第 13 族:硼族

硼族6 個元素

第 13 族是 p 區的第一行:硼、鋁、鎵、銦、鉈和人工合成元素鉨。每個原子都有三個最外層電子,所以典型的氧化態是 +3。硼是類金屬,其餘是金屬,因此這一族沒有單獨的家族頁面。

在週期表中的位置

這一族中的元素

三個最外層電子:ns² np¹

每種電子組態都以 ns² np¹ 結尾,如硼([He] 2s² 2p¹)和鋁([Ne] 3s² 3p¹)。鋁、鎵和銦失去全部三個電子,形成 Al³⁺、Ga³⁺ 和 In³⁺。從微小的硼原子移除三個電子需要太多能量,所以它改為共用電子;在三氟化硼(BF₃)中,它周圍只有六個電子,很容易再接受一對電子。

在底部,鉈偏好 +1。它那對 6s 電子傾向於不參與鍵結,所以 Tl⁺ 比 Tl³⁺ 更穩定。

沿著這一族往下的趨勢

硼是堅硬的深色類金屬,在 2349 K 熔化,但下方的金屬熔點低得多:鋁在 933.47 K,鎵僅在 302.91 K(約 30 °C),銦在 429.75 K,鉈在 577 K。密度從硼的 2.34 g/cm³ 穩定攀升到鉈的 11.85 g/cm³。

有一個意外:鎵的電負度 1.81 高於鋁的 1.61。鎵在橫越過渡金屬的過程中增加的十個 d 電子,對最外層電子的屏蔽效果很差,所以它的原子核對這些電子的束縛比你預期的更緊。

你在哪裡會遇到第 13 族

鋁是地殼中含量最多的金屬,出現在飲料罐、鋁箔、窗框、飛機和電線中;回收一個罐子所需的能量只是製造新鋁的一小部分。硼存在於烘焙器皿和實驗室玻璃所用的硼矽玻璃,以及硼砂清潔粉中。氮化鎵讓 LED 發出藍光和白光,氧化銦錫使觸控螢幕能導電。鉈毒性很強,用途很少。

鉨

鉨(113)是在亞洲發現的第一個元素,發現於日本的理化學研究所(RIKEN)實驗室,其名稱來自 Nihon,即日本的日文名稱。只製造出幾個原子,所以它的性質是預測的,而非測量得到的。

第 13 族:沿族向下的性質變化

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第 13 族
5 硼 B 3 +3 2.04 192 2,349 K (2,075.8 °C) 2.34 g/cm³
13 鋁 Al 3 +3 1.61 184 933.47 K (660.3 °C) 2.7 g/cm³
31 鎵 Ga 3 +3 1.81 187 302.91 K (29.8 °C) 5.91 g/cm³
49 銦 In 3 +3 1.78 193 429.75 K (156.6 °C) 7.31 g/cm³
81 鉈 Tl 3 +1, +3 1.62 196 577 K (303.8 °C) 11.85 g/cm³
113 鉨 Nh 3 — — — — —

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