خصائص عناصر المجموعة الثالثة في الجدول الدوري

البورون وهو أول عنصر في عناصر المجموعة الثالثة والمعروفة بمجموعة البورون، يعتبر أخف هذه العناصر وهو عبارة عن فلز. أما بقية أفراد المجموعة والمكونة من عنصر الألومنيوم، عنصر الغاليوم، عنصر الإنديوم، وعنصر والثاليوم فهي عبارة عن معادن بيضاء فضية. تم إنتاج النيهونيوم فقط كذرات فردية في مسرعات الجسيمات.

معلومات عامة عن مجموعة البورون

مجموعة البورون الواقعة في المجموعة الثالثة والمتكونة من العناصر التي ذكرت سابقا، معروفة كمجموعة لديها ثلاثة إلكترونات في الجزء الخارجي من تركيبها الذري. لم يكن أي من هذه العناصر معروفًا في حالة نقية قبل أن تقوم الكيمياء الحديثة بعزلها وتصنيفها. وبعد وقت قصير جدًا من العثور على طريقة لإنتاج هذه العناصر بكميات تجارية، قام عنصر الألمنيوم بإحداث ثورة في الصناعة بطريقة واضحة، مع زيادة التطور في العلوم والتكنولوجيا، وتحديداً في تكنولوجيا النانو.

اكتسب البورون اهتمامًا كبيرًا في القطاعات الصناعية بشكل واضح، بينما لا تزال العناصر الأخرى في المجموعة ذات قيمة تجارية قليلة، ومع ذلك، فإن هنالك بعض المركبات من عنصر البورون وعنصر الألمنيوم لا غنى عنها في التكنولوجيا الحديثة ولها دور كبير جدا، وقد استخدمت على نطاق واسع في أجزاء كثيرة من العالم عبر التاريخ المسجل.

الخصائص العامة لمجموعة البورون

• عناصر المجموعة الثالثة تعرف بوجود فرق كبير بين طاقة التأين الأولى IE1 وطاقة التأين الثانية IE2 أكبر من الفرق بين طاقة التأين الثانية IE2 وطاقة التأين الثالثة IE3 (من خلال مقارنة إزالة إلكترون من الفلك الفرعي p مع إزالة الإلكترون من الفلك الفرعي s).

• العلاقة بين الأشكال والبناء الإلكتروني للمجموعة الثالثة مع العناصر النبيلة أكثر تعقيدا من المجموعة الأولى والثانية. بالنسبة إلى عنصر الغاليوم Ga وعنصر الإنديوم In، البناء الإلكتروني لهم بعد أن تم إزالة ثلاثة إلكترونات من إلكترونات التكافؤ ([Ar] 3d10 و [Kr] 4d10) على التوالي، بينما بالنسبة لـعنصر الثاليوم Tl، يكون ناتج إزالة الإلكترون [Xe] 4f145d10.

• بينما بالنسبة إلى عنصر البورون B وعنصر الألمنيوم Al، تشير قيمة طاقة التأين الرابعة IE4 إلى إزالة إلكترون من البناء الإلكتروني للغاز النبيل، وهذا ليس الحال بالنسبة للعناصر الثلاثة اللاحقة. الفرق بين طاقة التأين الثالثة IE3 وطاقة التأين الرابعة IE4، ليس كبيرًا جدًا بالنسبة لـ Ga و In و Tl مقارنة B و Al. عند النزول في المجموعة الثالثة، بإمكاننا ملاحظة الانقطاعات في قيم طاقة التأين الثانية IE2 وطاقة التأين الثالثة IE3، والاختلافات بينهما تنشأ بسبب فشل الإلكترونات في (d,f) التي تتمتع بقدرة فحص منخفضة للتعويض عن الزيادة في الشحنة النووية، وينعكس هذا الفشل أيضا في الفروق الصغيرة نسبيا بين قيم ريون لـ +Al3ْ و +Ga3، لعنصر الثاليوم، كما أن الآثار النسبية متضمنة أيضًا.

• الحجم الذري: بشكل عام يزداد الحجم الذري كلما ذهبنا من أعلى المجموعة الثالثة إلى أسفلها.

• التكوين الإلكتروني لهذه المجموعة يتم تمثيله بالشكل التالي: nS2P1.

• الكثافة: بشكل عام تزداد الكثافة كلما ذهبنا من أعلى المجموعة إلى أسفلها.

• يعرف عنصر البورون بدرجة انصهار عالية نظرًا للهيكل ثلاثي الأبعاد الموحد الذي يتم عقده بواسطة رابطة تساهمية قوية.

• نقطة الانصهار ونقطة الغليان: كلا الدرجتين أكبر بكثير من عناصر المجموعة الثانية المعروفة بالعناصر القلوية الترابية. وتشهد المجموعة الثالثة بانخفاض من عنصر البورون إلى عنصر الغاليوم ثم يزيد مرة أخرى بسبب التغيرات الهيكلية في العناصر.

• بالنسبة للمجموعة الثالثة تعرف بشكل عام بامتلاكها بعدد تأكسد يساوي +3. يُظهر البورون والألمنيوم في حالة تأكسد تساوي +3، بينما يظهر الغاليوم والإنديوم والثاليوم امتلاك عددين تأكسد  +1 و +3، بالنسبة إلى عدد التأكسد +1  فاستقرار العناصر يتبع الترتيب التالي:  Ga <In <TI.

• العامل المختزل يقل عبر المجموعة الثالثة من عنصر الألمنيوم Al إلى عنصر الثاليوم Tl بسبب زيادة قيمة الجهد الكهربائي من M+3/M. ويتبع الترتيب التالي: Al > Ga > In > Tl.

• تشكيل مركبات معقدة: هذه العناصر تستطيع تكوين المركبات المعقدة بسبب صغر حجمها وشحنتها الكبيرة، وبالتالي لديهم ميل وقابلية أكبر لتشكيل المركبات المعقدة من تشكيل مركبات ضمن الفلك الفراغي s.

• يزداد ميل تكوين المركبات الأيونية إلى أسفل المجموعة الثالثة من عنصر البورون إلى عنصر الثاليوم. يشكل البورون مركبات ذو روابط تساهمية، في حين أن عنصر الألمنيوم  Al يمكن أن يشكل كلا من الروابط التساهمية وكذلك الروابط الأيونية، أما عنصر الغاليوم Ga يشكل مركبات أيونية بشكل رئيسي.

• عنصر الألمنيوم Al: هو عبارة عن معدن أبيض صلب يتفاعل مع الهواء والماء ويكون (Al2O3).

• مركب أكسيد الألمنيوم (Al2O3): هو مركب قاسي جدا، حيث إن الألماس هو المركب الوحيد الأقسى منه.

الخصائص الفيزيائية لمجموعة البورون

عنصر البورون

• رمزه الكيميائي (B).

• العدد الذري: 5.

• البناء التركيبي أو التوزيع الإلكتروني: [He]2s22p1.

• درجة الانصهار تساوي: 2453 كلفن.

• درجة الغليان تساوي: 4273 كلفن.

• الإنثالبي (ΔHat)عند 298.15 كلفن تساوي: 582 كيلو جول لكل مول.

• المحتوى الحراري للانصهار عند ظروف ثابتة أو ما يسمى Standard ΔHْ fus تساوي: 50.2 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الأولى IE1 تساوي: 800.6 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثانية IE2 تساوي: 2427 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE3 تساوي: 3660 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE4 تساوي: 25030 كيلو جول لكل مول.

• نصف القطر التساهمي (r_cov) يساوي: 88 بيكرو متر.

عنصر الألمنيوم

• رمزه الكيميائي (Al).

• العدد الذري: 13

• البناء التركيبي أو التوزيع الإلكتروني: [Ne]3s23p1.

• درجة الانصهار تساوي: 933 كلفن.

• درجة الغليان تساوي: 2792 كلفن.

• الإنثالبي (ΔHat)عند 298.15 كلفن تساوي: 330 كيلو جول لكل مول.

• المحتوى الحراري للانصهار عند ظروف ثابتة أو ما يسمى Standard ΔHْ fus تساوي: 10.7 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الأولى IE1 تساوي: 577.5 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثانية IE2 تساوي: 1817 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE3 تساوي: 2745 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE4 تساوي: 11580 كيلو جول لكل مول.

• نصف القطر التساهمي(r_cov) يساوي: 130 بيكرومتر.

• نصف القطر المعدني (r_metal) يساوي 143 بيكرومتر.

• نصف القطر الأيوني ( r_ion) يساوي:54 (Al3+) بيكرومتر.

• جهد الاختزال المعياري يساوي: -1.66 فولت.

عنصر الغاليوم

• رمزه الكيميائي (Ga).

• العدد الذري: 31.

• البناء التركيبي أو التوزيع الإلكتروني: [Ar]3d104s24p1.

• درجة الانصهار تساوي: 303 كلفن.

• درجة الغليان تساوي: 2477 كلفن.

• الإنثالبي (ΔHat)عند 298.15 كلفن تساوي: 277 كيلو جول لكل مول.

• المحتوى الحراري للانصهار عند ظروف ثابتة أو ما يسمى Standard ΔHْ fus تساوي: 5.6 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الأولى IE1 تساوي: 578.8 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثانية IE2 تساوي: 1979 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE3 تساوي: 2963 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE4 تساوي: 6200 كيلو جول لكل مول.

• نصف القطر التساهمي (r_cov) يساوي: 122 بيكرومتر.

• نصف القطر المعدني (r_metal) يساوي  153 بيكرومتر.

• نصف القطر الأيوني ( r_ion) يساوي: 62 (Ga3+) بيكرومتر.

• جهد الاختزال المعياري يساوي: -0.55 فولت.

عنصر الإنديوم

• رمزه الكيميائي (In).

• العدد الذري: 49.

• البناء التركيبي أو التوزيع الإلكتروني: [Kr]4d105s25p1.

• درجة الانصهار تساوي: 430 كلفن.

• درجة الغليان تساوي: 2355 كلفن.

• الإنثالبي (ΔHat)عند 298.15 كلفن تساوي: 243 كيلو جول لكل مول.

• المحتوى الحراري للانصهار عند ظروف ثابتة أو ما يسمى Standard ΔHْ fus تساوي: 3.3 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الأولى IE1 تساوي: 558.3 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثانية IE2 تساوي: 1821 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE3 تساوي: 2704 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE4 تساوي: 5200 كيلو جول لكل مول.

• نصف القطر التساهمي(r_cov) يساوي: 150 بيكرومتر.

• نصف القطر المعدني (r_metal) يساوي 167 بيكرومتر.

• نصف القطر الأيوني ( r_ion) يساوي: 80 (In3+) بيكرومتر.

• جهد الاختزال المعياري يساوي: -0.34 فولت.

عنصر الثاليوم

• رمزه الكيميائي (Tl).

• العدد الذري: 81.

• البناء التركيبي أو التوزيع الإلكتروني: [Xe]4f145d106s26p1.

• درجة الانصهار تساوي: 576.5 كلفن.

• درجة الغليان تساوي: 1730 كلفن.

• الإنثالبي (ΔHat)عند 298.15 كلفن تساوي: 182 كيلو جزل لكل مول.

• المحتوى الحراري للانصهار عند ظروف ثابتة أو ما يسمى Standard ΔHْ fus تساوي: 4.1 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الأولى IE1 تساوي: 589.4 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثانية IE2 تساوي: 1971 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE3 تساوي: 2878 كيلو جول لكل مول.

• طاقة التأين الثالثة IE4 تساوي: 4900 كيلو جول لكل مول.

• نصف القطر التساهمي(r_cov) يساوي: 155 بيكرومتر.

• نصف القطر المعدني (r_metal) يساوي 171 بيكرومتر.

• نصف القطر الأيوني ( r_ion) يساوي:  89 (Tl3+), (+159 (Tl بيكرومتر.

• جهد الاختزال المعياري يساوي: +0.72 فولت.