UNAM FACULTAD DE QUÍMICA Grupo 13 Equipo: Platino Prof. Víctor Manuel Ugalde Saldívar

Generalidades Todos los miembros del grupo 13 son metales excepto el boro que exhibe un comportamiento principalmente no metálico y se clasifica como semimetal. Los metales no muestran un patrón de puntos de fusión pues cada elemento del grupo tiene diferente disposición geométrica en estado sólido. Sus puntos de ebullición muestran una tendencia decreciente a medida que aumenta la masa de cada elemento, indicando que el enlace metálico se debilita.

Generalidades La covalencia es común entre los miembros del grupo, esto se debe a la elevada carga y al pequeño radio de cada ion metálico. La gran densidad de carga de los iones del grupo 13, los hace ser muy polarizantes. La única forma de estabilizar el estado iónico de los elementos del grupo 13 consiste en hidratar el ion metálico. En el grupo 13 encontramos elementos con más de un estado de oxidación.

Abundancias Boro Aluminio Lugar 38 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Turquía y los Estados Unidos son los mayores productores mundiales. Aluminio Es el metal más abundante de la tierra y el tercer elemento más abundante después del oxígeno y el silicio.

Abundancias Galio Indio Universo: 0.01 ppm Sol: 0.04 ppm Corteza Terrestre: 18 ppm Agua de mar: 3 x 10-5 ppm 69Ga 60.11%  71Ga 39.89% Indio Se estima que en la corteza terrestre hay aproximadamente 0,24 ppm 113In 4.23% 115 In 95.77%

Abundancias Talio Universo: 0.0005 ppm Sol: 0.001 ppm Corteza terrestre: 0.6 ppm Agua de mar: 1.4 x 10-5 ppm

BORO (B) No aparece en su forma elemental en la naturaleza, sino en forma de bórax (Na2B4O7 · 10H2O) ácido bórico (H3BO3) ulexita (NaCaB5O9·8H2O) colemanita (Ca2B6O11·5H2O) kernita (Na2B4O7·4H2O) boracita (Mg7Cl2B16O30)

Propiedades químicas No reacciona con el agua, ni con el ácido clorhídrico. Reacciona con el oxígeno para formar óxido bórico y con el nitrógeno para formar el nitruro de boro Forma sales de boro con metales, a partir del ión borato.

Obtención Los primeros métodos usados requerían la reducción del óxido con metales como el magnesio o aluminio, pero el producto resultante casi siempre se contaminaba. Puede obtenerse por reducción de halogenuros de boro volátiles, con hidrógeno a alta temperatura. El boro usado en la industria como semiconductor es producido por la descomposición de diborano (B2H6) a altas temperaturas y luego purificado con el proceso Czochralski.

Aplicaciones Energía nuclear Detectores de partículas Fibra de vidrio Herramientas de corte Esmaltes para porcelana El bórax se emplea como agente de limpieza El acido bórico es el antiséptico más usado en los lavados oculares Industria metalúrgica Construcción de misiles y tecnología de cohetes

Dato curioso El bórax forma el 30% del vidrio Pyrex

ALUMINIO (Al) Debido a su gran reactividad no ocurre de manera pura en la naturaleza. Se extrae principalmente de la bauxita y criolita por el proceso de Bayer.

Propiedades Químicas Es un metal muy reactivo y al ser expuesto al aire forma una capa de óxido de aluminio (Al2O3) que evita que la corrosión siga. Se utiliza como reductor de óxidos metálicos, por ejemplo, en la reacción termita. Se disuelve en ácidos minerales, aunque estén diluidos.

Al2O3 + 2 OH− + 3 H2O → 2 [Al(OH)4]− Proceso de Bayer Primero se lava la bauxita con NaOH caliente a 175° C. esto separa los minerales que no contienen aluminio y solubilizan los que si al llevarse a cabo la siguiente reacción: Al2O3 + 2 OH− + 3 H2O → 2 [Al(OH)4]− Después se enfría la solución y precipita el hidróxido, este solido se calienta a 1050°C para obtener oxido de aluminio puro: 2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

Proceso de Hall-Heroult El óxido de aluminio (Al2O3) se disuelve en criolita (Na3AlF6) fundida, aproximadamente a 1000°C. Se pasa una corriente eléctrica por la mezcla y el aluminio se forma en el cátodo, y en el ánodo (de carbón), se forma CO2 con el oxígeno del óxido de aluminio.

Dato curioso Antes de la invención del proceso de Hall-Heroult el aluminio era considerado un metal precioso y llego a valer más que el oro. Se dice que Napoleón III tenía una vajilla de aluminio para sus visitas mas especiales. Fue elegido para el ápice del monumento a Washington como muestra de la opulencia Norteamericana (1984).

Aplicaciones Autos y aviones Cableado de aluminio y depósitos térmicos Utensilios de cocina El corindón se usa como abrasivo y en la fabricación de láseres El óxido de aluminio es útil como catalizador, como sustrato para catalizadores y como fase estacionaria para cromatografía

GALIO (Ga) Metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar. No existe de forma elemental en la naturaleza

Propiedades Funde a temperaturas cercanas a la del ambiente (28,56 °C) El rango de temperatura en el que permanece líquido es uno de los más altos de los metales (2174 °C) Se expande un 3,1% al solidificar

Propiedades químicas Es atacado sólo lentamente por los ácidos En contacto con el aire y agua forma una capa de óxido Es un líquido que moja vidrio y porcelana y forma un espejo brillante al pintar sobre el vidrio

Obtención Se encuentra en minerales como galita [CuGaS2], sohngeita [Ga(OH)3] y germanita [Cu13Fe2Ge2S16], además de trazas del elemento en la bauxita, carbón, diásporo, germanita y esfalerita. La mayoría se extrae de la solución de hidróxido de aluminio crudo en el proceso de Bayer.

Aplicaciones Construcción de circuitos integrados Producción de semiconductores Termómetros de cuarzo Espejos Dispositivos optoelectrónicos como diodos láser y LED En medicina nuclear como elemento trazador para diagnóstico de enfermedades y detección de tumores. El Granate de Galio/Gadolinio (Gd3Ga5O12 o GGG) se utiliza en la fabricación de componentes ópticos y como sustrato para películas magneto-ópticas Es uno de los componentes de los nuevos compuestos fotovoltaicos para celdas solares

Dato curioso Mendeleiev predijo su existencia y propiedades en 1871 y lo llamó eka- aluminio. Su nombre proviene de Lecoq, apellido de su descubridor, que en francés significa “el gallo”.

INDIO (In) Es un metal plateado, maleable, de bajo punto de fusión, y generalmente se encuentra en estado sólido. En general los tribromuros, triioduros y trifluoruros de este elemento son relativamente volátiles y forman redes moleculares.

Obtención Se produce principalmente a partir de los residuos generados durante el proceso de minas de Zinc, Hierro, Plomo y Cobre. A partir de la electrólisis de sus sales. Canadá es el principal productor de Indio.

Aplicaciones Aleaciones de bajo punto de fusión Soldaduras Industria electrónica Fotoconductores Transistores de Germanio Rectificadores Termistores Espejos Pantallas de cristal líquido (LCD) Su óxido se emplea en la fabricación de paneles electroluminiscentes

Dato curioso Su nombre proviene del color azul índigo que se produce en el espectroscopio. Hasta 1924 sólo había un gramo aislado del elemento en el mundo, hasta que se comenzó a utilizar en las pantallas LCD.

TALIO (Tl) Metal pesado que tiene el aspecto y el comportamiento del plomo, del que puede separarse por electrólisis de su sulfato. El talio es tan tóxico como el plomo y su uso ha sido restringido. Por ser un veneno acumulativo.

Propiedades químicas En su estado monovalente, el talio se comporta como la plata, ya que posee un cloruro blanco insoluble y un fluoruro soluble. Se comporta como los metales alcalinos por tener un hidróxido soluble y fuertemente básico, TlOH. En su estado trivalente se comporta como el aluminio, formando sales incoloras de Tl3+, pero se parece al hierro por formar óxido pardo, Tl2O3. El Tl3+ es un agente oxidante tan fuerte como el dióxido de manganeso, y casi tan fuerte como el cloro.

Aplicaciones Vidrios de bajo punto de fusión y de alto índice de refracción Fotocélulas Material óptico infrarrojo Se empleaba como raticida e insecticida, pero actualmente se ha prohibido su uso Se ha usado para tratar la tiña y otras infecciones de la piel

Dato curioso En contacto con la piel es peligroso. Los primeros síntomas son la caída del pelo y los trastornos visuales. Se sospecha que es un carcinógeno potencial para el hombre. Utiliza el concepto de par inerte.