تفاعلات عناصر المجموعة الثالثة في الجدول الدوري

تحتوي عائلة البورون على البورون شبه المعدني (B) ومعدن الألمنيوم (Al) ومعدن الغاليوم (Ga) ومعدن الإنديوم (In) ومعدن الثاليوم (Tl). تعتمد عائلة البورون حالات الأكسدة إما +3 أو +1. حالات الأكسدة +3 هي المفضلة باستثناء للعناصر الثقيلة، مثل عنصر الثاليوم Tl، الذي يفضل عدد تأكسد يساوي +1 نظرًا لاستقراره، ويعرف هذا بتأثير الزوج الخامل. تتبع العناصر عمومًا الاتجاهات الدورية باستثناء بعض انحرافات عنصر الثاليوم Tl.

عنصر البورون:

يميل عنصر البورون إلى تكوين الهيدريدات والهاليدات، وأبسط أنواع الهيدريدات هو ثنائي البورون ذو الصيغة الكيميائية التالية (B2H6). تستخدم هيدرات البورون لتركيب وتكوين المركبات العضوية. حمض البوريك هو أحد المركبات الرئيسية المستخدمة في تكوين مركبات البورون الأخرى. يمكن بلورة البورون من محلول بيروكسيد الهيدروجين والبوراكس لإنتاج بيربورات الصوديوم، وهو يستخدم لتبييض الملابس. ترجع قدرة البيربورات على التبييض إلى مجموعتي البيروكسو المرتبطين بذرات البورون.

إن لبنة البناء الأساسية والرئيسية لعنصر البورون ليست ذرة البورون الفردية، كما هو الحال في  المعدن بشكل عام، بل لبنة البناء عبارة عن B12 عشروني الوجوه، نظرًا لأن هذه العناصر العشرية الوجوه لا تتراكم أو تتجمع معًا بشكل جيد جدًا، فإن ذلك يؤدي إلى أن بنية البورون الصلب تحتوي على فراغات، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة عنصر البورون. يمكن تحفيز عنصر البورون للتفاعل مع العديد من العناصر غير المعدنية؛ لإعطاء مركبات ثنائية لها مجموعة متنوعة وواسعة من التطبيقات. على سبيل المثال، فإنه يمكن لألواح كربيد البورون (B4C) إيقاف رصاصة خارقة للدروع من عيار 30.

تشتمل المركبات المهمة الأخرى للبورون مع اللافلزات على نيتريد البورون (BN)، والذي يتم إنتاجه عن طريق تسخين البورون مع فائض من أكسيد البورون النيتروجين (B2O3)، والذي يتشكل عند تسخين البورون مع الأكسجين الزائد وثلاثي هاليدات البورون (BX3)، والتي تتشكل عن طريق تسخين البورون مع الهالوجين الزائد.

تفاعلات مجموعة البورون مع النيتروجين:

بالنسبة لعنصر الغاليوم وعنصر الإنديوم وعنصر الثاليوم فهذه العناصر لا تتفاعل مع النيتروجين.

تفاعل البورون مع النيتروجين:

هذا التفاعل ينتج نيتريد البورون من خلال التفاعل الآتي:

2B(s)+N2(g) → 2BN(s)

حتى يتم هذا التفاعل يجب أن يتم التسخين عند إجراء هذا التفاعل.

تفاعل الألمنيوم مع النيتروجين:

هذا التفاعل ينتج نيتريد الألمنيوم من خلال التفاعل الآتي:

(s)2Al(s) + N₂(g) → 2AlN

حتى يتم هذا التفاعل يجب أن يتم التسخين عند إجراء هذا التفاعل عند 800°س.

تفاعلات مجموعة البورون مع الأكسجين:

أكسيد الألومنيوم (Al2O3) المعروف أيضًا باسم الألومينا، هو عازل خامل كيميائيًا صلبًا له نقطة انصهار عالية ويستخدم كسيراميك وكمادة كاشطة في ورق الصنفرة ومعجون الأسنان. يؤدي استبدال عدد قليل من أيونات Al3+ في الألومينا البلورية بأيونات Cr3+ إلى تكوين روبي الأحجار الكريمة، في حين أن استبدال (Al3 + بمزيج من Fe2 + و Fe3 + و Ti4+) ينتج ياقوت أزرق. يعطي مركب أكسيد الغاليوم (MgGa2O4) الضوء الأخضر اللامع. تذوب جميع الأكاسيد في حمض مخفف، لكن (Al2O3 و Ga2O3) هي عبارة عن مركبات متذبذبة، وهو ما يتوافق مع موقعها على طول الخط القطري للجدول الدوري، كما تذوب في قاعدة مائية مركزة لتشكيل محاليل تحتوي على أيونات M(OH)-4.

تفاعل البورون مع الأكسجين:

يتفاعل البورون مع الأكسجين لإنتاج أكسيد البورون ضمن التفاعل الآتي:

 4B + 3O_2(g)→2B₂O₃

تفاعل الألمنيوم مع الأكسجين:

يتفاعل الألمنيوم مع الأكسجين لإنتاج أكسيد الألمنيوم عبر التفاعل الآتي:

 4Al + 3O_2(g)→2Al₂O₃

تفاعل الغاليوم مع الأكسجين:

يتفاعل الغاليوم مع الأكسجين لإنتاج أكسيد الغاليوم عبر التفاعل الآتي:

 4Ga + 3O_2(g)→2Ga₂O₃

تفاعل الثاليوم مع الأكسجين:

يتفاعل الثاليوم مع الأكسجين لإنتاج أكسيد الثاليوم عبر التفاعل الآتي:

4Tl + 3O_2(g)→2Tl₂O₃

تفاعل الإنديوم مع الأكسجين:

يتفاعل الإنديوم مع الأكسجين لإنتاج أكسيد الإنديوم عبر التفاعل الآتي:

4In + 3O_2(g)→2In₂O₃

تفاعل هاليدات مجموعة البورون مع الماء:

في الماء، تتحلل هاليدات معادن المجموعة الثالثة لإنتاج هيدروكسيد المعدن كما في المعادلة التالية:

MX3(s)+3H2O(l)→M(OH)3(s)+3HX(aq)

تفاعل مجموعة البورون مع الماء:

تفاعل البورون مع الماء:

لا يتفاعل البورون مع الماء في الظروف العادية.

تفاعل الألمنيوم مع الماء:

يتفاعل الألمنيوم مع الماء لإنتاج هيدروكسيد الألمنيوم كما في المعادلة الآتية:

 2Al(OH)3 +  H2  ← 6H2O + 2Al

تفاعل الغاليوم مع الماء:

يتفاعل الغاليوم مع الماء لإنتاج هيدروكسيد الغاليوم كما في المعادلة الآتية:

 2Ga(OH)3 +  H2  ← 6H2O + 2Ga

تفاعل الثاليوم مع الماء:

يتفاعل الثاليوم مع الماء لإنتاج هيدوكسيد الثاليوم كما في المعادلة التالية:

2Tl(OH)3 +  H2  ← 6H2O + 2Tl

تفاعل الإنديوم مع الماء:

يتفاعل الإنديوم مع الماء لإنتاج هيدروكسيد الإنديوم كما في المعادلة الآتية:

2In(OH)3 +  H2  ← 6H2O + 2In

تفاعلات مجموعة البورون مع الهالوجينات:

2B_(s) + 3F_2(g)→2BF_3(g)

2B_(s) + 3Cl_2(g)→2BCl_3(g)

2B_(s) + 3Br_2(g)→2BBr_3(g)

بالنسبة لبقية المجموعة جميعها تتفاعل بنفس الطريقة بالإضافة إلى تفاعلها مع اليود. لكن يعتبر تفاعل Tl مع اليود استثناءً: على الرغم من أن المنتج يحتوي على قياس العناصر المتكافئة (TlI3)، فإنه ليس يوديد الثاليوم (III)، بل هو مركب الثاليوم (I)، +Tl ملح أيون ثلاثي اليود (-I3). يتكون هذا المركب لأن اليود ليس مؤكسدًا قويًا بدرجة كافية لأكسدة الثاليوم إلى حالة الأكسدة +3.

من الهاليدات، تظهر الفلوريدات فقط سلوكًا نموذجيًا للمركب الأيوني: لها نقاط انصهار عالية (> 950 درجة مئوية) وقابلية منخفضة للذوبان في المذيبات غير القطبية. على النقيض من ذلك، فإن ترايكورايد وثلاثي البروميدات وثلاثي اليودات من الألومنيوم والغاليوم والإنديوم، بالإضافة إلى (TlCl3 و TlBr3)، هي أكثر تساهمية في طبيعتها وتشكل ثنائيات الهالوجين الجسور، على الرغم من أن بنية هذه الثنائيات تشبه هيكل ثنائي البوران (B2H6 ).

ويمكن وصف الترابط من حيث روابط زوج الإلكترون بدلاً من الرابطة غير المحددة، والتي تعاني من نقص الإلكترون الموجودة في ثنائي البوران. الهاليدات هي عبارة عن جسور مانحة ضعيفة لزوج الإلكترون، لذا فإن المجموعة الثالثة والتي عندما تكون ثلاثية الهاليد هي عبارة عن أحماض لويس القوية التي يمكنها أن تتفاعل بسهولة مع قواعد لويس، مثل الأمينات، حتى تكون حمض لويس – معقد القاعدة.

Al2Cl6(soln)+2(CH3)3N(soln)→2(CH3)3N:AlCl3(soln)