Elementi IIIa (13.) grupe PSE

ELEMENTI IIIa (13.) GRUPE PSE

• B, Al, Ga, In, Tl, Nh (nihonijum)
• B je metaloid (semimetal), ostali elementi ove grupe su metali
• Zajednička elektronska konfiguracija: ns²np¹ (tri valentna elektrona)

Nalaženje u prirodi i dobijanje

• Po rasprostranjenosti u Zemljinoj kori, aluminijum zauzima 3. mesto (iza kiseonika i silicijuma). U prirodi je prisutan u obliku alumosilikata (ortoklas, kaolin, gline), u obliku minerala korunda Al₂O₃ (postoji kao rubin, safir, smaragd, ametist, topaz) i u obliku rude boksit, Al₂O₃ xH₂O iz koje se dobija Bajerovim postupkom.

Bajerov postupak dobijanja aluminijuma u industriji

1) Samlevena ruda se tretira rastvorom NaOH na visokoj temperaturi i visokom pritisku pri čemu se dobija natrijum – aluminat, NaAlO_2, a primese Fe i Si ostaju u obliku crvenog taloga koji se odvaja dekantovanjem i ceđenjem

Al₂O₃  + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

Natrijum – aluminat hidrolizuje, pri čemu se dobija aluminijum – hidroksid koji     se odvaja ceđenjem

NaAlO₂ + H₂O → Al(OH)₃ + NaOH

Aluminijum – hidroksid se žari u rotacionoj peći, pri čemu nastaje glinica, odnosno Al₂O₃

2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

2)  U završnoj fazi, vrši se elektroliza glinice u kriolitnom kupatilu (Na₃AlF₆) pri čemu se metalni aluminijum visoke čistoće

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂

Fizičke osobine

Bor je metaloid sive boje koji se odlikuje visokom temperaturom topljenja i tvrdoćom (kovalentna veza u kristalnoj rešetki bora).  Aluminijum je lak metal, srebrnasto bele boje, visokog metalnog sjaja i refleksije. Odličan je provodnik toplote i elektriciteta. Mek je i eleastičan, te se može izvlačiti u folije, žice i limove. Galijum je metal srebrno sive boje, karakteriše ga veoma niska temperatura topljenja (29,8 ⁰C).

Bor

 

 

 

 

Aluminijum

Galijum

 

Hemijske osobine

• Oksidacioni broj +3 (kod talijuma mogućnost nastajanja i +1)
• Reakcije sa halogenim elementima (elementi VIIa (17.) grupe)

2B + 3F₂ → 2BF₃ bor – fluorid

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃ aluminijum – hlorid

• Reakcije sa halkogenim elementima (elementi VIa (16.) grupe)

4B + 3O₂ → 2B₂O₃ bor – oksid

Bor – oksid je kiseli oksid, u reakciji sa vodom gradi ortobornu kiselinu H₃BO₃, a pored nje postoji mogućnost nastajanja i metaborne kiseline HBO₂

B₂O₃  + 3H₂O → 2H₃BO₃

Ortoborna ili samo borna kiselina spada u klasu slabih trobaznih kiselina, a njene soli se nazivaju borati (BO₃ ^3-)

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃  aluminijum – oksid (reakcija pasivizacije)

Stajanjem na vazduhu, aluminijum se prevlači tankim filmom  oksida koji ga pasivizira (štiti od dalje oksidacije). Aluminijum  – oksid, koji je nerastvoran u vodi, spada u klasu amfoternih oksida (može reagovati sa kiselinama i bazama).

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

Natrijum – aluminat

• Aluminijum – hidroksid spada u klasu slabih, trokiselih baza. Teško je rastvoran u vodi, pada kao beo, želatinozan talog. Amfoteran je hidroksid.

Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O                                                                     

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

Al(OH)2 + aluminijumdihidroksi- jon AlOH 2+    aluminijumhidroksi- jon Aluminijumdihidroksi – hlorid  Al(OH)2Cl Aluminijumhidroksi – nitrat AlOH(NO3)2

• Reakcije sa vodonikom

U reakciji sa vodonikom, bor gradi borane, bor-hidrid BH₃, koji postoji u obliku dimera diborana B₂H₆. Jedinjenje aluminijuma i vodonika je aluminijum – hidrid, molekulske formule AlH₃.

• Redukciona sposobnost

Metalni aluminijum reaguje i sa kiselinama i sa bazama, što ga svrstava u kategoriju amfoternih metala.

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

• Redukciona sposobnost aluminijuma se ogleda u procesu dobijanja metala iz njihovih ruda koji se naziva aluminotermija

Fe₂O₃ + 2Al → 2Fe + Al₂O₃

Termitna smeša

• Aluminijum gradi stipse, odnosno dvojne soli sulfata.

E⁺¹ E⁺³ (SO₄)₂                    E⁺¹  – Na⁺, K⁺ ili NH₄ ⁺             E⁺³  – Al, Fe ili Cr

Na primer, aluminijumova stipsa koja se koristi u industriji kože, medicini, kao boja: KAl(SO₄)₂ • 12H₂O (može se dobiti mešanjem kalijum – sulfata i aluminijum – sulfata).

Primena

B

Bor se koristi u proizvodnji specijalnih vrsta čelika

H₃BO₃ – Acidi borici  

Borna kiselina se koristi kao insekticid, u medicini kao antispetik i u pirotehnici.Borati se koriste u procesu lemljenja

Na₂B₄O₇ • 10H₂O – boraks   

Boraks je sastavni deo praška za veš

Al

Aluminijum se koristi u industriji automobila, aviona, brodova, u proizvodnji limenki, tuba, ambalaža za lekove, folija u domaćinstvu, CD, u proivodnji alu – stolarije, za zavarivanje pruga (termitna smeša)….Važnije legure aluminijuma su duraluminijum (Al/Mn/Mg), silumin (Al/Si) i hidronalijum (Al/Mg).