Borgruppe

   Borgruppe   
Gruppe13
Hauptgruppe3
Periode
25
B
313
Al
431
Ga
549
In
681
Tl
7113
Nh

Als Borgruppe (auch Triele) bezeichnet man die 3. Hauptgruppe (nach neuer Nummerierung der IUPAC Gruppe 13) des Periodensystems. Sie enthält die Elemente Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl). Das künstlich hergestellte radioaktive Element Nihonium (Nh), früher auch „Eka-Thallium“ genannt, zählt ebenfalls dazu.

Früher wurden teilweise alle Elemente der Borgruppe Erdmetalle genannt, abgeleitet von der Tonerde, einem Aluminiumoxid (Al2O3). Da jedoch Bor selbst nicht zu den Metallen, sondern den Halbmetallen gezählt wird, werden heute nur mehr die übrigen Elemente der Borgruppe als Erdmetalle bezeichnet.

Die Borgruppe

Vorkommen

Die Erdkruste besteht zu 7,3 % aus Elementen der Borgruppe, die meist als Oxide vorliegen. Davon entfallen 99,94 % auf Aluminium, das häufigste Metall in der Erdkruste. Die übrigen Elemente der Borgruppe sind selten.

Diese 0,06 % teilen sich wie folgt auf:

  • 51 % Bor
  • 46 % Gallium
  • 3 % Indium
  • 0,2 % Thallium

Aluminiumhaltige Mineralien:

Kein Element der Borgruppe tritt gediegen auf.

Eigenschaften

Das erste Element der Gruppe, Bor, unterscheidet sich aufgrund seiner halbmetallischen Eigenschaften wesentlich von den weiteren Elementen der Borgruppe, die allesamt Metalle sind und in ihren Eigenschaften den Erdalkalimetallen ähneln.

Physikalische Eigenschaften

Mit zunehmender Ordnungszahl wachsen Atommasse, Atomradius und Ionenradius. Den höchsten Schmelzpunkt hat Bor mit 2076 °C, den niedrigsten Gallium mit nur 29,76 °C (Körpertemperatur: ~37 °C). Dazwischen liegen Indium (156,6 °C), Thallium (304 °C) und Aluminium (660,32 °C). Die Siedepunkte nehmen von oben nach unten ab: Bor hat mit 3927 °C den höchsten Wert, danach folgen Aluminium (2467 °C), Gallium (2204 °C), Indium (2072 °C) und schlussendlich Thallium (1473 °C).

Mit steigender Ordnungszahl wächst die Dichte, während die Härte abnimmt. Bor hat mit 2,460 kg/dm3 die geringste Dichte und mit 9,3 die höchste Mohshärte, bei Thallium ist es mit einer Dichte von 11,850 kg/dm3 und einer Mohshärte von nur 1,2 genau umgekehrt.

Die höchste elektrische Leitfähigkeit hat Aluminium mit 37,7 MS/m (etwa ein Drittel weniger als Kupfer (58 MS/m)), die geringste weist Bor mit 0,10 mS/m auf.

Die 1. Ionisierungsenergie sinkt mit wachsender Ordnungszahl von 8,298 eV bei Bor auf 5,786 eV bei Indium ab, wobei Gallium jedoch mit 5,999 eV (anstatt des Aluminiums mit 5,968 eV) an zweiter Stelle steht. Thallium hat mit 6,108 eV einen erhöhten Wert.

Die Elektronegativität ist bei Bor mit 2,0 am größten, erreicht mit 1,5 bei Aluminium einen vorläufigen Tiefpunkt und steigt dann wieder auf 1,8, den Wert von Gallium, an. Im weiteren Verlauf sinkt die Elektronegativität wieder auf den Wert 1,4 (Thallium).

Bei sehr niedrigen Temperaturen leiten Aluminium, Gallium, Indium und Thallium elektrischen Strom ohne Widerstand. Sie werden zu Supraleitern.

ElementSchmelzpunkt in KSiedepunkt in KDichte in kg/m3MohshärteEl. Leitfähigkeit in S/m
Bor2349420024609,31 · 10−4
Aluminium933,47274027002,7537,7 · 106
Gallium302,91247759041,56,76 · 106
Indium429,75234573101,211,6 · 106
Thallium5771746118501,26,17 · 106

Elektronenkonfiguration

Die Elektronenkonfiguration lautet [X] ys2yp1. Das X steht hierbei für die Elektronenkonfiguration des eine Periode höher stehenden Edelgases, und für das y muss die Periode eingesetzt werden, in der sich das Element befindet. Ab Gallium ist auch ein (y-1)d10-Orbital vorhanden; und ab Thallium findet sich auch ein (y-2)f14-Orbital.

Für die einzelnen Elemente lauten die Elektronenkonfigurationen:

  • Bor: [ He ] 2s22p1
  • Aluminium: [ Ne ] 3s23p1
  • Gallium: [ Ar ] 3d104s24p1
  • Indium: [ Kr ] 4d105s25p1
  • Thallium: [ Xe ] 4f145d106s26p1
  • Nihonium (berechnet): [ Rn ] 5f146d107s27p1

Der Oxidationszustand ist +3. Nur Thallium und Indium kommen auch mit der Oxidationszahl +1, die bei Thallium sogar häufiger als +3 auftritt, vor.

Chemische Reaktionen

In den folgenden Gleichungen steht das Me für ein Element aus der dritten Hauptgruppe (Borgruppe).

Thallium bildet auch Tl2O
Nur Bor und Aluminium reagieren zu (immer kovalenten) Wasserstoffverbindungen. Bei Bor entstehen durch Dreizentrenbindung die strukturell vielfältigen Borane mit Diboran (B2H6) als einfachstem Vertreter, das hypothetische Monomer BH3 existiert nicht. AlH3-Moleküle sind durch Wasserstoffbrücken verbunden.
Nur Aluminium setzt aus Wasser Wasserstoff frei. Bei Kontakt mit Luft/Sauerstoff bildet Aluminium aber sehr rasch eine Passivierungsschicht, welche das Metall vor der Reaktion mit Wasser schützt.
  • Reaktion im Alkalischen:
- -
Im Alkalischen bildet sich kein Al(OH)3, sondern das Aluminat-ion Al(OH)4.
Thallium bildet auch TlCl.

Verbindungen

Borsäure
Bornitrid hat eine aromatische Struktur

Literatur

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

Weblinks

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1g Thallium unter Argongas
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Structural formula of the boric acid molecule
Bauxite with core of unweathered rock. C 021.jpg
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  • Datum: März 2006
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Assortment of boron group elements.
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Ingot of 40 grams of indium, 2 x 4.5 cm and molten (liquid) indium, 1.5 x 1.5 cm. Indium is a rare metal with a low melting point. It is very soft and can be cut with a knife. Indium is much used in the industry. Indium tin oxide is transparent, but has a good electrical conductivity. Therefore it is used in nearly every modern display device, which made indium a scarce material, that is in danger of running out.
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