Struktura, vlastnosti a chování p3-p1 a jejich sloučenin

p1
 13. skupina: triely (bor B, hliník Al, galium Ga, indium In, thallium Tl, Ununtrium Uut)
 mají 3 valenční elektrony (ns2np1), vyskytují se hlavně v oxidačním stavu III, těžší z nich zřídka i I
Fyzikální a chemické vlastnosti:
BOR – Od ostatních prvků skupiny se odlišuje, projevuje diagonální podobnost s křemíkem. Má vlastnosti polovodiče, není za běžných podmínek příliš reaktivní. Vyznačuje se vysokou teplotou tání a vysokou tvrdostí. Vyskytuje se ve čtyřech alotropických modifikacích (tři krystalické + amorfní), v nichž jsou atomy vázány v mnohastředových útvarech. Nejběžnější je tetragonální bor. Krystalický bor je velmi tvrdá, kovově lesklá, šedočerná látka, elektricky jen slabě vodivá. Vazby vytváří kovalentní, nejčastěji je trojvazný nebo čtyřvazný. Má vysokou ionizační energii (kationty B3+ se téměř nevyskytují). Bor a jeho sloučeniny barví plamen intenzivně zeleně.
HLINÍK – Hliník je stříbrolesklý, lehký, netoxický, dobře kujný a tažný kov. Má velkou tepelnou i elektrickou vodivost. Je značně neušlechtilý a velmi reaktivní, ale odolává vzdušné korozi v důsledku tvorby kompaktní vrstvy oxidu na povrchu. Může být až šestivazný, díky malé elektronegativitě vytváří polární kovalentní vazby. Je amfoterní – s kyselinami (kromě koncentrované kyseliny dusičné, která ho pasivuje) reaguje za vzniku hlinitých solí a vývoje vodíku ( ) a s roztoky hydroxidů poskytuje hydroxohlinitany ( [ ( ) ] ). Hoří bíle.
GALIUM – Je to lehce tavitelný, měkký, tažný, lesklý kov bílé barvy s modrošedým nádechem tvořený v pevném stavu molekulami Ga2. Je neušlechtilý, za běžných teplot však odolává vzduchu i vodě. Má velmi nízký bod tání (cca 30 °C) a vysoký bod varu (cca 1500 °C). Plamen barví fialově.
INDIUM – Je to světlý, silně lesklý, velmi měkký a snadno tavitelný kov. Plamen barví modře.
THALIUM – Je to měkký, lesklý kov, snadno tavitelný a rozpustný v kyselinách za vývoje vodíku. Reaguje se vzduchem, a proto se přechovává v netečných kapalinách stejně jako alkalické kovy. Od předešlých kovů se odlišuje vysokou stabilitou oxidačního čísla I. Tvoří samostatné kationty Tl+, které se značně podobají iontům alkalických kovů. Plamen barví zeleně.
Výskyt:
BOR – Vyskytuje se pouze ve formě svých kyslíkatých sloučenin – kyselina trihydrogenboritá
H3BO3 (minerál sassolín) nebo různé boritany. Nejznámějším z nich je borax
Na2[B4O5(OH)4].8H2O. Sloučeniny boru jsou v malém množství obsaženy i v mořské vodě a v
některých minerálních pramenech. Kyselina boritá je obvykle přítomna v sopečných
plynech, z nichž může být získávána.
HLINÍK – Hliník je po kyslíku a křemíku třetím nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře (asi
8,3 %), nachází se především ve formě hlinitokřemičitanových minerálů – živců, slídy,
kaolinitu, apod. Nejdůležitějšími minerály jsou kryolit (Na3[AlF6]), bauxit (směs hydroxidu a
hydroxido-oxidů hlinitých) a korund (Al2O3). Vzácnými odrůdami korundu jsou drahokamy
rubín (červený) a safír (modrý).
GALIUM – Tento vzácný prvek se vyskytuje pouze jako příměs v rudách hliníku, zinku a
olova. Nejvíce se ho nachází v nerostu germanitu (souhrnný vzorec Cu13Fe2Ge2S16), dále pak
v bauxitu a sfaleritu.
INDIUM – Indium je ještě vzácnější než gallium, které často doprovází. Jako příměs se nalézá
v některých sulfidických rudách (hlavně zinku, mědi, železa a olova).
THALIUM – Je v přírodě značně vzácné, doprovází těžké kovy v sulfidických rudách stejně
jako indium. V některých lokalitách se také nachází ve zvýšené koncentraci v jílových
minerálech a žule.
Příprava, výroba a použití
BOR – Vyrábí se elektrolýzou roztavených boritanů nebo redukcí oxidu boru silně
elektropozitivním kovem: . Pro zisk velmi čistého polokovu se
využívá redukce vodíkem: . Používá se na výrobu řídících tyčí
jaderných reaktorů a v hutnictví neželezných kovů (jako dezoxidační prostředek).
HLINÍK – Vyrábí se výhradně elektrolyticky z taveniny oxidu hlinitého, získaného z bauxitu.
Pro snížení teploty tavení se Al2O3 rozpouští v roztaveném kryolitu. Elektrolýza probíhá při
teplotě 970°C na grafitových elektrodách, vyloučený kapalný hliník se ukládá na dně
elektrolyzéru. Grafit zde není inertní elektrodou, ale během reakce se spotřebovává:
. Hliník má velmi široké použití. Slouží především k výrobě tzv.
lehkých slitin, používaných hlavně v leteckém a automobilovém průmyslu. Dále se užívá k
výrobě nádobí, potravinářských folií (alobal) i průmyslových zařízení. Jeho redukčních
vlastností se využívá při aluminotermii, procesu získávání neušlechtilých kovů, které nelze
vyrobit redukcí uhlíkem, z jejich rud: .
GALIUM – Dnes nejčastější způsob výroby spočívá v převedení germanitu na chlorid a
následné elektrolýze taveniny. Používá se jako náplň do teploměrů s velkým rozpětím
měřené teploty, uplatnění nalézá i v elektronice jako složka polovodičových materiálů. Slitin
gallia se používá v zubním lékařství na plomby.
INDIUM – Vyrábí se převedením nerostů, ve kterých se jako příměs nalézá, na chlorid a
následnou elektrolýzou taveniny. Nejvíce se využívá jako příměs do nevlastních polovodičů,
které se používají na výrobu tranzistorů, termistorů, kapalných krystalů (LCD) a světlo
emitujících diod (LED). Taktéž se z něj vyrábí tavitelné pojistky a nejkvalitnější zrcadlové
plochy odrážející všechny části světelného spektra.
THALIUM – Získává se stejně jako indium. Je důležitým prvkem při výrobě některých
polovodičů, např. tranzistorů, fotočlánků s citlivostí v infračervené oblasti spektra, a
supravodičů. Thalium a jeho sloučeniny jsou také dost toxické – jsou součástí deratizační
prostředků.
Sloučeniny
BOR – Oxid boritý B2O3 je bezbarvá sklovitá látka, strukturou i vlastnostmi připomínající
SiO2. Oxid boritý je kyselinotvorný, je anhydridem kyseliny trihydrogenborité. Používá se k
výrobě speciálních borosilikátových skel s malou tepelnou roztažností, např. chemické sklo
Pyrex. Kyselina trihydrogenboritá H3BO3 je velmi slabou kyselinou. Je to bílá krystalická
látka, v níž jsou jednotlivé molekuly navzájem propojeny vodíkovými vazbami do větších
útvarů. Od kyseliny trihydrogenborité je možno odvodit řadu složitějších kyselin. Borité
kyseliny jsou výborným antiseptikem, používají se jako tzv. borová voda v očním lékařství.
Tetraboritan sodný Na2B4O7 (bezvodý borax) i další boritany se používají na výrobu
keramických glazur a smaltů, jsou součástí speciálních optických skel a užívají se při pájení a
svařování kovů.
HLINÍK – Oxid hlinitý Al2O3 je nejdůležitější sloučeninou hliníku. Vyskytuje se ve dvou
alotropických modifikacích s velmi rozdílnými vlastnostmi. Důležitější z nich je α–Al2O3
(korund). Korund je jedna z nejtvrdších látek (stupeň 9 na stupnici tvrdosti). V čistém stavu
se získává silným žíháním hydroxidu hlinitého jako bílý, těžko tavitelný prášek, odolný vůči
vodě, kyselinám i zásadám. Ze slinutého oxidu hlinitého se vyrábějí žáruvzdorné kelímky,
žíhací trubice a další pomůcky. Korund slouží také k výrobě brusných materiálů a některé
odrůdy jsou důležité v klenotnictví. Stejně jako elementární hliník je i oxid hlinitý amfoterní.
Síran hlinitý Al2(SO4)3.18H2O je nejpoužívanější hlinitou solí. Slouží k čištění vody čiřením,
používá se v papírenství, koželužství a textilním průmyslu. Křemičitany hlinité a
hlinitokřemičitany jsou základem zemské kůry. Jsou hlavní součástí hlín používaných v
keramickém průmyslu.
GALIUM – Nejdůležitější sloučeninou je asi arsenid galitý GaAs používaný na výrobu LED
diod, laserových diod a solárních článků. Síran gallitý Ga2(SO4)3 je bílá krystalická látka, která
se snadno rozpouští ve vodě. V roztoku tvoří podvojné soli – kamence, které se ve
středověku, novověku a někdy i dnes používají k barvení látek (např. kamenec gallitoamonný
NH4Ga(SO4)2).
INDIUM – Arsenid inditý InAs se používá na infračervené detektory a laserové diody.
THALIUM – Oxid thalný Tl2O se používá pro výrobu speciálních, vysoce odrazových skel.