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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 1000°C, 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 ---> (1200°C)---> 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 ---> (1000°C)--->  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 1000°C. 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 660°C.

 

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.