Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Borgruppe

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Chemie

Die Borgruppe, auch bekannt als Triele, ist die 3. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente. Dazu gehören die Elemente Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl). Bor ist ein Halbmetall, während Aluminium, Gallium, Indium und Thallium Metalle sind und als Erdmetalle bekannt sind.

Borgruppe – Eigenschaften & Vorkommen der Elemente

Borgruppe Eigenschaften Periodensystem der Elemente StudySmarterAbbildung 1: Periodensystem der Elemente Quelle: pixabay.com

Die Borgruppe ist nach neuer IUPAC Nummerierung die Gruppe 13 im Periodensystem. Alle Elemente der Borgruppe besitzen drei Valenzelektronen. Die Erdmetalle Aluminium, Gallium, Indium und Thallium ähneln in ihren Eigenschaften den Erdalkalimetallen.

Namensherkunft der Borgruppe

Der Name der Borgruppe kommt vom Element, welches an erster Stelle der Gruppe steht. In diesem Fall also Bor. Ebenso werden die Hauptgruppen 4 und 5 nach dem Element an erster Stelle der jeweiligen Gruppe, also die Kohlenstoff- und Stickstoffgruppe.

Allgemeine Trends in der Borgruppe

In der Borgruppe nimmt der Atomradius, die Atommasse sowie der Ionenradius mit steigender Ordnungszahl zu. Die Schmelzpunkte nehmen von Bor bis Gallium ab und von Gallium bis Thallium wieder zu. Die Siedepunkte nehmen von Bor bis Thallium ab. So hat Bor den höchsten Siedepunkt mit 4000 °C, während Thallium den niedrigsten Siedepunkt mit 1473 °C besitzt. Die Dichte wächst mit steigender Ordnungszahl. Damit hat Bor die niedrigste und Thallium die höchste Dichte.

Mit wachsender Ordnungszahl nimmt die erste Ionisierungsenergie von Bor bis Indium ab. Eine Ausnahme stellt Gallium dar, denn es kommt an zweiter Stelle statt des Aluminiums. Thallium hat wieder einen erhöhten Wert.

Überblick über die Eigenschaften der Elemente der Borgruppe

Eigenschaft/EinheitBorAluminiumGalliumIndiumThallium
Schmelzpunkt /°C207666030157304
Siedepunkt /°C40002519220420721473
Atomradius /pm80143135167170
Ionenradius, /pm-52628189
1.Ionisierungsenergie /801578579558589
Dichte /246027005904731011850

Bor

  • Elektronenkonfiguration: Borgruppe Bor Elektronenkonfiguration StudySmarter
  • Bor kommt als Sauerstoffverbindung Borax Borgruppe Borax Summenformel StudySmarter und Kernit Borgruppe Kernit Summenformel StudySmarter vor
  • Ordnungszahl: 5
  • Bei Bor handelt es sich um ein Halbmetall
  • Bei Normalbedingungen ist Bor ein schwarzbrauner Feststoff
  • Das Element Bor ist reaktionsträge und reagiert erst bei höheren Temperaturen
  • Bor hat außerdem chemische Ähnlichkeiten zu Kohlenstoff und Silicium, da es ebenfalls räumliche Strukturen über kovalente Bindungen ausbaut (z. B. hexagonales Bornitrid ähnelt Graphit)

Aluminium

  • Elektronenkonfiguration: Borgruppe Elektronenkonfiguration Aluminium StudySmarter
  • Aluminium kommt als Korund , Bauxit (Mischung verschiedener Aluminiumminerale z. B. Diaspor ), Alumosilikate vor
  • Ordnungszahl: 13
  • Aluminium ist ein silbriges Leichtmetall; relativ weich und zäh
  • Das Element Aluminium ist das häufigste Metall und das dritthäufigste Element in der Erdkruste nach Sauerstoff und Silicium
  • Es ist sehr unedel (sehr reaktionsfreudig) und daher kommt Aluminium ausschließlich in Verbindungen vor
  • Ab 1,2 Kelvin (ca. –272 °C) wird Aluminium supraleitend
  • Aluminium ist korrosionsbeständig und hat eine gute elektrische Leitfähigkeit (66 % von der des Kupfers)

Supraleiter sind Materialien, die ab einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Sprungtemperatur, keinen elektrischen Widerstand mehr aufweisen.

Gallium

  • ElektronenkonfigurationBorgruppe Elektronenkonfiguration Gallium StudySmarter
  • Gallium kommt in Erzen vor. Die galliumreichsten Erze sind Bauxite, Zinkblende und Germanit (sehr geringer Anteil bis zu 1 %)
  • Ordnungszahl: 31
  • Gallium ist ein silbrig weißes, weiches Metall
  • Mit 14 ppm (sprich parts per million) Massenanteil in der Erdhülle ist Gallium ein seltenes Element
  • Es kommt nur gebunden vor

Parts per million (ppm) ist eine Maßeinheit und steht für ein Millionstel.

Indium

  • Elektronenkonfiguration: Borgruppe Elektronenkonfiguration Indium StudySmarter
  • Indium kommt vor allem in Zinkerzen, insbesondere in der Zinkblende vor
  • Ordnungszahl: 49
  • Indium ist ein silbrig weißes, weiches Schwermetall
  • Mit einem Massenanteil von 0,1 ppm in der Erdhülle ist Indium ein seltenes Element
  • Unterhalb der Sprungtemperatur von 3,41 Kelvin (K) ist das Element Indium supraleitend

Thallium

  • Elektronenkonfiguration: Borgruppe Elektronenkonfiguration Thallium StudySmarter
  • Thallium kommt als Crookesit , Avicennit und Lorandit vor
  • Ordnungszahl: 81
  • Thallium ist ein silbrig weißes, weiches Metall
  • Das Element Thallium ist äußerst giftig (ähnlich wie Blei)
  • Thallium ist kein seltenes Element, jedoch gibt es wenige Mineralien mit hohem Anteil an Thallium
  • Außerdem kommt Thallium im Gegensatz zu den anderen Elementen der Borgruppe überwiegend in der Oxidationsstufe +1 vor

Borgruppe – Gewinnung der Elemente

Die Elemente der Borgruppe werden in unterschiedlichsten Verbindungen industriell genutzt. Legierungen mit Elementen der Borgruppe fungieren oft als Halbleiter. Einige Gallium-Verbindungen sind supraleitend. Das bekannteste und am häufigsten eingesetzte Element der Borgruppe ist Aluminium.

Darstellung von Bor

Bor wird aus Halogeniden oder Oxiden durch Reduktion gewonnen. Amorphes Bor kann man aus der Reduktion von Bortrioxid mit Magnesium darstellen:

Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Kristallines Bor lässt sich aus Halogeniden von Bor darstellen. Hierfür wird z. B. Bortrichlorid mit Wasserstoff mittels eines 1000–1400 °C heißen Wolframdrahts reduziert:

Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Alternativ kann man Bortriiodid oder Diboran thermisch an einem heißen Wolframdraht zersetzen:

Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Darstellung von Aluminium

Aluminium wird hauptsächlich durch Elektrolyse aus Bauxit dargestellt. Als Erstes wird mittels Bayer-Verfahren Aluminiumoxid gewonnen. Aus diesem Aluminiumoxid wird mittels Schmelzflusselektrolyse metallisches Aluminium dargestellt.

Aufschluss von Bauxit

Im ersten Schritt der Gewinnung von Aluminium wird Bauxit mit heißer Natronlauge versetzt. Wodurch Natriumaluminat gewonnen wird und Eisenverbindungen und Silicate gefiltert werden können.

Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

und ebenso Natriumaluminiumsilicate sind unlöslich und fallen aus. Beides zusammen wird als Rotschlamm bezeichnet, welcher ausgefiltert wird. Das Natriumaluminat wird abgekühlt und geimpft. Als Impfen versteht man das Zusetzen von Kristallisationskeimen (hier das Zusetzen von ). Dadurch fällt Aluminiumhydroxid aus.

Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Brennen in Drehrohröfen

Das Aluminiumhydroxid wird anschließend bei 1200°C gebrannt. Dabei entsteht Aluminiumoxid.

Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Hall-Héroult-Prozess

Das Aluminiumoxid aus dem Bayer-Verfahren wird in flüssigem Kryolith gelöst um die Schmelztemperatur von Aluminiumoxid von 2045 °C auf etwa 980 °C zu senken. Anschließend wird das reine Aluminium per Schmelzflusselektrolyse dargestellt. In der Schmelze liegt Aluminiumoxid dissoziiert vor:

Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

An der Kathode werden die Ionen von Aluminium reduziert, während an der Anode die Sauerstoffionen oxidiert werden, wobei sie mit dem Kohlenstoff der Graphitanode reagieren.

Kathode: Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Anode: Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Das flüssige Aluminium sinkt auf den Boden der Kathodenwanne und wird über ein Saugrohr aufgesammelt. Das so gewonnene Aluminium hat nur noch 0,1–1 % Verunreinigungen.

Darstellung von Gallium

Das Gallium wird bei der Aluminiumherstellung im Bayer-Verfahren als ein Nebenprodukt gewonnen. Die Ausgangsprodukte sind das Natriumaluminat und Natriumgallat , welche in der Natronlauge gelöst sind.

Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Gallium vom Aluminium zu trennen – zum Beispiel die fraktionierte Kristallisation mit Kohlenstoffdioxid. Hier fällt zuerst Aluminiumhydroxid aus und das Natriumgallat reichert sich in der Natronlauge an. Danach wird mit weiteren Verfahrensschritten Galliumhydroxid ausgefällt, woraus im Anschluss durch Elektrolyse Gallium dargestellt wird.

Bei der fraktionierten Kristallisation handelt es sich um ein Trennungsverfahren von Substanzen mit unterschiedlicher Löslichkeit. Dabei werden mehrere in der Lösung vorliegende Substanzen in unterschiedlicher Reihenfolge ausgefällt. Schlecht lösliche Stoffe kristallisieren früher aus, während gut lösliche Stoffe gelöst bleiben.

Darstellung von Indium

Wie Gallium wird auch Indium als Nebenprodukt gewonnen. Allerdings nicht aus dem Bayer-Verfahren, sondern bei der Zink oder Blei Gewinnung. Die Darstellung von reinem Indium erfolgt über die Elektrolyse der sauren Salzlösung (Indium(III)-chlorid in Salzsäure) über Quecksilberelektroden, an denen Indiumionen zu Indium reduziert werden.

Kathode: Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Darstellung von Thallium

Beim Rösten von Blei- oder Zinksulfiden fällt Flugasche an. Diese wird als Ausgangsprodukt für die Gewinnung von Thallium benutzt. Darin ist nämlich Thalliumsulfat enthalten. Diese wird mit kochendem Wasser vom Rest der Flugasche getrennt und mit Salzsäure ausgefällt. Aus dem daraus gewonnenen Thallium(I)-chlorid wird mit Elektrolyse das Metall Thallium dargestellt.

Kathode: Borgruppe Gewinnung Reaktionsgleichung StudySmarter

Reaktionsverhalten der Elemente der Borgruppe

Im Folgenden Abschnitt wird dir das Reaktionsverhalten der Elemente der Borgruppe mit verschiedenen Stoffen veranschaulicht.

Reaktion der Borgruppe mit Sauerstoff

Alle Elemente der Borgruppe reagieren mit Sauerstoff und bilden Oxide nach folgender Reaktionsgleichung:

Borgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

"Me" sind die Elemente der Borgruppe. In diesen Trioxiden haben die Borelemente die Oxidationsstufe +3. Thallium kann daneben auch in der Oxidationsstufe +1 bilden. Diese Reaktion läuft sehr spontan ab. So haben die reinen Metalle eine dünne Oxidschicht und ein eher gräuliches Aussehen.

Reaktion der Borgruppe mit Wasserstoff

Die Reaktion mit Wasserstoff läuft nicht spontan ab. Während die Erdmetalle polymere Wasserstoff-Verbindungen Polyalan, Polygallan, Polyindan und Polythallan bilden, bei denen die Monomere über Wasserstoffbrücken verbunden sind, bildet das Bor über Dreizentrenbindungen Borane mit dem einfachsten Vertreter Diboran . Das Monomer ist nicht bekannt. Die allgemeine Reaktionsgleichung lautet:

Borgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Dreizentrenbindungen sind spezielle kovalente Bindungen, bei denen sich drei Atome ein Elektronenpaar teilen. Hierfür überlappen drei Atomorbitale, woraus drei Molekülorbitale entstehen. Eines dieser Molekülorbitale ist immer bindend, eins ist immer antibindend, während das Dritte entweder schwach bindend, schwach antibindend oder nicht bindend ist. Das Ganze wirst du in der Orbitaltheorie lernen.

Reaktion der Borgruppe mit Wasser

Unter den Elementen der Borgruppe reagiert nur das Aluminium mit Wasser. Dabei entstehen Aluminiumhydroxid und Wasserstoff.

Borgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Reaktion der Borgruppe mit Halogenen

Mit den Halogenen können alle Elemente der Borgruppe reagieren. Zum Beispiel mit Brom reagieren sie zu Elementtribromid.

Borgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Thallium kann daneben auch TlBr bilden.

Borgruppe - Das Wichtigste

  • Die Borgruppe ist die 3. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente
  • In der Borgruppe sind die Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium
  • Alle Elemente der Borgruppe besitzen drei Valenzelektronen
  • Die Elemente Aluminium, Gallium, Indium und Thallium sind Metalle und werden auch Erdmetalle bezeichnet
  • Bor ist ein Halbmetall
  • Aluminium, Gallium, Indium und Thallium können alle über Elektrolyse gewonnen werden
  • Thallium kommt vor allem in der Oxidationsstufe +1 vor
  • Alle Elemente der Borgruppe reagieren mit Halogenen, Wasserstoff und Sauerstoff; zusätzlich kann Aluminium mit Wasser reagieren.

Borgruppe

Die Hauptgruppen 3-5 werden nach dem ersten Element in der Gruppe benannt. Da das erste Element der 3. Hauptgruppe Bor ist, heißt sie Borgruppe.

1. Hauptgruppe: Alkalimetalle + Wasserstoff 

2. Hauptgruppe: Erdalkalimetalle 

3. Hauptgruppe: Borgruppe 

4. Hauptgruppe: Kohlenstoffgruppe 

5. Hauptgruppe: Stickstoffgruppe 

6. Hauptgruppe: Chalkogene 

7. Hauptgruppe: Halogene

8. Hauptgruppe: Edelgase 

Bei einer Elementgruppe handelt es sich um Elemente mit gemeinsamen Eigenschaften. 

Alle Elemente der 3. Hauptgruppe besitzen drei Valenzelektronen. 

Finales Borgruppe Quiz

Frage

Welche Elemente sind in der Borgruppe?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Bor (B)
  • Aluminium (Al)
  • Gallium (Ga)
  • Indium (In)
  • Thallium (Tl)
Frage anzeigen

Frage

Was unterscheidet Bor von den anderen Elementen der Borgruppe?

Antwort anzeigen

Antwort

Bor ist ein Halbmetall, während die anderen Elemente Metalle sind. 

Frage anzeigen

Frage

Was haben die Elemente der Borgruppe gemeinsam?

Antwort anzeigen

Antwort

Alle Elemente der Borgruppe haben drei Valenzelektronen. 

Frage anzeigen

Frage

Wieso heißt die 3. Hauptgruppe Borgruppe?

Antwort anzeigen

Antwort

Die 3. Hauptgruppe wird nach dem ersten Element in der Gruppe benannt. 

Frage anzeigen

Frage

Wo kommt Bor vor?


Antwort anzeigen

Antwort

Bor kommt in Borax und Kernit vor. 

Frage anzeigen

Frage

Welcher Ausgangsstoff wird für die Aluminiumgewinnung verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Bauxit

Frage anzeigen

Frage

Was unterscheidet Thallium von den anderen Elementen der Borgruppe? 

Antwort anzeigen

Antwort

Während die anderen Elemente der Borgruppe vor allem (bzw. ausschließlich) in der Oxidationsstufe +3 vorkommen, kommt Thallium vor allem in der Oxidationsstufe +1 vor. 

Frage anzeigen

Frage

Wie wird Bor dargestellt?

Antwort anzeigen

Antwort

Bor wird durch die Reduktion von Borhalogeniden oder -oxiden gewonnen. Alternativ kann man Bortriiodid oder Diboran thermisch zersetzen.

Frage anzeigen

Frage

Welche Verfahren werden bei der Aluminiumgewinnung angewendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Als Erstes wird aus Bauxit mittels Bayer-Verfahren Aluminiumoxid gewonnen. Anschließend wird daraus mit dem Hall-Héroult-Prozess elektrolytisch Aluminium gewonnen. 

Frage anzeigen

Frage

Wie wird Gallium dargestellt?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Nebenprodukt Natriumgallat aus dem Bayer-Verfahren wird von Natriumaluminat über fraktionierte Kristallisation getrennt. Danach wird Galliumhydroxid ausgefällt, woraus über Elektrolyse Gallium gewonnen wird. 

Frage anzeigen

Frage

Wie wird Indium gewonnen?

Antwort anzeigen

Antwort

​Reines Indium wird über die Elektrolyse von Indium(III)-chlorid in Salzsäure gewonnen, wobei Indiumionen an der Kathode zu Indium reduziert werden. 

Frage anzeigen

Frage

Wie wird Thallium gewonnen?

Antwort anzeigen

Antwort

Thallium wird mittels Elektrolyse von Thallium(I)-chlorid gewonnen, wobei die Thalliumionen an der Kathode zu Thallium reduziert werden.

Frage anzeigen

Frage

Wie lautet die Reaktionsgleichung der Reaktion der Borgruppenelemente mit Sauerstoff?

Antwort anzeigen

Antwort


Frage anzeigen

Frage

Was passiert bei der Reaktion von Borgruppenelementen mit Wasserstoff?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Erdmetalle bilden polymere Wasserstoff-Verbindungen aus, während Bor über Dreizentrenbindungen Borane ausbildet. 

Frage anzeigen

Frage

Welches Element der Borgruppe reagiert mit Wasser? Nenne die Reaktionsgleichung.

Antwort anzeigen

Antwort

Nur das Aluminium reagiert mit Wasser. 


Frage anzeigen

Frage

Nenne die Reaktionsgleichung für die Reaktion der Borgruppenelemente mit Brom.

Antwort anzeigen

Antwort


Frage anzeigen

Frage

Nenne die Reaktionsgleichung für die Reaktion der Borgruppenelemente mit Wasserstoff.

Antwort anzeigen

Antwort

 


Frage anzeigen

Frage

Wie lauten die Kathoden- und Anodenreaktionen der Aluminiumgewinnung?

Antwort anzeigen

Antwort

Anode: 

Kathode:



Frage anzeigen
60%

der Nutzer schaffen das Borgruppe Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.