第 13 族は金属と非金属の分裂を最初に横断したため、その化学的性質は、金属のみを含む第 1 および第 2 族の化学的性質よりも多様です。ホウ素を除く 13 族の元素はすべて電気陽性であり、化学反応で電子を獲得するのではなく、電子を失うことを意味します。 13番目の要素グループは、6つの要素で構成されています。関連する元素は、ホウ素 (B)、アルミニウム (Al)、ガリウム (Ga)、インジウム (In)、タリウム (Tl)、および元素 113 です。この元素は、ウンウントリウム [Uut] と呼ばれます。このグループの最も一般的な特徴は、各元素の核構造が外殻に 3 つの電子を含むことです。ホウ素はグループの中で最も軽い元素です。決して金属製ではありません。驚いたことに、バンドの残りの部分はホワイト メタルで構成されています。
元素の物理的性質
- グループが進むにつれて、+1 酸化状態は +3 レベルよりも安定しているように見えます。この根本的な原因は不活性対効果です。
- ホウ素は融点が高く、極めて可燃性です。正二十面体であるため、ガリウムはすべてのホウ素元素の中で最も融点が低くなります。高温では、このファミリーのすべてのメンバーが酸素中で燃焼し、M2O3 を生成します。
- アルミニウムは両性特性を持つ金属です。これによると、金属は弱鉱酸と水酸化ナトリウム (水性) に溶解します。
- グループを進むにつれて、水酸化物の酸性度が低下します。
- ホウ酸は、光に敏感な一塩基酸です。
- ランタニド圧縮の結果、インジウムの核半径はタリウムの核半径よりも小さくなります。ランタニドはランタニドの産物です。
ホウ素族の発生
ホウ素は自然界に微量しか存在しません。主な原因は、放射線によって放出された亜原子粒子の大洪水です。アルミニウムは今日の社会で広く利用可能です。地球の表面では、3 番目に豊富な元素でもあります (8.3%)。一方、ガリウムは地球の地殻に豊富にあり、1 分子あたり 13 の割合です。地殻で 61 番目に多い元素はインジウムです。タリウムは、すべての大陸で微量に発見されています。ウンウントリウムは、自然界には存在しない人工元素です。
13族元素の共有結合性
第 13 族元素による共有結合化合物の形成は、主に次の 3 つの重要な要因に基づいて決定されます。
- Fagan のルールを使用することが重要です。共有結合が大きいほど、陽イオンは低くなります。
- 非常に高いイオン化エンタルピー (IE1+IE2+IE3) を持っているため、イオン化合物の合成が困難です。
- 電気陰性度が高いため、化合物を合成しても電気陰性度の差が大きくなることはありません。
13族元素の化学的性質
グループ 13 の酸素に対する反応性。高温では、第 13 族のすべての元素が反応して、三酸化物 M2O3 が生成されます。 Tl は、Tl2O3 に加えて Tl2O を生成します。
4M + O2 → 2M2O3
Tl は、Tl2O3 に加えて Tl2O を生成します。結晶形のホウ素は酸素と反応しません。加熱すると、細かく分割されたアモルファスホウ素が酸素と相互作用して B2O3 を生成します。
科学によれば、アルミニウムは空気と結合するはずですが、安定したままです。この理由は、Al2O3 が金属の表面に保護層を形成し、金属を不活性にするためです。
化学的に、ホウ素は非金属です。一方、残りの要素は金属的な性質を持っています。 Zeff の拡大は、13 族元素 (実効核電荷) の特性に見られる異常の大きな割合を占めています。これは、充填された (n 1) d10 および (n 2) f14 サブシェルの原子電荷のシールドが弱いためです。
ホウ素は、非局在化した価電子で金属グリッドを生成するのではなく、特定の凝集体で多中心結合を組み立てます。ここで強調できる例の 1 つは、ホウ素が他のホウ素イオタに結合する金属ホウ化物です。この配置により、一貫した幾何学的構造を持つ 3 次元システムまたは束が作成されます。
第 13 族元素の中性化合物はすべて電子不足であり、ルイス酸のように振る舞います。ジボランに見られる非局在化した電子不足結合の代わりに、より重い元素の三価ハロゲン化物は、電子が一致する結合を持つハロゲン結合二量体を形成します。
酸化アルミニウムと酸化ガリウムは、両性でありながら中程度の酸に溶解します。水素の原子価は 1 で、ホウ素族の原子価は 3 であるため、13 族の元素は水素と反応しません。彼らは電子対供与体を含む化合物を作りたいので、13 族元素の三ハロゲン化物であるルイス塩基は強力なルイス酸です。
ボロンの行動の背後にある理由
ホウ素は、さまざまな重要な理由でグループ内の他の元素と区別されます。
- 比較的最小限のサイズです。
- そのイオン化エンタルピーは非常に高いです。
- サイズが小さいため、電気陰性度が高いです。
- 原子価殻には d 軌道がありません。
結論
多くの公平な 13 族元素は電子不足であり、ルイス酸として振る舞います。より重い元素の三価のハロゲン化物は、ジボランに見られる非局在化電子不足結合ではなく、電子対結合を持つハロゲン架橋二量体を生成します。第１３族元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、およびニホニウム（Ｎｉ）（Ｎｈ）が含まれる。サイズが小さく分極強度が強いため、第 13 族元素は s ブロック元素よりも複合体を形成する可能性が高くなります。ホウ素は、[BF4]– を含む多くの複合体を形成できます。四面体ジオメトリと sp3 混成軌道が存在します。他のいくつかの元素には、Li[AlH4] や [GaCl6]3- などの複雑な化合物も含まれます。
