Borova skupina

Borova skupina so kemijski elementi iz 13., po stari nonemklaturi IIIA, skupine periodnega sistema elementov. Mednje spadajo bor (B), aluminij (Al), galij (Ga), indij (In), talij (Tl) in ununtrij (Uut). Elemente včasih imenujejo tudi zemeljske kovine, kar pa ni povsem res, ker spada bor med polkovine.

Skupina 13 v periodnem sistemu
Vodik Helij Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson skupina 12 ←    → ogljikova skupina
IUPAC ime skupine 13 Ime po elementu borova skupina Trivialno ime trieli CAS številka skupine (ZDA, vzorec A-B-A) IIIA stara IUPAC številka (Evropa, vzorec A-B) IIIB
↓ Perioda
2	Bor (B) 5 Polkovina
3	Aluminij (Al) 13 Druga kovina
4	Galij (Ga) 31 Druga kovina
5	Indij (In) 49 Druga kovina
6	Talij (Tl) 81 Druga kovina
7	Nihonij (Nh) 113 druga kovina
Legenda prvobitni sintetični element

Lastnosti

Bor je polkovina, drugi elementi pa so kovine iz tako imenovanih "poprehodnih skupin" oziroma kovine iz bloka p. Bor je v naravi redek, verjetno zaradi cepljenja jedra, ki ga povzročijo subatomski delci iz naravne radioaktivnosti. Aluminij je tretji najbolj pogost element v zemeljski skorji (7,4%).

Fizikalne lastnosti

Nekatere fizikalne lastnosti elementov borove skupine so zbrane v naslednji preglednici:

Element	Tališče [K]	Vrelišče [K]	Gostota [kg/m3]	Trdota [Mohsova lestvica]	Električna prevodnost [S/m]
Bor	2349	4200	2460	9,3	1 · 10−4
Aluminij	933,47	2740	2700	2,75	37,7·106
Galij	302,91	2477	5904	1,5	6,76·106
Indij	429,75	2345	7310	1,2	11,6·106
Talij	577	1746	11850	1,2	6,17·106

Elektronska konfiguracija

Splošna elektronska konfiguracija elementov borove skupine je [X]ys²yp¹, pri čemer je [X] elektronska konfiguracija žlahtnega plina iz prejšnje periode. Elementi od galija dalje imajo tudi orbitalo (y-1)d¹⁰, talij pa ima tudi orbitalo (y-2)f¹⁴.

Posamezni elementi imajo naslednje elektronske konfiguracije:

Z	Element	Elektronska konfiguracija
5	Bor	[He] 2s22p1
13	Aluminij	[Ne] 3s23p1
31	Galij	[Ar] 3d104s24p1
49	Indij	[Kr] 4d105s25p1
81	Talij	[Xe] 4f145d106s26p1
81	Ununtrij	[Rn] 5f146d107s27p1 (izračunana)

Splošno oksidacijsko stanje elementov je 3+. Talij in indij imata tudi oksidacijski stanji 1+, ki je pri taliju celo bolj pogosto kot +3.

Kemijske reakcije

Me v naslednjih kemijskih enačbah pomeni element iz borove skupine.

• Reakcija s kisikom:

3Me + 3O₂ → 2Me₂O₃

Talij tvori tudi Tl₂O.

• Reakcija z vodikom (ni spontana):

Diboran; dva centralna vodikova atoma sta istočasno vezana na oba borova atoma z vezjo 3c-2e

2Me + 3H₂ → 2MeH₃

Z vodikom reagirata samo bor in aluminij in tvorita kovalentna hidrida. Borov hidrid boran BH₃ je hipotetična spojina, iz katere z vezjo s tremi centri in dvema elektronoma (3c-2e) nastane dimer diboran (B₂H₆). Molekule AlH₃ so povezane z vodikovimi vezmi.

• Reakcija z vodo:

2Al + 6H₂O → Al(OH)₃ + 3H₂

Reakcija poteče samo z aluminijem in na površini kovine ustvari pasivni sloj.

• Reakcija s halogeni, na primer s klorom:

2Me + 3Cl₂ → 2MeCl₃

Talij tvori tudi TlCl.

Spojine

Borova kislina

• Oksidi(III), hidroksidi in kisline:
  • Borov trioksid (B₂O₃) je kovalentna spojina. Spojina je higroskopna in z vodo tvori zelo šibko borovo kislino (H₃BO₃).
  • Aluminijev trioksid (Al₂O₃, glinica) je tudi higroskopna spojina, topna v bazah in kislinah. Z vodo tvori aluminijev hidroksid (Al(OH)₃), ki je amfoteren.
  • Galijev trioksid (Ga₂O₃) z vodo tvori galijev hidroksid (Ga(OH)₃).
  • Indijev trioksid (In₂O₃) z vodo tvori indijev hidroksid (In(OH)₃), ki je bazičen.
  • Talijev(III) oksid (Ti₂O₃) z vodo tvori talijev(III) hidroksid (Tl(OH)₃), ki je prav tako bazičen.
• Spojine z vodikom:
  • Boran ((BH₃)_n) je tekočina ali plin z neprijetnim vonjem. Je zelo reaktiven, strupen in eksploziven. V diboranu sta dva borova atoma in dva vodikova atoma povezana samo z dvema elektronoma, tako da ima spojina strukturo B-H-B.
  • Aluminijev hidrid (AlH₃, alan) je visokopolimeren prah, občutljiv na zrak in vodo, ki pri temperaturi preko 100 °C razpade. Molekule so med seboj povezane z vodikovimi vezmi.
• Druge spojine:
  • Karboran je boran, ki vsebuje tudi ogljik, večinoma kot B₁₀C₂H₁₂.
  • Borov karbid (B₁₃C₂) ima večjo trdoto kot diamant in se uporablja kot brusilno sredstvo ali za izdelavo predmetov, ki morajo biti odporni proti obrabi.

Borov nitrid ima aromatsko zgradbo

• • BN so borove spojina z dušikom v razmerju 1:1, ki imajo zgradbo podobno ogljikovodikom. Bor dobi manjkajoče elektronske pare od dušika.
    • Borov nitrid ima podobno zgradbo kot grafit.
    • Borazon (anorganski diamant) je zelo trda spojina s podobno kristalno strukturo kot diamant.
  • Aluminijev klorid (AlCl₃) je higroskopen in se na vlažnem zraku kadi. Dim je sestavljen iz klorovodikove kisline (HCl) in aluminijevega hidroksida (Al(OH)₃), ki nastaneta s hidrolizo klorida.
  • Aluminijev sulfat (Al₂(SO₄)₃·12 H₂O) je brezbarvna kristalna snov. Brezvodna spojina je bel prah.
  • Aluminijeve zlitine imajo boljše lastnosti kot sam aluminij. Najbolj znane zlitine so dural (4% Cu, 0,3% Mg, 1% Mn in 0,5% Si), magnalij (3–9% Mg) in silumin (do 14% Si).
  • Galijev klorid (GaCl₃) tvori brezbarvne kristale.
  • Galijeve(III) spojine z elementi iz 15. skupine so polprevodniki:
    • galijev nitrid (GaN)
    • galijev fosfid (GaP)
    • galijev arzenid (GaSa)
    • galijev antimodid (GaSb)
  • Nekatere galijeve spojine so superprevodniki:
    • V₃Ga (kritična temperatura 16,8 K)
    • Nb₃Ga (kritična temperatura 14 K)
    • Zr₃Ga (kritična temperatura 10 K)
  • Indijev(III) klorid (InCl₃) kristalizira v obliki loščic. Je higroskopen, v plinski fazi pa dimerizira, tako kot vsi indijevi halogenidi. Indijev klorid pogosto tvori dvojne soli s klorido-kompleksom InCl3−6.
  • Zlitine z elementi iz 15. skupine služijo kot polprevodniki. V transformatorjih in tuljavah se uporabljajo kot feromagnetna jedra.
  • Talijev(I) sulfat (Tl₂SO₄) tvori brezbarvne, želo strupene kristale.
  • V natrijevem talidu (NaTl) tvorijo Ti⁻ ioni diamantno kristalno rešetko, v kateri vmesne prostore zapolnjujejo Na⁺ ioni.
  • Talijev(I) alkoksid nastane v reakciji talija z alkoholi. Spojina je tetramer kockaste oblike.
  • Talijev(I) oksid in talijev(I) hidroksid

Nahajališča

Elementi borove skupine sestavljajo 7,3% zemeljske skorje, večinoma kot oksidi. V tej količini je 99,96% aluminija, ostalih 0,06% pa si delijo

• 51% bor,
• 46% galij,
• 3% indij in
• 0,2% talij.

Minerali, ki vsebujejo aluminij:

• 
  Boksit (zmes mineralov)
• 
  Korund (Al₂O₃)
• 
  Rubin (oblika korunda)
• 
  Neobdelan safir (oblika korunda)

Vir

• Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie (Band 1: Allgemeine und anorganische Chemie). S. 114-129 (2000), ISBN 3-423-03217-0