Общая характеристика

Элементы данной группы имеют три валентных электрона (s²p⁸⁶ ), и для них характерна ст.ок. (+3). А (-3) проявляет лишь бор и только в соединениях с активными М.

В отличие от B и Al, их аналоги более легко образуют продукты в ст.ок. (+1) и (+2), хотя они неустойчивы, кроме соединений таллия(I). Причины указанного – эффекты d- и f-сжатий, которые особенно ощутимы для р-элементов III группы, т.к. они, начиная с галлия, располагаются сразу после d-элементов. Как следствие, наблюдается рост значений I₁ не только при переходе от In к Tl (т.е. от 5-го периода к 6-му, как в других ргруппах), но и от Al к Ga.

Нахождение в природе и получение простых веществ

Основные борсодержащие природные формы – это гидроксид H₃BO₃ (в отложениях и в воде минеральных источников) и соли: Na₂B₄O₇ ⋅ nH₂O , при n = 10 вещество называется бурой, а при n = 4 – кернитом.

Бор получают из буры, переводя ее серной кислотой в гидроксид, который дегидратируют, а на оксид действуют магнием в качестве восстановителя. Синтезированный таким способом продукт содержит примеси и имеет бурый цвет, а чистый бор (черного цвета) образуется, например, при разложении его гидридов.

Наиболее распространенная форма алюминия в природе – его оксид, т.е.

глинозем (который является основным сырьем при получении алюминия электролизом). Он составляет также основу многих минералов: от бурых бокситов до красных рубинов и синих сапфиров (их окраску обеспечивают примеси соединений Fe, Cr, и Ti с Fe, соответственно).

Многие искусственные драгоценные камни тоже синтезируют на основе оксида алюминия введением указанныхпримесей. (Например, добавляя от 0,035 до 0,1% хрома при выращивании монокристаллов Al₂O₃ , получают искусственные рубины – их используют, в частности, в качестве квантовых усилителей в лазерах.)

Алюминий вместе с кремнием образует также большое разнообразие природных алюмосиликатов: от обычного полевого шпата K[AlSi₃O ]₈ (и получающейся из него при выветривании глины Al₂Si₂O₆ (OH)₂ ) до драгоценного лазурита Al₂SiO₄ (SO₄ ,S,Cl)₁₋₂ .

(Последний имеет интенсивно синий цвет за счет наличия хлорид- и сульфид-ионов. Из его крошки получают ультрамарин – краску художников эпохи Возрождения.)

Глина вследствие слоистой структуры представляет собой мягкую массу, пластичную во влажном состоянии¹, и затвердевающую при высушивании. А при обжиге она твердеет необратимо, благодаря чему применяется в строительстве и в гончарном деле. Белую глину (каолин), основу которой составляет каолинит Al₄Si₄O₁₀ (OH)₈ , используют в производстве фарфора и т.п.

По распространенности (6,6%) Al занимает третье место (после O и Si), а значит, среди металлов – первое. Остальных р-элементов III группы в природе сравнительно мало (10⁻⁴ −10⁻⁶ %), причем Ga, In и Tl рассеяны (известен лишь редкий минерал CuGaS₂ ) и находятся, главным образом, в полиметаллических рудах. Из отходов их переработки эти элементы извлекают в виде оксидов. Последние затем восстанавливают цинком, водородом или электротоком (при электролизе) до металлов.

Физические свойства простых веществ

Кристаллы чистого бора имеют ковалентную решетку, построенную из двадцатигранников B₁₂ [1], поэтому прочны⁸⁷, тугоплавки (2550⁰С), но обладают, в отличие от алмаза (?), полупроводниковыми свойствами (∆E = 1,55 эВ): при нагревании до 600⁰С электропроводность бора увеличивается в 100 раз.

Аналоги бора – все металлы серебристо-белого цвета, пластичны⁸⁸. Прочность алюминия в 3 раза ниже, чем бора (?), а металлы Ga, In, Ta еще мягче – легко режутся ножом.

Алюминий имеет высокую электропроводность (λ = 34 ), поэтому провода из него все чаще вытесняют медные. Поскольку при равной с ними проводимости (за счет большей толщины) оказываются в 2 раза легче медных и к тому же дешевле.

При переходе от Al к Ga (а также от In к Ta) λ снижается (?), но минимальное ее значение у галлия (λ = 2 ). У него же наименьшая в подгруппе т.пл. (29,8⁰С)⁸⁹.

Эти удивительные свойства галлия (которые, кстати, предсказывал Д.И. Менделеев) объясняются его как бы молекулярной решеткой (из молекул Ga₂). Ибо связи между каждыми двумя атомами галлия, образованные р-электронами, прочнее и короче, чем остальные связи, полученные за счет s-электронов (более проникающих к ядру и потому менее доступных для образования ХС).

Эта как бы молекулярная решетка при плавлении разрушается (образуется структура в которой к.ч.=12) и кипит галлий достаточно высоко (при 2205⁰С), как и другие р-элементы третьей группы. То есть жидкий галлий существует в широком диапазоне температур, поэтому используется как теплоноситель в атомных реакторах, а также для изготовления жидкостных высокотемпературных термометров.