Gli elementi del gruppo IIIA

Boro, Alluminio, Gallio, Indio, Tallio


Gli elementi del gruppo IIIA della tavola periodica, come gli elementi dei gruppi I e II, reagiscono abbastanza facilmente con altri elementi pertanto non si trovano liberi in natura.I principali sono Boro (B) e Alluminio (Al), aventi carattere metallico (seppur in minor misura che negli elementi dei gruppi I e II) e anfotero (si possono comportare sia da acido che da base). Questi caratteri sono meno accentuati nel B, che è più piccolo e cede meno facilmente i suoi elettroni esterni più vicini al nucleo che nell'Alluminio.

Le rispettive configurazioni elettroniche sono:

B: 1s2 2s22p1

Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

Si trovano quindi tutti ad avere un orbitale s esterno con 2 elettroni e uno p con un elettrone solo. La valenza però non è 1 ma 3. Questo è dovuto al fatto che uno dei 2 elettroni dell'orbitale s passa ad uno dei 2 orbitali p vuoti ad energia superiore, arrivando ad avere valenza 3 con una ibridazione di tipo sp2. Gli orbitali sp2 sono complanari, distanziati tra loro da angoli di 120. Il Boro forma solo legami covalenti (B3+ non esiste). L'alluminio invece può dare sali di alluminio con valenza 3 (Al3+).

1) Boro

Preparazione: il Boro (come l'Al) non si può ottenere dall'elettrolisi dei cloruri fusi, come avviene per gli eementi dei gruppi I e II, per via della loro più spiccata tendenza a formare legami covalenti. B si ottiene per riduzione, a 1000C, dell'anidride borica con Mg.

B2O3 + 3 Mg ---> 2 B + 3 MgO

Il B ha carattere di semiconduttore (all'aumentare della temperatura, aumenta la sua conducibilità).

2) Alluminio

Preparazione:

I) Processo di purificazione Bayer:

A partire dalla Bauxite, minerale contenente alluminio:

Al2O3Fe2O3  + 2 NaOH + 3 H2O -> 2 Al(OH)4- (aq) + Fe2O3 (s)

Al(OH)4- + CO2 ---> Al(OH)3 + HCO3- (aq)

2 Al(OH)3 ---> (1200C)---> Al2O3 (s) + 3 H2O (g)

L'allumina (Al2O3) pura così ottenuta può essere in due forme cristalline:

α-allumina (detta corindone, duro e abrasivo)

γ-allumina (più reattiva e meno densa, usata in cromatografia)

Al2O3 + impurezze porta alle pietre preziose:

Al2O3 + Cr3+   Rubino (rosso)

Al2O3 + Fe3+   Topazio (giallo)

Al2O3 + Fe3+ + Ti3+   Zaffiro (azzurro) / Ametista (violetto)

II) Processo Hall:

2 Al2O3 + 3 C ---> (1000C)--->  4 Al + 3 CO2

questo processo avviene in una vasca per elettrolisi assieme a esafluoroalluminato di sodio (Na3AlF6) per abbassare le T di fusione a 1000C. Al catodo si forma alluminio (riduzione da Al3+ a Al), all'anodo C + O2 ---> CO2

E' un processo molto costoso per via della alta quantità di corrente che richiede. Si recupera l'alluminio fondendo per esempio le lattine utilizzate, col riciclaggio, poichè Al fonde a 660C.

 

Reazioni:

Carattere anfotero di Al e allumina:

Al2O3 + 6 H3O+ ---> 2 Al3+ + 9 H2O

Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O ---> 2 Al(OH)4-

2 Al + 6 H+ ---> 2 Al3+ + 3 H2

2 Al + 2 OH- + 6 H2O ---> 2 Al(OH)4- + 3 H2

 

Al2O3 + 3 H2SO4 ---> Al2(SO4)3 + 3 H2O si ottiene l'allume [Al2(SO4)3  18 H2O], utilizzato nell'industria cartaria perchè in grado di tenere assieme le fibre di cellulosa. I sali degliallumi possono avere vari utilizzi, l'allume di rocca per es. [KAl(SO4)2  12 H2O] è usato in medicina come disinfettante ed emostatico.