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3. Hauptgruppe  -  Borgruppe

Bor - Aluminium - Gallium - Indium - Thallium - Ununtrium

 

 

Namensherkunft:

 

Der Name der Borgruppe leitet sich vom Element Bor, das selber an erster Stelle in dieser Gruppe steht, ab. Bei den Hauptgruppen 3-5 verwendet man standard-mäßig immer das erste Element in der Gruppe um den Hauptgruppennamen zu bestimmen.

 

 

Eigenschaften:

 

Die Borgruppe enthält die Elemente Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl). Auch das radioaktive Element Ununtrium (Uut), dessen Eigenschaften weitestgehend unbekannt sind kann zur Borgruppe gezählt werden.

 

Früher bezeichnete man teilweise die gesamte Borgruppe als "Erdmetallgruppe" oder als "Erdmetalle". Diese Herleitung ist auf Aluminiumoxid (Tonerde) zurückzuführen. Bei dieser Gruppenbezeichnung wurde jedoch das Element Bor vollends vernachlässigt. Heute zählt man zu den Erdmetallen die Elemente der Borgruppe ohne ihr erstes Element, Bor.

 

Ähnlich wie bei den Alkalimetallen und Erdalkalimetallen gibt es auch in der Borgruppe "Ausreißer" was die Eigenschaften der Elemente angeht. Bor unterscheidet sich demnach sehr von den folgenden Elementen. Es besitzt einen sehr hohen Schmelz- und Siedepunkt (Smp: 2076 °C) und zeigt nur nichtmetallischen Charakter. Gallium hingegen besitzt einen Schmelzpunkt von gerade einmal 29,76 °C. Die anderen Elemente sind vom Siedepunkt her alle dazwischen einzuordnen.

 

 

Mit steigender Ordnungszahl nimmt die Härte stark ab wobei die Dichte der Elemente wächst.

 

Die Elemente der Borgruppe sind alle elektrisch leitfähig. Aluminium ist das am besten leitende Metall dieser Gruppe (37,7 mS/m), Bor das am schlechtesten leitende (10 mS/m).

 

Die Elektronegativitätswerte nehmen nicht so konstant ab, wie beispielsweise bei den Alkalimetallen. So hat Bor einen EN-Wert von 2,0, Aluminium einen von 1,5, Gallium einen von 1,8, Indium einen von 1,78 und Thallium einen EN-Wert von 1,6.

 

 

Element Schmelzpunkt Siedepunkt Atommasse Dichte (g/cm3) Mohshärte Elektronegativität
Bor 2076 °C 3927 °C 10,811 u 2,460 9,3 2,04 (Pauling)
Aluminium 660,32 °C 2467 °C 26,982 u 2,7 2,75 1,61 (Pauling)
Gallium 29,76 °C 2204 °C 69,723 u 5,904 1,5 1,81 (Pauling)
Indium 156,59 °C 2072 °C 114,818 u 7,31 1,2 1,78 (Pauling)
Thallium 304 °C 1473 °C 204,383 u 11,85 1,2 1,62 (Pauling)
Ununtrium - - (287 u) - - -

 

 

Der Nachweis der Elemente der Borgruppe kann durch Flammenfärbung, bzw. deren Spektroskopie erfolgen. Für Borverbindungen gibt es einen alten Nachweis, den Borax-Nachweis. Diesen Nachweis kann man durchführen, indem man eine beliebige Borverbindung mit Methanol und etwas konzentrierter Schwefelsäure, als Katalysator und wasserentziehendes Mittel, versetzt. Dabei bildet sich der Borsäuretrimethylester, der leicht flüchtig ist und mit charakteristischer Flammenfärbung verbrennt.

 

Bild: Nachweis von Boraten

 

 

Die gesamten Elemente der Borgruppe können mit Sauerstoff reagieren. Die Reaktion verläuft jedoch von der Stöchiometrie beim Thallium auch anders ab.

 

4 Me                           +   3 O2         → 2 Me2O3                              (Me = hier: Borgruppe)

Borgruppenelement    +   Sauerstoff   → Elementoxid

Mit Wasser reagiert unter allen Elementen der Borgruppe nur Aluminium unter Bildung von Wasserstoff:

2 Al             +   6 H2O      → 2 Al(OH)3                       +    3 H2                         

Aluminium   +   Wasser     → Aluminiumhydroxid    +   Wasserstoff

Alle Elemente der Borgruppe können mit Halogenen reagieren: (hier: Brom)

2 Me                           +   3 Br2         → 2 MeBr3                             (Me = hier: Borgruppe)

Borgruppenelement    +   Brom         → Element(tri)bromid

Bild: Reaktion von Aluminium mit Brom

 

 

 

 

Vorkommen:

 

Der prozentuale Anteil der Borgruppenelemente an der Erdkruste beträgt etwa 7,4 %. Die Elemente treten nie elementar auf, sondern treten nur in Form von Verbindungen auf (meist Oxide bzw. Hydroxide). Über 99,9 % der 7,4 % an der Erdkruste macht alleine das Aluminium aus. Die anderen Elemente sind daher mit nur etwa 0,074 % an der Kruste beteiligt.

 

Wichtige Vorkommen der Borgruppenelemente sind der Bauxit, der Korund und der Rubin (alles Mineralien).

 

 

Bild: Ein Korundmineral     Bildquelle: wikipedia.com

 

 

Herstellung:

 

Die Herstellung der Elemente erfolgt durch Reduktion oder auf elektrochemischem Wege.

 

Die Reduktion dieser Elemente erfolgt mit starken Reduktionsmitteln wie Magnesium oder Natrium. Selbst Aluminium dient als Reduktionsmittel, daher wird es vornämlich durch Schmelzflusselektrolyse hergestellt, da es kaum durch ein stärkeres Reduktionsmittel aus seinen Verbindungen reduziert werden kann.

 

Bor kann z.B. durch Reduktion von Borverbindungen mit Magnesium hergestellt werden. So kann man durch Reduktion von Borsäure im Labor leicht amorphes Bor gewinnen.

 

 

Verwendung:

 

Bor findet heutzutage große Verwendung in der modernen Halbleitertechnik. Außerdem wird es vereinzelt in Kernkraftwerken in Form von Kontrollstäben eingesetzt.

 

Aluminium dient hauptsächlich als Reduktionsmittel; so dient es zur industriellen Herstellung von elementarem Eisen aus Eisenoxiden. Außerdem ist es ein gutes Legierungsmetall, findet eine große Verwendung als "Aluminiumfolie" im Haushalt und wird in Feuerwerkskörpern eingesetzt.

 

 

Bild: Die Thermitreaktion

 

Gallium wird zur Herstellung von Leucht- und Laserdioden verwendet. Zudem findet es Verwendung als Füllmaterial von Thermometern, die dann einen Messbereich von -15 bis 1200°C haben.

 

Indium findet aufgrund seines hohen Preises kaum industrielle Verwendung. Dafür jedoch eine zunehmend größere Verwendung in der Wirtschaft als Wertanlage.

 

Thallium ist hochgiftig und wird kaum noch industriell verarbeitet, alleine schon aus Umweltaspekten. Zudem wies es nie einen großen technischen Nutzen auf.

 

 

Copyright:  Christian Firneis  -  www.chemische-experimente.com