グループ 13 の酸およびアルカリに対する反応性

半金属のホウ素 (B) と金属のアルミニウム (Al)、ガリウム (Ga)、インジウム (In)、およびタリウム (Tl) はすべてホウ素ファミリーのメンバーです。ホウ素ファミリーには、2 つの異なる酸化状態があります。 1 つはそれぞれ +3 と +1 です。不活性対効果により、酸化状態が +1 のタリウムのような重い元素は、より安定しています。この効果により、他の元素は+3の酸化状態を持っています。異常がほとんどないため、周期的なグループは独自の傾向に従います。この記事では、第 13 族元素の酸およびアルカリとの反応性について説明します。この記事では、酸およびアルカリに対するグループ 13 の反応性と、酸およびアルカリの重要性に対するグループ 13 の反応性について説明します。

グループ 13 の要素

• ボロン

ホウ素は水素化物を形成しませんが、ジボラン (B2H6) などの化合物を形成します。有機分子は、水素化ホウ素を使用して合成されます。弱酸であるホウ酸は、2段階のプロセスで生成されます。これは、追加のホウ素化合物を作るために使用される最も一般的な化学物質の 1 つです。

ホウ素は、過酸化水素とホウ砂溶液から結晶化することもでき、後で漂白剤の代替品である過ホウ酸ナトリウムを形成します。ホウ素原子に結合している 2 つのペルオキソ基は、漂白成分を持つ過ホウ酸塩を生成します。

• アルミニウム

アルミニウムは、[Ne] 2s²2p¹ の電子配置を持つ活性金属です。また、酸化状態は +3 です。アルミニウムは、地球の地殻で最も豊富な金属の 1 つです。つまり、約 7.5 ～ 8.4% です。

アルミニウムは 1886 年まで半貴金属として知られていました。また、1 モルのアルミニウムを電気分解するには 3 モルの電子が必要なため、製造コストが非常に高くなります。

アルミニウムは両性なので、酸にも塩基にも溶けます。また、OH- 水溶液では Al(OH)4– を生成し、H3O+ 水溶液では [Al(H2O)6]³+ を生成します。アルミニウムの酸化状態は +3 であり、優れた還元剤になります。このため、アルミニウムは酸 (g) と反応することにより、H+(aq) を H2 に還元することができます。

• ガリウム

ガリウムは、原子番号 31 の 13 族元素であり、その記号表現は Ga です。また、+3 の酸化状態と [Ar] 2s²2p¹ の電子配置を持っています。ガリウムは、ガリウム砒素 (GaAs) の製造に使用できるため、多くの製造業で有用です。この要素は後で光を電気に変換します。

また、ガリウムはアルミニウムと結合して水素を生成します。また、テルミット反応と同様のプロセスで水から酸素を吸収し、水素ガスを放出します。一方、アルミニウムは、水にさらされると保護シェルを作成しますが、ガリウムと結合すると保護層を形成しません.このプロセスにより、アルミニウムは水を水素に変換できます。

• インジウム

インジウムは[Kr] 2s²2p¹の電子配置を示します。 +1 または +3 の 2 つの状態のいずれかで酸化されます。ただし、+3 状態の方が一般的です。室温では、インジウムは酸に溶けますが、酸素とは反応しません.

インジウムは、亜鉛鉱を分離した後に製造されます。インジウムは合金の製造にも使用され、少量のアルミニウムは精神力を向上させるために使用されます。

• タリウム

タリウムの酸化状態は +3 または +1 です。 [Xe] 2s²2p¹ の電子配置も持っています。タリウムは重く、酸化状態が +1 であるため安定しています。不活性対効果により、タリウムは +1 の酸化状態を持つことができます。タリウムは柔らかくしなやかな金属ですが、有毒です。この金属は、高温で動作する超伝導体に使用されます。

ベリリウムとアルミニウムは対角線上の関係にあります。

• Be²+ の水和は [Be(H2O)4]²+ を生成し、Al³+ は Al(H2O)6³+ を生成します。これらの化合物はどちらも、水と結合するとヒドロニウム イオンを生成し、弱酸性になります。

• アルミニウムとベリリウムのもう 1 つの類似点は、どちらも両性であることです。これらの金属は、塩基性水酸化物で形成されます。さらに、これらの金属は空気と反応して酸化被膜を形成し、他の金属を腐食から保護します。これらの金属は両方とも非常に反応性があります。

グループ 13 要素の基本プロパティ

ホウ素の化学は、グループ III (A) の他の重金属とは異なります。以下は、それらとの違いの一部です（基本的にアルミニウムを比較します）。

• 酸化アルミニウムと水酸化アルミニウムはどちらも酸性です。しかし、それらの酸化物と水酸化物は両性です。

• ホウ素は、20 面体ホウ素ケージに基づいてさまざまな多形体で利用できる半導体です。一方、アルミニウムは緻密な構造を持つ金属です。

• ホウ素は比較的無害な金属であり、高濃度の酸化性酸の影響を受けます.

• B³+ には塩がありませんが、Al3+ 塩は豊富にあり、よく研究されています。ホウ素は、さまざまなかご構造の水素化物に含まれています。 (AlH3) のポリマー構造は、AlF3 のポリマー構造に似ています。

• 多くのホウ素化合物は、三方晶 sp² および四面体 sp³ の形状に基づく立体化学を持っています。

• オクテット規則は、後でこれらの要素で形成されます。アルミニウムには、四面体、三方両錐体、八面体など、さまざまな形状があります。

• アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムなどの +3 酸化状態の金属は、さまざまな化合物を生成します。酸化状態が +1 の化合物は、グループ III (A) の下に移動するにつれてより安定します。
• 酸化アルミニウムと酸化ガリウムは両性ですが、酸化インジウムと酸化タリウムは塩基性です。

結論

酸とアルカリの質問に対するグループ 13 の反応性を使用して、反応性の概念を理解できます。周期表の第 13 族 (III-A) を構成する 6 つの化学元素は、ホウ素族として知られています。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) は、このファミリーの一部です。それらは、原子構造の最も外側の軌道に 3 つの電子が含まれているため、グループを形成します。