El semimetal boro (B) y los metales aluminio (Al), galio (Ga), indio (In) y talio (T) son todos miembros de la familia del boro, que se encuentra en el grupo 13 de la tabla periódica ( Tl). Con la configuración electrónica de valencia ns 2 np 1 , el aluminio, el galio, el indio y el talio tienen tres electrones en su capa más externa (un orbital s completo y un electrón en el orbital p). Los elementos de la familia del boro tienen estados de oxidación de +3 o +1. A excepción de elementos más pesados como Tl, que prefieren el estado de oxidación +1 debido a su estabilidad, se prefieren los estados de oxidación +3; esto se conoce como el efecto de par inerte.
Elementos del grupo 13: la familia del boro
El primer grupo en el bloque p son los elementos del grupo 13 de la tabla periódica. La familia del boro se refiere a todos los elementos del grupo 13. La tabla periódica se divide en cuatro secciones: s, p, d y f. Esta segregación se basa en el electrón de valencia; si el electrón de valencia está en la subcapa p, entra en el bloque p, y así sucesivamente. El boro, el aluminio, el galio, el indio y el talio son elementos del grupo 13.
La configuración electrónica general para los elementos del grupo 13 es ns 2 np 1
Estados de Oxidación y Efecto Par Inerte
Los elementos del grupo 13 tienen los siguientes estados generales de oxidación: +3 y +1. La tendencia a formar iones +1 aumenta a medida que avanzamos en el grupo, como se explica por el efecto de par inerte, que es la ausencia del orbital s durante el enlace químico como resultado de una protección deficiente de los electrones intermedios. Los electrones llenan los orbitales d y f de elementos como el indio y el talio. Debido a que los orbitales d y f tienen poca capacidad de protección, la carga nuclear que se filtra atrae al orbital s más cerca del núcleo. Como resultado, el orbital s es reacio a unirse y solo los electrones p están involucrados en el enlace.
Carácter covalente de los elementos del grupo 13
Hay tres razones por las que los elementos del grupo 13 forman compuestos covalentes.
- Se puede utilizar la regla de Fajan. Cuanto mayor es la covalencia, menor es el catión.
- Tienen entalpías de ionización extremadamente altas, lo que dificulta la formación de compuestos iónicos.
- Dado que tienen electronegatividades más altas, la formación de compuestos no daría como resultado una diferencia de electronegatividad más alta.
Razón detrás del comportamiento anómalo del boro
- El boro se comporta de manera diferente a los demás elementos del grupo 13 por las siguientes razones.
- Es de tamaño muy pequeño.
- Tiene una entalpía de ionización extremadamente alta.
- Debido a su pequeño tamaño, tiene una alta electronegatividad. La falta de orbital d en la capa de valencia.
Propiedades químicas de los elementos del grupo 13
- Reactividad del Grupo 13 hacia el Oxígeno
A altas temperaturas, todos los elementos del Grupo 13 reaccionan para formar trirusts, M 2 O 3 .
4M(s) + O 2 (g) → 2M 2 O 3 (s)
Tl, además de producir Tl 2 O 3 , también puede producir Tl 2 O. La reactividad de los elementos del grupo 13 al oxígeno aumenta a medida que se desciende en el grupo. El boro, en su forma cristalina, no reacciona con el oxígeno. Cuando se calienta, el boro amorfo finamente dividido reacciona con el oxígeno para formar B 2 O 3 . El aluminio debería reaccionar termodinámicamente con el aire, pero es estable. Esto se debe a que el Al 2 O 3 forma una capa protectora sobre la superficie del metal, haciéndolo inerte.
- Reactividad del Grupo 13 hacia Ácidos y Alcalis
El boro no reacciona con ácidos no oxidantes como el HCl, pero a temperaturas más altas, reacciona con ácidos oxidantes fuertes como una mezcla concentrada caliente de H 2 SO 4 y HNO 3 para producir ácido bórico.
B(s) + 3HNO 3 (aq) → H 3 BO 3 (aq) + 3NO 2 (g)
El boro es resistente a los álcalis (NaOH y KOH) hasta 773 K, después de lo cual forma boratos.
2B(s) + 6KOH(s) → 2K 3 BO 3 (s) + 3H 2 (g)
Los elementos restantes del grupo 13 reaccionan con ácidos oxidantes y no oxidantes, liberando hidrógeno gaseoso.
- Reactividad del Grupo 13 hacia Halógenos
A altas temperaturas, reaccionan con halógenos para formar trihaluros MX 3 . Tl, por otro lado, solo produce TlF 3 y TlCl 3 .
2M(s) + 3X 2 (g) → 2MX 3
- Reactividad hacia el agua
El boro no reacciona con el agua o el vapor, pero reacciona con el vapor a temperaturas muy altas.
2B + 3H 2 O → B 2 O 3 + 3H 2
En ausencia de una capa de rust, el aluminio se descompone en agua fría para producir gas hidrógeno. A menos que haya un gas de oxígeno presente, el galio y el indio no reaccionan con el agua. En aire húmedo, el talio produce TlOH.
4Tl + 2H 2 O + O 2 → 4TlOH
- Reactividad hacia los metales
Los boruros se forman cuando el boro se combina con metales. Los elementos restantes del Grupo 13 desconfían de combinarse con metales. La naturaleza no metálica del boro se representa de esta manera.
3Mg + 2B → Mg 3 B 2
- Toxicidad
Dada una dosis lo suficientemente alta, todos los elementos del grupo del boro pueden considerarse tóxicos. Algunos solo son tóxicos para los animales, mientras que otros solo son tóxicos para las plantas y, aún así, otros son tóxicos para ambos. Se ha observado, por ejemplo, que daña la cebada en concentraciones superiores a 20 mm. Las plantas exhiben una amplia gama de síntomas de toxicidad por boro. Según el estudio, incluyen disminución del crecimiento de brotes y raíces, disminución de la división celular, inhibición de la fotosíntesis, disminución de la producción de clorofila foliar, disminución de la extrusión de protones de las raíces, disminución de la conductancia estomática y la deposición de suberina y lignina.
El aluminio no presenta un riesgo significativo de toxicidad en pequeñas dosis, pero es levemente tóxico en dosis muy grandes. El galio no se considera tóxico, aunque puede tener algunos efectos secundarios menores. Aunque el indio no es tóxico y puede manejarse con precauciones similares a las del galio, algunos de sus compuestos son de leve a moderadamente tóxicos.
Propiedades físicas de los elementos del grupo 13
- Radios atómicos y iónicos
Los radios atómicos de los elementos del grupo 13 son más pequeños que los de los elementos del grupo 2. Esto se debe a un aumento en la carga nuclear efectiva, lo que hace que el tamaño del átomo se reduzca. Debido a la adición de una nueva capa, los radios atómico e iónico disminuyen en el grupo. Sin embargo, hay una diferencia al cambiar de aluminio (143 pm) a galio (135 pm). Esto se debe al escaso blindaje del galio de los orbitales d intermedios, lo que da como resultado un tamaño más pequeño que el aluminio.
Boro< Aluminio > Galio < Indio< Talio
- Energía de ionización
Los valores de la entalpía de ionización no disminuyen suavemente en el grupo. La entalpía de ionización aumenta como se esperaba de boro a aluminio. Sin embargo, la entalpía de ionización aumenta ligeramente de aluminio a galio. El talio tiene una primera entalpía de ionización más alta que el aluminio. Este patrón es causado por el escaso blindaje de los orbitales d y f.
- Electronegatividad
La electronegatividad disminuye de B a Al, luego aumenta ligeramente de Aluminio a Tl. Esto se debe al blindaje ineficaz de los orbitales d y f intermedios.
- electropositividad
La tendencia esperada debería ser la inversa de la electronegatividad. De B a Al, el carácter metálico aumenta ligeramente, luego disminuye ligeramente de Al a Tl. Esto se debe a la entalpía de ionización extremadamente alta del grupo 13. Además, cuanto más grande es el ion, menor es su entalpía de ionización. Como resultado, el aluminio es el más metálico. Esto se puede explicar más utilizando los potenciales de reducción estándar.
- Características ácido-base
El carácter ácido de los elementos del grupo 13 disminuye a medida que descienden en el grupo, mientras que el carácter básico aumenta.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Qué es la regla de Fajan?
Responder:
La regla de Fajans determina si un enlace químico es covalente o iónico.
Pregunta 2: ¿Por qué el aluminio tiene una densidad más baja que el boro?
Responder:
La densidad aumenta a medida que uno progresa de boro a talio. El boro y el aluminio, por otro lado, tienen valores relativamente bajos. Esto se debe a que tienen masas atómicas más bajas que el galio, el indio y el talio.
Pregunta 3: ¿En qué se parecen las propiedades del aluminio al boro?
Responder:
El boro y el aluminio son miembros del mismo grupo elemental (grupo 13). Los elementos con propiedades químicas similares se agrupan en la tabla periódica moderna. El boro y el aluminio tienen tres electrones de valencia y exhiben tres valencias.
Pregunta 4: Dé una aplicación de la familia del boro.
Responder:
El boro se puede encontrar en una variedad de aplicaciones industriales, y constantemente se descubren nuevas. La fibra de vidrio es un material muy utilizado. El mercado del vidrio de borosilicato también ha crecido rápidamente; una de las características distintivas de la familia es una mayor resistencia a la expansión térmica en comparación con el vidrio normal.
La cerámica es otra aplicación en expansión comercial para el boro y sus derivados. Muchos compuestos de boro, particularmente los rusts, tienen propiedades únicas y valiosas que han llevado a su sustitución por materiales menos útiles. Las propiedades aislantes del boro se pueden encontrar en jarrones, ollas, asas de sartenes de cerámica y platos.
Pregunta 5: ¿Qué es el bórax?
Responder:
El bórax es a la vez un compuesto refinado y un mineral con numerosas aplicaciones. Este mineral existe en forma incolora de cristales blancos suaves que ocasionalmente pueden teñirse de amarillo, verde o marrón.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por Prateek Sharma 7 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA