普通化學/各種元素的化學/第 13 族

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單元：物質 · 原子結構 · 鍵合 · 反應 · 溶液 · 物質的相 · 平衡 · 動力學 · 熱力學 · 元素
附錄：週期表 · 單位 · 常數 · 方程 · 還原電位 · 元素及其性質

第 13 族 (IIIA) 包括硼、鋁、鎵、銦和鉈。硼是一種類金屬，但其他元素是金屬。該族的所有元素都有三個價電子。

硼

硼是一種類金屬，表現出金屬和非金屬的特性。它在地球上從未以純淨形式存在，但它是某些礦物質的組成部分。然而，純硼可以作為化學反應的結果而形成。它可以是棕色的無定形固體，或結晶固體。在結晶形式中，它是黑色的，非常硬。

硼在常溫下是電的不良導體，但在高溫下它確實導電。它的化學性質主要是，但並非完全是，非金屬的。硼是電負性最小的非金屬，因此它在反應時很容易失去電子。硼幾乎完全處於 +3 氧化態。硼具有氧化物 B₂O₃，它是酸性的。

${\hbox{BCl}}_{3}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{B}}({\hbox{OH}})_{3}+3{\hbox{HCl}}$	硼鹵化物是揮發性物質，它們會與水反應，形成硼酸 B(OH)₃ 和鹵化氫。
${\hbox{B}}({\hbox{OH}})_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{B}}({\hbox{OH}})_{4}^{-}+{\hbox{H}}^{+}$	硼酸與水反應釋放質子。它是一種弱酸。
$2{\hbox{B}}_{2}{\hbox{O}}_{3}+7{\hbox{C}}\to {\hbox{B}}_{4}{\hbox{C}}+6{\hbox{CO}}$	氧化硼在極高的溫度下可以與碳反應生成碳化硼碳化物。碳化硼非常堅固，被用作坦克裝甲。

硼在共價鍵合時具有有趣的性質。它有三個電子，因此它通常形成三個單一的共價鍵，八隅體規則的例外。三氯化硼 (BCl₃)、硼酸和硼酸根離子 (BO₃^3-) 都是硼形成三個共價鍵的傾向的例子。

鋁

鋁（英國拼寫為aluminium）是一種金屬，雖然它過於活潑而無法以純淨形式存在。相反，它存在於各種各樣的礦物質中，包括鋁土礦，這是提取鋁的主要來源。鋁是地球地殼中第三豐富的元素。

與硼不同，鋁在物理性質上幾乎是典型的金屬：它具有延展性和韌性，並且非常善於傳熱和導電。由於它的輕便、耐腐蝕、美觀（接近銀色）以及低廉的加工成本，以及足以滿足許多商業和家庭用途的強度，它是第三大使用金屬。只有鐵和鋅在產量上超過它。

鋁化合物通常存在於 +3 氧化態。由於其耐用性和重量輕，鋁被用在許多合金中，即金屬的混合物。兩種金屬，每種都有理想的特性，可以混合在一起生產出具有兩種金屬特性的合金。鋁過去曾用於家庭佈線，但它在加熱時膨脹太多。膨脹導致電線鬆動，並且可能引發房屋火災。

鋁看起來不活潑是因為它表面有一層薄而堅硬的氧化鋁 Al₂O₃，它不會與水或氧氣反應，並保護其下面的鋁金屬免受化學攻擊。當純鋁暴露在空氣中時，它會立即形成這一層。雖然鋁的導電性非常好，但氧化鋁不導電。

${\hbox{Al}}_{2}{\hbox{O}}_{3(s)}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}_{(l)}+2{\hbox{OH}}_{(aq)}^{-}\to 2{\hbox{Al}}({\hbox{OH}})_{4(aq)}^{-}$ ${\hbox{Al}}_{2}{\hbox{O}}_{3(s)}+6{\hbox{H}}_{(aq)}^{+}\to 2{\hbox{Al}}_{(aq)}^{3+}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}_{(l)}$	氧化鋁是兩性的——它會劇烈反應以中和強鹼或強酸。
$2{\hbox{Al}}+3{\hbox{Cl}}_{2}\to 2{\hbox{AlCl}}_{3}$	鋁與鹵素反應會生成鋁鹵化物。氯化鋁可以以離子固體或共價固體的形式存在，但無論哪種形式，它都是弱導體。
$2{\hbox{AlCl}}_{3(aq)}+3{\hbox{NaOH}}_{(aq)}\to {\hbox{Al}}({\hbox{OH}})_{3(aq)}+3{\hbox{NaCl}}_{(aq)}$	氯化鋁是路易斯酸，能夠中和鹼。
${\hbox{Fe}}_{2}{\hbox{O}}_{3}+2{\hbox{Al}}\to 2{\hbox{Fe}}+{\hbox{Al}}_{2}{\hbox{O}}_{3}$	熔融鋁會與一些金屬氧化物發生劇烈的鋁熱反應，在這種反應中，像氧化鐵這樣的物質會被還原為鐵，而鋁會被氧化成氧化鋁。這是一個高度放熱反應，釋放的熱量足以焊接金屬。

一般來說，水溶液中的鋁以氫氧化鋁 Al(OH)₃ 的形式存在。

其他

鎵是一種脆性金屬，熔點略高於室溫，因此用手握住它會使其液化。一個魔術把戲，“熔化的勺子”，包括用專門用鎵製成的勺子攪拌熱的液體（通常是熱水）。勺子在水中融化並“消失”。（鎵只是沉到底部；在魔術表演結束後，魔術師會將水和熔融鎵取出，並將鎵倒入模具中，製作一個新的勺子以便再次表演）。鎵被廣泛用於半導體器件和 LED（發光二極體）。砷化鎵是一種重要的半導體，用於許多電子產品。

銦最常見的同位素是放射性的，它會緩慢衰變為錫。銦通常具有 +3 氧化態。

鉈傾向於以 +1（亞鉈）氧化態和 +3（鉈）氧化態出現。奇怪的是，鉈在物理和化學性質方面非常類似於鹼金屬。氧化亞鉈 (Tl₂O) 和金屬會與水發生劇烈反應，生成氫氧化鉈 TlOH，該氫氧化物會完全解離成 Tl⁺ 和 OH^- 離子，就好像它是鹼金屬氫氧化物一樣。它的鹵化物非常類似於鹽，會解離成離子，這些離子在溶液中就像鹼金屬鹽的溶液一樣導電。

在美國，鉈金屬和任何鉈化合物都不容易獲得，因為它非常危險，而且很少有合法用途。