Elementi 13. - IIIa grupe

Elementi IIIa grupe jesu Bor, Aluminijum, Galijum, Indijum, Talijum i Nihonijum.

Opšta svojstva

Opšta elektronska konfiguracija ovih elementa jeste ns2np1. Prema Hundovom pravilu,

elementi ove grupe imaju jedan nesparen elektron. Elementi IIIa grupe imaju tri

energije jonizacije. Velik je skok između treće i četvrte energije jonizacije jer sa trećom

energijom jonizacije postižu konfiguraciju najbližeg inertnog gasa. Atomski

poluprečnici imaju izuzetke u veličini, ne rastu pravilno s porastom poluprečnika.

Nalaženje u prirodi

Aluminijum, galijum, indijum i talijum se nalaze u vidu

ruda. Dobri su provodnici električne struje. Sivobele boje

su i imaju metalni sjaj.

Jedinjenja elemenata IIIa grupe mogu se naći u prirodi.

Nalaze se u obliku boraksa kao minerala bora. Aluminijum

je najrasprostranjeniji u zemlji iz ove grupe. Nalazi se u vidu alumosilikata – gline i u

vidu rude boksita. Aluminijum se u prirodi može naći i kao korund, čist Al2O3.

Bor, 5B

Bor je metaloid. Ponaša se i kao metal i nemetal. Koristi se kao poluprovodnik u

tranzistorima. U prirodi se nalazi u vidu minerala

boraksa (Na2B4O7·10H2O ili Na2[B4O5(OH)4]·8H2O)

koji se koristi za slime. Bor gradi sa vodonikom

hidride. Hidrid bora ne javlja se u vidu molekula

nego u vidu dimera. Dimer hid rida bora naziva se

diboran. Hemijska formula diborana je B2H6. Bor sa

kiseonikom gradi oksid. Ovaj oksid je anhidrid borne

kiseline.

4𝐵 + 3𝑂2 → 2𝐵2𝑂3

U reakciji sa vodom, oksid bora reaguje kao kiseli oksid i gradi bornu kiselinu – hidrira

se.

𝐵2𝑂3 + 𝐻2𝑂 → 𝐻3𝐵𝑂3

Borna kiselina ima veliku primenu kao insekticid. Kao troprocentni rastvor koristi se u

medicini za blago dezinfekciono sredstvo. Pri sagorevanju, jon bora

daje dubokozelenu boju pa se koristi za

vatromete.

Borna kiselina disosuje u tri stupnja, od

čega je najvažniji prvi stupanj disocijacije. 𝐸𝑙 𝑑𝑖𝑠

𝐻3𝐵𝑂3 ↔ 𝐻+ + 𝐻2𝐵𝑂3−

Jon H2BO3- koji se dobija pri prvoj fazi disocijacije naziva se dihidrogenboradni jon.

Konstata disocijacije u prvoj fazi disocijacije iznosi 6 × 1010 mol/l, a odatle se vidi da je

borna kiselina jako slab elektrolit.

Pored ortoborne, postoji i metaborna kiselina HBO2.

Bor spada u metaloide. Ovo znači da je poluprovodnik. Za

razliku od metala, gradi jake kovalentne veze i velike

kristalne rešetke.

Bor je u kristalnom obliku drugi po tvrdoći element posle

dijamanta. Ima veoma visoku tačku topljenja koja iznosi

preko 2300ᵒC.

Aluminijum, 13Al

Aluminijum reflektuje velik deo svetlosti. Koristi se

kao redukciono sredstvo u metalurgiji, za

proizvodnju eksploziva,

zavarivanje pruga i dobijanje

metala. Spada u lake metale.

Elastičan je i dobar provodnik

toplote i elektriciteta zbog delokalizovanog elektrona u kristalnoj

rešeci.. Sa vodonikom gradi aluminijum-hidrid, AlH3.

Aluminijum se nalazi u prirodi u vidu različitih ruda, stena i minerala. Najviše se nalazi

u obliku alumosilikata ortoklas i kaolin kao članova gline. Može se naći i kao korund, ili

pak boksit sa različitim primesama koje stvaraju drago kamenje. Sam korund je braon

boje, a najviše se cene safir i rubin kao jedinjenja aluminijuma.

𝐵𝑜𝑘𝑠𝑖𝑡 𝐴𝑙2𝑂3 • 𝑛 𝐻2𝑂 ↔ 𝑛

Safir i rubin su korund sa primesama. Safir je plav zbog primese

kobalta, a rubin je crven zbog primese hroma.

Aluminijum je amfoteran u svakom svom obliku – bilo u vidu

metala, oksida i hidroksida. Sve soli aluminijuma su amfoterne.

Aluminijum vezuje vodu. Učestvuje u oksidoredukciji. 6

molekula vode vezuje se u prazne p-orbitale aluminijuma. U

prisustvu jake kiseline formira se heksaakvaaluminijum-hlorid.

0 +1 -1 +1 -2 +3 +1 -2 -1 0

2𝐴𝑙 + 6𝐻𝐶𝑙 + 12𝐻2𝑂 → 2[𝐴(𝐻2𝑂)6]𝐶𝑙3 + 3𝐻2

2x Oksidacija – Al je redukciono sredstvo

3x Redukcija – voda je oksidaciono sredstvo

U prisustvu jake baze formira se kompleksna so natrijum-tetrahidroksialuminat.

0 +1 -2 -1 +1 -2 +1 +3 -1 0

2𝐴𝑙 + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 + 6𝐻2𝑂 → 2𝑁𝑎[𝐴𝑙(𝑂𝐻)4] + 3𝐻2

Oksidoredukcija za ovu reakciju slična je kao u prethodndom primeru.

𝐴𝑙 0 − 3 𝑒 − → 𝐴𝑙 + 3 𝐻 2

+ 1 + 2 𝑒 − → 𝐻 2 0

6

Aluminijum ima oksido-redukciona svojstva. Redukciona sposobnost aluminijuma

koristi se u industriji za dobijanje većeg broja vrednih metala u postupku

aluminotermije.

Aluminijum je na vazduhu vrlo postojan. Ne korodira, nego se u kontaktu sa

kiseonikom prevlači kompaktnom oksidacionom prevlakom. Hemijska otpornost

aluminijuma postiže se procesom koji se naziva eloksiranje.

Aluminijum učestvuje u stvaranju dvogubih soli i stipsi. Kada se nekad pomešaju dve

soli u vodi, kristalizacijom se može dobiti jedna so. To se dešava kad se pomeša

kalcijum-sulfat i aluminijum-sulfat. Kristalizacijom dobijene smeše izdvaja se

aluminijumova stipsa koja se naziva kalcijum-aluminijum-sulfat dodekafidrat.

𝐾2𝑆𝑂4 + 𝐴𝑙2(𝑆𝑂4)3 + 𝑘𝑜𝑙𝑖č𝑖𝑛𝑎 𝑣𝑜𝑑𝑒 → 2 • 𝐾𝐴𝑙(𝑆𝑂4)2 • 12 𝐻2𝑂

Stipse su dvojne soli sulfata. Sadrže dva katjona od kojih jedan ima oksidacioni broj

+1 a drugi +3. Postojane su samo u čvrstom stanju, a u vodi potpuno disosuju.

Primena

Jedinjenja bora su odavno poznata čoveku, a mineral boraks koristio se kao sredstvo

za pranje u srednjem veku.

Aluminijum se koristi kao veoma značajna sirovina. Od njega se izgrađuju prozori,

folije, provodnici, limenke, konzerve pa i različit nameštaj. Pošto je otporan na

koroziju, jako često se koristi za brodove. Nije toksičan.

Soli aluminijuma imaju velik značaj. NaAlO2 koristi se za prečišćavanje vode i

proizvodnju stakla. Stipsa aluminijuma koristi se u proizvodnji boja, kožarstvu i

medicini jer zaustavlja krvarenje zato što skuplja krvne sudove.

Soli borne kiseline koriste se za čišćenje tokom lemljenja.

Mešanjem borata i hidrogena dobija se prašak za veš.