6.3. Подгруппа галлия

Элементы подгруппы галлия располагаются в периодической системе сразу после элементов d-семейства, поэтому на свойства галлия и его аналогов в значительной степени сказывается d-сжатие. Так от Аl к Ga атомный радиус несколько уменьшается, а энергия ионизации возрастает. На свойствах таллия, кроме того, сказывается f-сжатие, поэтому от In к Tl размер атома увеличивается незначительно, а энергия ионизации даже возрастает. В связи с эффектом экранирования устойчивость 6s² электронной пары возрастает, поэтому для таллия наиболее характерна степень окисления +1, а не +3 как для галлия и индия.

Галлий, индий и таллий - рассеянные элементы, самостоятельных месторождений практически не образуют, входят в состав некоторых полиметаллических руд. Легкоплавкие серебристо-белые металлы.

Химические свойства. Подобно алюминию галлий и индий на воздухе покрыты пассивирующей оксидной пленкой. Таллий на воздухе медленно окисляется. При нагревании реагируют с кислородом, серой и галогенами. Растворимы в кислотах. При этом галлий и индий образуют соли в степени окисления +3, а таллий образует соли таллия(I). Таллий в соляной кислоте пассивируется за счет образования нерастворимого в воде TlCl.

2Ga + 3H₂SO₄ = Ga₂(SO₄)₃ + 3H₂;

2Tl + H₂SO₄ = Tl₂SO₄ + H₂

Галлий подобно алюминию реагирует со щелочами, индий и таллий в отсутствие окислителей к щелочам устойчивы.

2Ga + 6KOH + 6H₂O = 2K₃[Ga(OH)₆] + 3H₂

Соединения элементов подгруппы галлия

Соединения со степенью окисления +3. Оксиды галлия(III) Ga₂O₃ (белого цвета) и индия(III) In₂O₃ (желтого цвета) могут быть получены прямым синтезом. Оксид таллия(III) Tl₂O₃ (коричневого цвета) образуется окислением оксида таллия(I) озоном. Все оксиды нерастворимы воде. Оксиды галлия(III) и индия(III) амфотерны. У оксида таллия(III) наблюдается сильное доминирование основных свойств. В соответствии с усилением основных свойств в ряду Ga₂O₃ - In₂O₃ - Tl₂O₃ возрастает растворимость в кислотах:

Э₂O₃ + 6HCl = 2ЭСl₃ + 3H₂O

Гидроксиды – Э(ОН)₃ – нерастворимые в воде студенистые осадки переменного состава, получают аналогично гидроксиду алюминия. У Ga(OH)₃ (белого цвета) основные и кислотные свойства проявляются практически в равной степени; у In(OH)₃ (белого цвета) основные свойства преобладают над кислотными, а у Tl(OH)₃ (красно-коричневого цвета) кислотные свойства практически не проявляются.

При растворении оксидов и гидроксидов в кислотах образуются аквакомплексы состава [Э(OH₂)₆]³⁺. Поэтому соли этих элементов всегда выделяются в виде кристаллогидратов. Аквакомплексы галлия и индия бесцветны, а таллия окрашены в светло-желтый цвет.

При растворении оксидов и гидроксидов в щелочах образуются гидроксокомплексы, например:

In(OH)₃ + 3ОН^- = [In(OH)₆]^3-

В ряду галогенидов ЭF₃ – ЭCl₃ – ЭBr₃ – ЭI₃ устойчивость падает. Фториды галлия, индия, таллия тугоплавки, бромиды и иодиды легкоплавки и летучи. В воде галогениды растворяются, в парах и органических растворителях находятся в виде димерных молекул. При взаимодействии с основными галогенидами образуют комплексные соединения:

3KHal + Э(Hal)₃ = K₃[Э(Hal)₆]

Для галлия наиболее характерны фторидные комплексы, индий и таллий образуют устойчивые координационные соединения с хлорид- и бромид-анионом, для таллия устойчивым является иодидный комплекс.

Гидриды галлия и индия полимерны. Известен тетрагидридогаллат(III) лития - Li[GaH₄].

4LiH + GaCl₃ = Li[GaH₄] + 3LiCl;

Li[GaH₄] медленно разлагается при 25 С до LiH, Ga и Н₂, энергично реагирует с водой:

Li[GaH₄] + 4H₂О = LiОН + 4H₂ + Ga(ОН)₃

Все соединения таллия(III) – сильные окислители.

Соединения со степенью окисления +1. Соединения галлия и индия(I) неустойчивы, сильные восстановители. Для соединений таллия степень окисления +1 наиболее устойчива, все соединения проявляют основные свойства.

Оксид таллия (черного цвета) с водой реагирует подобно оксидам щелочных металлов:

Tl₂O + H₂O = 2TlOH

Гидроксид таллия(I) желтого цвета сильное основание, отщепляющее воду при нагревании до 100 С. Как и для щелочных металлов для таллия(I) комплексообразование не характерно. Соли таллия(I) напоминают соли серебра(I), при освещении разлагаются.

Все соединения галлия, индия и особенно таллия ядовиты!