Загальна характеристика р-елементів

До головної підгрупи ІІІ групи періодичної системи належать два дуже поширених елементи – бор і алюміній, і три рідкісних – галій, індій і талій. Останні належать до таких елементів, які хоча й поширені по всій земній корі, але присутні завжди в дуже малих концентраціях в якості ізоморфних домішок в певних мінералах. В цьому розумінні про них можна говорити як про рідкісні, а про галій та індій, як про дуже рідкісні елементи. Вони були відкриті методом спектрального аналізу.

Елементи головної підгрупи третьої групи в сполуках, в яких валентність відповідає номеру групи, є максимально тривалентні, а ступінь окиснення їх рівний +3. Електронна структура елементів:

Енергія іонізації атомів елементів із збільшенням порядкового номера зменшується:

Бор і алюміній утворюють обмежене число сполук, в яких вони проявляють нижчі ступені окиснення. У навпаки, галій, індій, талій дуже легко можуть бути переведені в нижчі валентні стани. Проте, в цих нижчих ступенях окиснення (+1) галій та індій є менш стійкі, ніж в стані із ступенем окиснення +3. Талій, на відміну всім елементам – сусідам у підгрупі найчастіше зустрічається в одновалентному стані. Крім того, Tl в ступені окиснення +3, на відміну Ga i In має лише дуже невелику подібність з другим елементом головної підгрупи ІІІ групи – алюмінієм, до якого галій та індій у всіх відношеннях дуже близькі.

Гідроксиди галію, індію амфотерні так само як і гідроксид алюмінію. Солі галію та індію, як і солі алюмінію, у водних розчинах частково гідролізовані. Як і алюміній, галій та індій утворюють галуни (квасці), тобто подвійні сульфати типу М^ІМ^ІІІ(SO₄)₂ × 12H₂O (звичайно не так характерно, як алюміній). Тривалентний талій утворює подвійні сульфати іншого типу, а саме М^ІМ^ІІІ(SO₄)₂ × 4H₂O. Але і алюміній утворює подвійні сульфати цього типу, і їх кристалізацію при певних умовах, в яких вони взагалі здатні існувати, можна викликати додаванням відповідного подвійного сульфату талію.

Крім схильності легко переходити в нижчі ступені окиснення, галій, індій і талій відрізняються від бору та алюмінію меншою теплотою утворення своїх оксидів і легкою здатністю (схильністю) відновлюватися до металу. В металічному стані внаслідок м’ягкості і низьких температур плавлення вони дуже сильновідрізняються від алюмінію і осбливо бору.

Бор має чітко виражену неметалічну природу. Однак його аналоги – типові метали. Відповідно до своєї неметалічної природт він має схильність до утворення гомеополярних споук. Аналоги бору утворюють переважно гетерополярні сполуки. Всі вони схильні існувати у водних розчинах у вигляді вільних, якщо не брати до уваги водну оболонку, позитивнозаряджених (3+) іонів. Бор таких іонів не утворює. Все ж таки в сполуках з сильно електронегативними елементами бор також можна розглядати як позитивнозаряджений (3+) іон; необхідно лише врахувати, що властивості цих сполук внаслідок сильної поляризуючої дії іона В⁺³ (обумовлена ця дія поєднанням невеликого радіуса з відносно великим зарядом) значною мірою наближаються до властивостей гомеополярних сполук.

Бор і алюміній утворюють обмежене число сполук, в яких вони проявляють нижчі ступені окиснення. У навпаки, галій, індій, талій дуже легко можуть бути переведені в нижчі валентні стани. Проте, в цих нижчих ступенях окиснення (+1) галій та індій є менш стійкі, ніж в стані із ступенем окиснення +3. Талій, на відміну всім елементам – сусідам у підгрупі найчастіше зустрічається в одновалентному стані. Крім того, Tl в ступені окиснення +3, на відміну Ga i In має лише дуже невелику подібність з другим елементом головної підгрупи ІІІ групи – алюмінієм, до якого галій та індій у всіх відношеннях дуже близькі.

Гідроксиди галію, індію амфотерні так само як і гідроксид алюмінію. Солі галію та індію, як і солі алюмінію, у водних розчинах частково гідролізовані. Як і алюміній, галій та індій утворюють галуни (квасці), тобто подвійні сульфати типу М^ІМ^ІІІ(SO₄)₂ × 12H₂O (звичайно не так характерно, як алюміній). Тривалентний талій утворює подвійні сульфати іншого типу, а саме М^ІМ^ІІІ(SO₄)₂ × 4H₂O. Але і алюміній утворює подвійні сульфати цього типу, і їх кристалізацію при певних умовах, в яких вони взагалі здатні існувати, можна викликати додаванням відповідного подвійного сульфату талію.

Крім схильності легко переходити в нижчі ступені окиснення, галій, індій і талій відрізняються від бору та алюмінію меншою теплотою утворення своїх оксидів і легкою здатністю (схильністю) відновлюватися до металу. В металічному стані внаслідок м’ягкості і низьких температур плавлення вони дуже сильновідрізняються від алюмінію і осбливо бору.

Електропозитивний характер елементів змінюється з ростом порядкового номера в головній підгрупі ІІІ групи не так закономірно, як це спостерігалося в елементів головних підгруп І та ІІ груп. Спочатку він дуже сильно зростає від бору до алюмінію, але потім при переході від алюмінію до галію подає і знову зростає, правда незначно, при переході від галію до талію. Така незакономірна зміна електропозитивного характеру зв’язана з тим, що на відміну від бору і алюмінію, елементи галій, індій, талій розміщені не безпосередньо за лужноземельними металами, а за перехідними елементами, в яких заповнювалася d – оболонка попереднього енергетичного рівня. В той час, як при переході від Ве до В і від Mg до Al заряд ядра зростає на одиницю, то від кальцію до галію на цілий 11 одиниць зростає.в той же самий час головне квантове число залишається незмінним, а заряд ядра сильно збільшився, то зв’язок зовнішніх електронів з ядром в атомі галію сильно зростає і тим самим електропозитивний характер елемента значно ослаблюється. Для індію і талію спостерігається те ж саме.