2. Физические свойства

Алюминий, галлий, индий и таллий – серебристо белые, сравнительно мягкие и пластичные металлы. Jn и Tl легко режутся ножом. Плотность металлов возрастает от Al к Tl. Галлий имеет самую низкую температуру плавления (30 ⁰С) и наибольшую твердость.

Таблица 2.1

Свойства атомов элементов ІІІА – группы

Металл	R ат., нм	Плотность, г/см^3	Первый J ион., эВ	Стандартный электродный потенциал процесса: Э^3++ 3е^= Э, В	t пл.., ^0C	Содержание в земной коре, %	Относительная электроотрицательность по Полингу
Al	0,143	2.7	5,99	-1,66	660	8	1,47
Ga	0,139	5.9	6,00	-0,52	30	1,510^-3	1,89
Jn	0,166	7.3	5,79	-0,32	156,4	110^-5	1,49
Tl	0,171	11.9	6,11	-0,34	304	310^-4	1,44

Особенностью его является широкий температурный диапазон жидкого состояния: от 30 до 2237 ⁰С. Это связано с тем, что молекула жидкости состоит из двух атомов (Ga₂), а пар – одноатомен. Разрыв связи в молекуле Ga₂ требует больших затрат энергии. Наибольшей электропроводностью отличается алюминий (60% от электропроводности меди).

3. Химические свойства

Отношение к неметаллам. Металлы ІІІА – группы довольно активные элементы с такими кислотно-основными свойствами:

A l Ga Jn Tl

амфотерные основные

Al – типично амфотерный, химически активный металл, однако в обычных условиях его активность несколько снижена из-за наличия тонкой пленки оксида (10^-5 мм). На воздухе Ga и Jn тоже покрываются оксидной пленкой, Tl окисляется медленно, поэтому с неметаллами (кроме галогенов) эти элементы реагируют при нагревании. Схематично взаимодействие с простыми веществами можно представить следующим образом:

Все элементы рассматриваемой группы образуют с серой соли состава Э₂S₃, таллий образует Tl₂S. Соединения Al₂S₃ и Ga₂S₃ полностью гидролизуются в водном растворе; Jn₂S₃ и Tl₂S₃ не взаимодействуют с водой и разбавленными кислотами.

Нитриды состава ЭN известны для Al, Ga и Jn. Это твердые кристаллические вещества кислотного характера, разлагаются щелочами:

GaN + NaOH + 3H₂O = Na[Ga(OH)₄] + NH₃

С фосфором р- элементы ІІІА – группы образуют фосфиды ЭР, обладающие полупроводниковыми свойствами. AlP, GaP и JnP гидролизуются :

AlP + 3H₂O = Al(OH)₃ + PH₃

Отношение к воде и кислотам. В электрохимическом ряду напряжений Al, Ga, Jn, Tl находятся до водорода (MgAlMnGaCdJnTlH), но с водой не реагируют, образуя в первый момент оксид. При его удалении реакция протекает:

2 Al + 6 Н₂О 2 Al(ОН)₃ + 3 Н₂

Tl медленно взаимодействует на воздухе:

2 Tl + 2H₂O = 2TlOH + H₂

Имея отрицательные электродные потенциалы, р- металлы ІІІА – группы растворяются в кислотах – неокислителях (H₂SO_4(р), HCl) с выделением водорода, Tl со временем пассивируется, образуя нерастворимые TlCl и Tl₂SO₄. Все рассматриваемые металлы кроме Al растворяются при обычных условиях в HNO₃ и H₂SO_4(конц.). Оксидная пленка Al уплотняется и взаимодействие не происходит.

2Ga + 4H₂SO_4(конц.) = Ga₂(SO₄)₃ + S + 4H₂O

3Tl + 4HNO_3(р) = 3TlNO₃ + NO + 2H₂O

Отношение к щелочам. Обладая амфотерными свойствами, Al и Ga растворяются в щелочах с образованием гидроксоалюминатов, гидроксогаллатов: Jn и Tl реагируют в присутствии сильных окислителей:

2Al + 6NaOH + 6H₂O = 2Na₃[Al(OH)₆] + 3H₂

2Tl + 6NaOH + 3H₂O₂ = 2Na₃[Tl(OH)₆]

Восстановление металлов из оксидов при действии алюминия – это способ получения металлов в лаборатории (Mn, Cr, W, V и др.) и в ряде случаев в промышленности (получение Ca, Sr, Ba и др.). Алюмотермия была предложена Н.Н. Бекетовым в середине 19 века.

3ZrO₂ + 4Al 3 Zr + 2Al₂O₃

3 Fe₃O₄ + 8Al 4Al₂O₃ + 9Fe

Возможность такого восстановления основана на большом химическом сродстве алюминия к кислороду. Взаимодействие порошкообразного алюминия с кислородом сопровождается выделением большого количества тепла:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃ H⁰_р = -3351кДж

При горении смеси, состоящей из 75% алюминиевого порошка и 25% Fe₃O₄ (термита) развивается температура около 2400 ⁰С.

Взаимодействие р- металлов ІІІА – группы с важнейшими реагентами иллюстрирует схема: