Галлий, индий и таллий
Галлий
history_eduЭкаалюминий
В 1875 году Поль Лекок де Буабодран спектроскопически открыл галлий и измерил его плотность — 4,7 г/см³. Менделеев, прочитав статью, написал, что это его экаалюминий и плотность должна быть около 5,9. Лекок перечистил металл и получил 5,9. Впервые теоретик указал экспериментатору на его ошибку в свойствах нового элемента.
Галлий плавится при 29,8 °C — тает в руке, но кипит лишь при 2400 °C: самый широкий интервал жидкого состояния среди металлов (кварцевые термометры до 1500 °C). Как вода и висмут, галлий при затвердевании расширяется.
errorГаллий и алюминий
Жидкий галлий проникает по границам зёрен алюминия и делает его хрупким, как печенье: алюминиевая банка с каплей галлия рассыпается от лёгкого нажатия. Поэтому галлий нельзя провозить в самолётах.
scienceГаллий и его соединения
- \(\ce{2Ga + 6HCl -> 2GaCl3 + 3H2}\).
- \(\ce{2Ga + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Ga(OH)4] + 3H2}\) — амфотерен, как алюминий.
- \(\ce{Ga + As ->[t] GaAs}\) — полупроводник для быстрой электроники и солнечных батарей космических аппаратов.
- \(\ce{2Ga + 2NH3 ->[1000 °C] 2GaN + 3H2}\) — нитрид галлия для синих светодиодов (урок 125).
Индий и таллий
Индий назван по синей (цвета индиго) линии спектра (1863). Мягкий, как свинец; «скрипит» при изгибе. Главное применение — оксид индия-олова (ITO): прозрачный проводник, покрывающий каждый сенсорный экран и ЖК-дисплей.
Таллий (Крукс, 1861, по зелёной линии: греч. thallos — «зелёная ветвь»). Из-за эффекта инертной пары устойчив таллий(I):
- \(\ce{TlOH}\) — сильное, хорошо растворимое основание, как \(\ce{KOH}\);
- \(\ce{TlCl}\), \(\ce{TlBr}\), \(\ce{TlI}\) — малорастворимы, как галогениды серебра;
- \(\ce{Tl2SO4}\) и \(\ce{TlNO3}\) растворимы, как соли калия.
Таллий(III) — сильный окислитель: \(\ce{Tl^3+ + 2e- -> Tl+}\), \(E^\circ = 1{,}25\) В.
errorЯд отравителей
Соли таллия не имеют вкуса и запаха, действуют медленно (выпадение волос — характерный признак) — в XX веке их прозвали «ядом отравителей». Сульфат таллия использовали как крысиный яд, пока не запретили. Противоядие — берлинская лазурь (урок 88): она связывает ион \(\ce{Tl+}\) в кишечнике.
scienceТаллий и индий
- \(\ce{2Tl + 2H2O -> 2TlOH + H2}\) — медленно.
- \(\ce{Tl2SO4 + 2KI -> 2TlI v + K2SO4}\) — жёлтый осадок, как иодид серебра.
- \(\ce{Tl^3+ + 2I- -> Tl+ + I2}\) — таллий(III) окисляет иодид.
- \(\ce{TlI + I2 -> TlI3}\) — это \(\ce{Tl+[I3]-}\), трииодид таллия(I).
Тенденции в группе 13
| B | Al | Ga | In | Tl | |
|---|---|---|---|---|---|
| характер | неметалл | металл | металл | металл | металл |
| основная ст. ок. | +3 | +3 | +3 | +3 (+1) | +1 (+3) |
| \(\ce{M(OH)3}\) | кислота | амфотерный | амфотерный | почти основный | \(\ce{TlOH}\) — сильное основание |
| \(E^\circ(\ce{M^3+/M})\), В | — | −1,66 | −0,55 | −0,34 | +0,72 |
Галлий необычен: из-за заполнения 3d-оболочки (d-сжатие) его атом не больше, а даже меньше алюминия, и энергия ионизации выше — отсюда «аномалии» свойств галлия по сравнению с плавным трендом.
boltЭффект инертной пары в трёх группах
Группа 13: \(\ce{Tl(I)}\) устойчив, \(\ce{Tl(III)}\) — окислитель. Группа 14: \(\ce{Pb(II)}\) устойчив, \(\ce{Pb(IV)}\) — окислитель. Группа 15: \(\ce{Bi(III)}\) устойчив, \(\ce{Bi(V)}\) — окислитель. Одна причина — прочно удерживаемая пара \(6s^2\) (релятивистские эффекты).
scienceОкислители — высшие степени тяжёлых p-элементов
- \(\ce{Tl2O3 + 6HCl -> 2TlCl v + 2Cl2 + 3H2O}\).
- \(\ce{PbO2 + 4HCl -> PbCl2 + Cl2 + 2H2O}\).
- \(\ce{NaBiO3 + 6HCl -> BiCl3 + Cl2 + NaCl + 3H2O}\).
push_pinГлавное
Вниз по группе 13 устойчивость степени окисления +3 падает, а +1 растёт: \(\ce{Ga(III)}\) и \(\ce{In(III)}\) типичны, \(\ce{Tl(I)}\) устойчив, \(\ce{Tl(III)}\) — окислитель (эффект инертной пары \(6s^2\)). \(\ce{Ga2O3}\) и \(\ce{Ga(OH)3}\) амфотерны, \(\ce{In(OH)3}\) — почти основный, \(\ce{TlOH}\) — сильное растворимое основание, как \(\ce{KOH}\); \(\ce{TlCl}\) малорастворим, как \(\ce{AgCl}\). \(\ce{TlI3}\) — это \(\ce{Tl+(I3-)}\), а не иодид таллия(III). Галлий плавится в руке (29,8 °C) и был предсказан Менделеевым (экаалюминий); \(\ce{GaAs}\) и \(\ce{GaN}\) — полупроводники; оксид индия-олова — прозрачный проводник экранов.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.