4.1. Überblick

• Al (Aluminium): 3 s² 3 p¹
• Ga (Gallium): 3 d¹⁰ 4 s² 4 p¹
• In (Indium): 4 d¹⁰ 5 s² 5 p¹
• Tl (Thallium): 4 f¹⁴ 5 d¹⁰ 6 s² 6 p¹

• Vom Aluminium zum Gallium beobachtet man die sogenannte d-Block-Kontraktion,
• vom Indium zum Thallium analog die f-Block-Kontraktion oder Lanthanoiden-Kontraktion.

	Al	Ga	In	Tl
EN (Allred-Rochow)	1.47	1.82	1.49	1.44
E0 [V]	-1.68	-0.53	-0.34	-0.34+I/+0.72+III
r[6]M3+ [pm]	67.5	76	94	102.3
r[12]M [pm]	143.2	141.1	166.3	171.6
Elemente	glänzende, an Luft stabile Metalle			luftempfindlich
Struktur	f.c.c.	eigener Typ	verz. b.c.c./f.c.c.	h.c.p.
Mp. [oC]	660	30	156	302
Darstellung	Schmelzfluss-Elektrolyse	Elektrolyse der Salzlösungen
Halogenide MX3	MF3: ReO3-Struktur; AlCl3 Schichtstruktur; Rest und in Lsg./im Dampf: M2X6
Oxide M2O3	α- (Korund) und γ- (Hydrargillit) M2O3		M2O3 und M2O
Hydroxide MOH3	α- (Bayerit) und γ- (Gibbsit) M(OH)3		.
Oxid-Hydroxide MOOH	α-MO(OH) (Diaspor)		.
Hydride MH3	polymerer Feststoff	Dimere Moleküle	.	.
III-V-Verbindungen	III/V-Halbleiter
sonstige Verbindungen	MIMIII(SO4)2. 12 H2O (Alaune); MgAl2O4 (Spinell)	.	.	.
Flammenfarbe	keine	keine	blau (indigo)	grün

Gang in den physikalischer Eigenschaften: Im Unterschied zum ersten Element der Gruppe, dem Bor mit einem Schmelzpunkt von 2180 ^oC (kovalenter Festkörper), sind die Elemente Aluminium (Mp.=660 ^oC), Gallium (Mp.=29.8^oC), Indium (Mp.=157^oC) und Thallium (303^oC) niedrig schmelzend (Minimum bei Gallium!). Alle sind typische, relativ weiche Metalle und gute elektrische Leiter.

Abb. 4.2.1. Tendenzen in der Gruppe der Triele ‣SVG

Bei der Elektronegativität gibt es widersprüchliche Werte für Indium und Thallium: Die Werte nach der Allred-Rochow-Skala (Abb. 4.2.1. gestrichelte Linie) fallen vom hier sehr elektronegativem Gallium zum Thallium, nach der Pauling-Skala (Abb. 4.2.1. durchgezogene Linie) steigen sie in dieser Richtung. Die damit recht hohe Elektronegativität von Thallium zeigt sich zum Teil auch in der Chemie: Obwohl es sich um ein Element links der Zintl-Linie (Anionen-Kationen-Bildner) handelt, bildet es formal negative Tl^- z.B. in NaTl. Andererseits bildet auch Gallium mit elektropositiven Partnern (z.B. mit Na, K usw.) Legierungen, deren Strukturen denen Bor-reicher Boride ähneln und in denen der kovalente Polyanionenverband nach den Wade-Regeln interpretiert werden kann (s. Kapitel 6.4. der Vorlesung Intermetallische Phasen).

Die Oxidationsstufe 3+ entspricht bei den Elementen dieser Gruppe der Edelgasschale, bei 1+ verbleibt eine gefüllte s-Schale (s²-Kationen). Wie bei allen Hauptgruppen nimmt nach unten die Tendenz zur Ausbildung der maximalen Oxidationsstufe ab, bei den Nebengruppen gilt das Umgekehrte. D.h. vom Gallium sind nur wenige Verbindungen mit einwertigem Element bekannt, bei Indium tritt +1 häufiger auf, Thallium ist fast ausschließlich einwertig.

In Tabelle 4.1.2. ist die Einordnung der Triel-Elemente in die Spannungsreihe gezeigt. Die metallischen Elemente der III. Hauptgruppe sind danach etwas 'edler' als die Erdalkalimetalle und etwa vergleichbar mit Zink oder Cadmium. Tl³⁺ hat bereits ein positives Redoxpotential, ist also ein Oxidationsmittel. In der Reihe der Triele ist Aluminium deutlich unedler als die übrigen Elemente.

Die chemische Bindung in Verbindungen ist entweder ionisch (mit Nichtmetallen) bzw. metallisch (mit Metallen). In den wenigen bekannten kovalenten Verbindungen gelten dieselben Regeln wie für Bor oder Beryllium, d.h. das Oktett kann erreicht werden:

• durch dative Bindung (Lewis-Säure-Base-Bindung) wie z.B. den Dimeren von AlCl₃ = Al₂Cl₆ (s. bei den Halogeniden).
• durch Ausbildung von Zwei-Elektronen-Drei-Zentrenbindungen z.B. in AlH₃ oder in organischen Derivaten Al₂R₆)

Vorkommen (‣SVG zu Elementhäufigkeiten in der Erdkruste)

Beim Vorkommen der Elemente kann zwischen dem wichtigstem Element dieser Gruppe, dem Aluminium, und den restlichen drei, technisch weniger wichtigen Metallen unterschieden werden:

• Aluminium ist mit 7.5 % der Erdkruste das häufigste Metall überhaupt. Trotzdem war es früher sehr wertvoll, ein kleines Stück wurde z.B. bei der Weltausstellung 1855 ausgestellt, weil es lange nur schwer herstellbar war und entsprechend auch als reines Element relativ spät entdeckt wurde. Der Grund dafür liegt in der hohen Bindungsenergie Al-O bzw. der hohen Gitterenergie von Al₂O₃. Trotzdem ist das reines Oxid Al₂O₃ (der Korund, s. Kapitel 4.4.) in der Natur sehr selten, hauptsächliche Vorkommen sind Alumosilicate wie Feldspat (Abb. 4.2.2.), Glimmer (Abb. 4.2.3.) oder Ton (s. Kap. 7.5. Natürliche Schichtsilicate) der Vorlesung Strukturchemie der Silicate.

  Abb. 4.2.2. K[AlSi3O8] (Kalifeldspat)	Abb. 4.2.3. Muskovit-Glimmer (Al2[Si4O10](OH)2) usw.	Abb. 4.2.4. Bauxit

  Die für die Aluminiumgewinnung wichtigste Rohstoffquelle ist der Bauxit (AlOOH, s. Abb. 4.2.4) in den beiden Modifikationen Böhmit und Diaspor. Das reine Hydroxid Al(OH)₃ kommt - wie auch das reine Oxid - nur selten, als Bayerit oder Hydrargillit, in der Natur vor.
• Gallium, Indium und Thallium kommen alle mit Zink (dem Nachbarn von Gallium im Periodensystem!) in Sulfid-Mineralen vor. Gallium ist insgesamt sehr selten und blieb daher lange unentdeckt. Berühmt ist die Genauigkeit der Voraussage der Eigenschaften dieses zunächst als Eka-Aluminium bezeichneten Elementes durch Mendelejew. Der Name 'Gallium' (Frankreich) wurde gewählt, weil Gallium zuerst aus Zinkblende aus den Pyrenäen isoliert wurde. Dagegen hat die Bezeichung Indium (Indien?) von der Indigoblauen Linien im Spektrum. Indium ist etwa gleich häufig wie Silber, Thallium ist dagegen wieder häufiger als Gallium und Indium, kommt aber nur sehr weit verteilt vor. Einziges echtes Tl-Mineral ist der Lorandit TlAsS₂.

Thallium-Salze ergeben eine grüne Flamme (ebenfalls namensgebend: 'thallos' (gr.) = 'der grüne Zweig'). Die Farbe resultiert hier um den Übergang aus dem angeregten 7 ²S_1/2-Niveau in den 6 ²P_3/2-Zustand (535 nm). Der Übergang in den Grundzustand 6 ²P_1/2 liegt mit 377.6 nm im Ultravioletten.

Links zu Web-Recourcen