)3+ 3H2
結論
この記事では、水と金属に対する 13 族元素の反応性の重要性について説明します。中でもホウ素は水や水蒸気と反応しませんが、温度を上げると水蒸気と反応する性質を示します。また、ホウ素は金属に対する反応性を示さず、非金属の性質を際立たせています。
