Особенности строения атомов элементов главной подгруппы третьей группы


Задача 1044. 
Рассмотреть особенности строения атомов элементов главной подгруппы третьей группы. Какие валентные состояния характерны для этих элементов? Как изменяются их свойства с увеличением порядкового номера элемента?
Решение:
Элементы главной подгруппы IIIА группы характеризуются наличием трёх электронов в наружном электронном слое атома. Электронная формула валентных подуровней имеет вид ns2np1. Строение электронных остовов атомов данной подгруппы сильно различаются. Только бор и алюминий имеют атомные остовы, которые можно описать электронными формулами характерными для благородных газов; второй снаружи электронный слой атома бора содержит два электрона, атома алюминия – восемь. У галлия и индия атомные остовы завершаются d-подуровнями, а у таллия – d- и  f-подуровни. 

Имея на наружном электронном слое один неспаренный р-электрон. Элементы IIIА группы в основном состоянии проявляют ковалентность равную 1. В возбуждённом состоянии (ns1np2) для всех элементов подгруппы характерна ковалентность равная 3.

В своих соединениях для всех элементов IIIА группы характерна степень окисления +3; таллий в большинстве своих соединений проявляет степень окисления +1. С увеличением порядкового номера возрастают радиусы атомов элементов, поэтому металлические свойства рассматриваемых элементов заметно усиливаются с возрастанием порядкового номера, энергия ионизации I1, I2, I3 закономерно уменьшаются (только у таллия I3 выше, чем у индия). Бор – неметалл, алюминий – амфолит; а галлий, индий и таллий – типичные металлы. Электроотрицательность элементов IIIА группы закономерно уменьшается с увеличением порядкового номера. Основные свойства гидроксидов усиливаются сверху вниз – бор – образует кислоту, алюминий – амфолит, а остальные – основания. С возрастанием порядкового номера элемента восстановительная способность элементов увеличиваются, а окислительные – уменьшаются (самый сильный  восстановитель – таллий, самый сильный окислитель – бор).


Сходство химических свойств бора и кремния

Задача 1045. 
В чем проявляется сходство химических свойств бора и кремния? Чем объясняется это сходство?
Решение:
По своим химическим свойствам бор в значительной степени сходен с кремнием (бор и кремний образуют ряд гидридов), находящимся в третьем периоде и в четвёртой группе периодической системы, т. е. правее и ниже бора. Это явление, носящее название диагонального сходства, наблюдается не только у бора и кремния, но так же у лития и магния, натрия и кальция. У бора и у кремния ионные потенциалы Z/R, где Z – заряд иона, R – радиус иона, следует ожидать близкие значения. Действительно, ионные потенциалы для ионов бора и кремния, будут равны 3/0,41 = 7,32 и 4/0,56 = 7,31. Близость ионных потенциалов приводит к близким свойствам самих соединений. При близких значениях ионных потенциалов следует ожидать примерно одинакового поляризующего действия катионов на однотипные анионы. В этом случае  физико-химические характеристики разных соединений могут оказаться близкими. Оба элемента образуют прочные бинарные соединения.  Энтальпии образования характеристических оксидов В2О3 -1273,8 кДж/моль и SiO2 -911,6 кДж/моль. Бор и кремний образуют преимущественно ковалентные  -связи. Электроотрицательности В и Si имеют близкие значения, соответственно 2,07 и 1,79. Оба элемента – неметаллы. При обычных условия и бор, и кремний химически инертны и реагируют только с фтором. Бор и кремний образуют слабые кислоты, их соединения – слабые восстановители.