普通化学/各种元素的化学/第 13 族

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封面 · 介绍 · v • d • e
单元：物质 · 原子结构 · 键合 · 反应 · 溶液 · 物质的相 · 平衡 · 动力学 · 热力学 · 元素
附录：周期表 · 单位 · 常数 · 方程 · 还原电位 · 元素及其性质

第 13 族 (IIIA) 包括硼、铝、镓、铟和铊。硼是一种类金属，但其他元素是金属。该族的所有元素都有三个价电子。

硼

硼是一种类金属，表现出金属和非金属的特性。它在地球上从未以纯净形式存在，但它是某些矿物质的组成部分。然而，纯硼可以作为化学反应的结果而形成。它可以是棕色的无定形固体，或结晶固体。在结晶形式中，它是黑色的，非常硬。

硼在常温下是电的不良导体，但在高温下它确实导电。它的化学性质主要是，但并非完全是，非金属的。硼是电负性最小的非金属，因此它在反应时很容易失去电子。硼几乎完全处于 +3 氧化态。硼具有氧化物 B₂O₃，它是酸性的。

${\hbox{BCl}}_{3}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{B}}({\hbox{OH}})_{3}+3{\hbox{HCl}}$	硼卤化物是挥发性物质，它们会与水反应，形成硼酸 B(OH)₃ 和卤化氢。
${\hbox{B}}({\hbox{OH}})_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{B}}({\hbox{OH}})_{4}^{-}+{\hbox{H}}^{+}$	硼酸与水反应释放质子。它是一种弱酸。
$2{\hbox{B}}_{2}{\hbox{O}}_{3}+7{\hbox{C}}\to {\hbox{B}}_{4}{\hbox{C}}+6{\hbox{CO}}$	氧化硼在极高的温度下可以与碳反应生成碳化硼碳化物。碳化硼非常坚固，被用作坦克装甲。

硼在共价键合时具有有趣的性质。它有三个电子，因此它通常形成三个单一的共价键，八隅体规则的例外。三氯化硼 (BCl₃)、硼酸和硼酸根离子 (BO₃^3-) 都是硼形成三个共价键的倾向的例子。

铝

铝（英国拼写为aluminium）是一种金属，虽然它过于活泼而无法以纯净形式存在。相反，它存在于各种各样的矿物质中，包括铝土矿，这是提取铝的主要来源。铝是地球地壳中第三丰富的元素。

与硼不同，铝在物理性质上几乎是典型的金属：它具有延展性和韧性，并且非常善于传热和导电。由于它的轻便、耐腐蚀、美观（接近银色）以及低廉的加工成本，以及足以满足许多商业和家庭用途的强度，它是第三大使用金属。只有铁和锌在产量上超过它。

铝化合物通常存在于 +3 氧化态。由于其耐用性和重量轻，铝被用在许多合金中，即金属的混合物。两种金属，每种都有理想的特性，可以混合在一起生产出具有两种金属特性的合金。铝过去曾用于家庭布线，但它在加热时膨胀太多。膨胀导致电线松动，并且可能引发房屋火灾。

铝看起来不活泼是因为它表面有一层薄而坚硬的氧化铝 Al₂O₃，它不会与水或氧气反应，并保护其下面的铝金属免受化学攻击。当纯铝暴露在空气中时，它会立即形成这一层。虽然铝的导电性非常好，但氧化铝不导电。

${\hbox{Al}}_{2}{\hbox{O}}_{3(s)}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}_{(l)}+2{\hbox{OH}}_{(aq)}^{-}\to 2{\hbox{Al}}({\hbox{OH}})_{4(aq)}^{-}$ ${\hbox{Al}}_{2}{\hbox{O}}_{3(s)}+6{\hbox{H}}_{(aq)}^{+}\to 2{\hbox{Al}}_{(aq)}^{3+}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}_{(l)}$	氧化铝是两性的——它会剧烈反应以中和强碱或强酸。
$2{\hbox{Al}}+3{\hbox{Cl}}_{2}\to 2{\hbox{AlCl}}_{3}$	铝与卤素反应会生成铝卤化物。氯化铝可以以离子固体或共价固体的形式存在，但无论哪种形式，它都是弱导体。
$2{\hbox{AlCl}}_{3(aq)}+3{\hbox{NaOH}}_{(aq)}\to {\hbox{Al}}({\hbox{OH}})_{3(aq)}+3{\hbox{NaCl}}_{(aq)}$	氯化铝是路易斯酸，能够中和碱。
${\hbox{Fe}}_{2}{\hbox{O}}_{3}+2{\hbox{Al}}\to 2{\hbox{Fe}}+{\hbox{Al}}_{2}{\hbox{O}}_{3}$	熔融铝会与一些金属氧化物发生剧烈的铝热反应，在这种反应中，像氧化铁这样的物质会被还原为铁，而铝会被氧化成氧化铝。这是一个高度放热反应，释放的热量足以焊接金属。

一般来说，水溶液中的铝以氢氧化铝 Al(OH)₃ 的形式存在。

其他

镓是一种脆性金属，熔点略高于室温，因此用手握住它会使其液化。一个魔术把戏，“熔化的勺子”，包括用专门用镓制成的勺子搅拌热的液体（通常是热水）。勺子在水中融化并“消失”。（镓只是沉到底部；在魔术表演结束后，魔术师会将水和熔融镓取出，并将镓倒入模具中，制作一个新的勺子以便再次表演）。镓被广泛用于半导体器件和 LED（发光二极管）。砷化镓是一种重要的半导体，用于许多电子产品。

铟最常见的同位素是放射性的，它会缓慢衰变为锡。铟通常具有 +3 氧化态。

铊倾向于以 +1（亚铊）氧化态和 +3（铊）氧化态出现。奇怪的是，铊在物理和化学性质方面非常类似于碱金属。氧化亚铊 (Tl₂O) 和金属会与水发生剧烈反应，生成氢氧化铊 TlOH，该氢氧化物会完全解离成 Tl⁺ 和 OH^- 离子，就好像它是碱金属氢氧化物一样。它的卤化物非常类似于盐，会解离成离子，这些离子在溶液中就像碱金属盐的溶液一样导电。

在美国，铊金属和任何铊化合物都不容易获得，因为它非常危险，而且很少有合法用途。