Groupe 3A

Éléments du groupe 3a

Commençons par examiner la définition des éléments du groupe 3A.

Parce qu'ils se trouvent dans la 13e colonne, on les appelle aussi le groupe 13. On les appelle aussi la "famille du bore" car ils commencent par le bore, comme le montre la figure ci-dessous :

Fig.1 - Emplacement du groupe 3A dans le tableau périodique

Ce groupe est différent du groupe 3, qui constitue la troisième colonne du tableau périodique. Il s'agit de la première colonne des métaux de transition. Le groupe 3A est la troisième colonne lorsque tu ignores les métaux de transition.

Les éléments du groupe 3A sont, dans l'ordre, les suivants :

• Bore (B) : Élément 5

• Aluminium (Al) : Élément 13

• Gallium (Ga) : Élément 31

• Indium (In) : Élément 49

• Thallium (Tl) : Élément 81

Il existe un autre élément dans ce groupe appelé nihonium (Nh). Il a été fabriqué par l'homme et les petites quantités qui ont été produites se sont désintégrées en quelques secondes. Bien qu'on ait calculé qu'il avait des propriétés similaires à celles des éléments du groupe 3A, on n'en sait pas assez sur lui pour en parler en détail.

Configuration des électrons du groupe 3A

Parlons d'abord de la configuration des électrons de chaque élément, car elle nous donnera une idée de certaines de leurs propriétés.

Tu trouveras ci-dessous la configuration électronique de chaque élément du groupe 3A :

Les électrons de Valence sont surlignés en bleu.

Tous les électrons 3A ont 3 électrons de valence, c'est pourquoi on les appelle souvent "groupe 3A" au lieu du groupe 13.

Propriétés physiques des éléments du groupe 3A

Il existe des tendances claires dans les propriétés physiques de ce groupe. Cependant, le bore est souvent un élément aberrant. Le bore, contrairement aux autres éléments du groupe 3A, est un métalloïde, qui partage les propriétés des non-métaux et des métaux. Les autres éléments du groupe 3A sont des métaux.

Voici quelques propriétés communes des éléments du groupe 3A :

• Métaux doux, argentés/gris

  • Le bore est cassant et se présente sous la forme d'un cristal foncé ou d'une poudre brune

À titre de comparaison, voici à quoi ressemblent le bore et le thallium :

Fig.2 Comparaison du bore et du thallium

• De bons conducteurs d'électricité

  • Le bore est un bon conducteur à haute température, mais c'est un isolant (mauvais conducteur) à température ambiante.

• Points de fusion et d'ébullition bas

  • Le point d'ébullition du bore est nettement plus élevé que celui des autres éléments du groupe 3a.

Comme tu peux le constater, le bore étant un métalloïde, ses propriétés sont quelque peu différentes de celles des autres éléments du groupe 3A. Toutefois, comme tu le verras plus loin, sa réactivité "correspond" à celle de la plupart ou de la totalité des autres éléments du groupe.

Tendances dans le tableau des propriétés physiques

Une autre façon de caractériser les propriétés physiques d'un groupe est de regarder comment ces propriétés changent d'un élément à l'autre. Examinons quelques propriétés différentes et leurs tendances dans le groupe :

Point d'ébullition

Le point d'ébullition diminue au fur et à mesure que l'on descend dans le groupe

-Il y a une forte diminution entre le bore et l'aluminium.

Rayon atomique (distance entre le centre du noyau et le(s) électron(s) le(s) plus externe(s)) Le rayon atomique augmente à mesure que l'on descend dans le groupe. Cependant, l'aluminium est plus grand que le gallium. Cela s'explique par le fait que le gallium possède des électrons d, qui ne parviennent pas à "protéger" la force d'attraction du noyau contre les autres électrons. C'est pourquoi la force d'attraction du noyau est plus forte, ce qui signifie que les électrons seront plus étroitement retenus, et que le rayon sera donc plus petit.

C'est comme si tu mettais des morceaux de papier entre deux aimants. Le papier "protège" les aimants l'un de l'autre, de sorte que la force d'attraction est affaiblie. Cependant, s'il y a moins de feuilles de papier, la force d'attraction est plus forte. L'électronégativité (la tendance à attirer/gagner des électrons)L'électronégativité diminue au fur et à mesure que tu descends dans le tableau. L'ordre du plus au moins électronégatif est le suivant :

bore > gallium > indium > thallium > aluminium.

Propriétés chimiques des éléments du groupe 3a

Tous les éléments du groupe 3A ont un état d'oxydation de +3 , à l'exception du thallium, qui a un état d'oxydation de +1.

Dans ce cas, cela signifie que la plupart des éléments 3A perdront 3 électrons, c'est-à-dire qu'ils perdront tous leurs électrons de valence. Cela signifie qu'ils ont un nouvel "ensemble" complet d'électrons de valence (c'est-à-dire que les électrons du niveau d'énergie inférieur au plus élevé sont maintenant le niveau d'énergie le plus élevé).

Le thallium ne perd qu'un électron, il aura donc une orbitale 6s complète.

Comme le bore est un métalloïde, il forme principalement des liaisons covalentes, c'est-à-dire des liaisons où les électrons sont partagés entre deux non-métaux ou un non-métal + un métalloïde. Cependant, les autres éléments du groupe 3A forment généralement des liaisons ioniques . Il s'agit de liaisons où un élément donne des électrons à un autre élément.

Réactions et composés du groupe 3A

Les éléments du groupe 3A ont un ensemble commun de composés qu'ils produisent.

Oxydes

Tous les éléments du groupe 3A peuvent réagir avec l'oxygène gazeux (_O2), comme indiqué ci-dessous :

$$G_{(s)} + O_{2\,(g)} \rightarrow G_2O_3$$$.

Où "G" est un élément du groupe 3A. Cependant, le thallium est une exception, car il forme du _TlO2 en raison de son état d'oxydation +1 (l'oxygène a un état d'oxydation -2).

Azote

À l'exception du thallium, tous les éléments du groupe 3A réagissent avec l'azote gazeux (_N2) comme indiqué ci-dessous :

$$G_{(s)} + N_{2\,(g)} \rightarrow GN$$$

Où "G" est un élément du groupe 3A. L'azote a un état d'oxydation de -3, c'est pourquoi le rapport est de 1:1.

Les halogénures

Le dernier type de réaction dont nous allons parler concerne les halogénures (groupe 17). Comme pour les oxydes, tous les composés halogénés suivent une formule similaire, à l'exception du thallium.

Voici une réaction générale avec un halogénure du groupe 3A :

$$G_{(s)} + X_{2\,(g)} \rightarrow GX_3$$$.

Où "G" est un élément du groupe 3A et "X" un halogénure (ex : _Cl2, _Br2, etc.). Les halogénures ont un état d'oxydation de -1, c'est pourquoi la forme générale est _GX3, mais le thallium forme TlX.

Caractéristiques du groupe 3A

Pour résumer ce que nous avons appris, voici les caractéristiques du groupe 3A :

• Métaux

  • À l'exception du bore, qui est un métalloïde

• Bons conducteurs

  • Le bore seulement à des températures élevées

• Points de fusion et d'ébullition bas

  • À l'exception du bore

• Ont 3 électrons de valence

• Ont un état d'oxydation +3

  • sauf pour le thallium, qui a un état +1

• Réagit avec l'oxygène gazeux, l'azote gazeux et les halogénures.

  • Le thallium ne réagit pas avec l'azote gazeux.