Booriryhmä (ryhmä 13): ominaisuudet, alkuaineet ja käyttökohteet

Booriryhmä, joka tunnetaan myös nimillä ryhmä III ja ryhmä 13, on jaksollisen järjestelmän alkuaineiden ryhmä. Useimmat sen jäsenet ovat köyhiä metalleja, lukuun ottamatta booria. Boori on puolimetalli. Muut alkuaineet ovat pehmeitä metalleja.

Alkuaineet

Boori (B, 5) – puolimetalli, erittäin kova ja kemiallisesti aktiivinen pienessä mittakaavassa.
Alumiini (Al, 13) – kevyt, korroosionkestävä ja laajasti käytetty metalli.
Gallium (Ga, 31) – pehmeä metalli, sulamispiste lähellä huonelämpötilaa (noin 30 °C).
Indium (In, 49) – pehmeä metalli, käytetään elektroniikassa ja pinnoitteissa.
Tallium (Tl, 81) – pehmeä, myrkyllinen metalli, harvoin käytetty nykyteollisuudessa sen toksisuuden takia.
Nihonium (Nh, 113) – synteettinen, radioaktiivinen alkuaine; vain pieniä määriä valmistettu ja tutkittu.

Ominaisuudet ja jaksolliset trendit

Booriryhmän alkuaineilla on samankaltainen ulkokuoren elektronirakenne (p^1), ja tyypillinen pääoksidaatiotila on +3. Ryhmän yleisiä piirteitä:

Atomisäde kasvaa ja elektronegatiivisuus vähenee ryhmän alaspäin mentäessä.
Ionisaatioenergiat laskevat alaspäin.
Boori on epämetallinen/puolimetalli ja muodostaa pääasiassa kovalenttisia yhdisteitä; muut ovat metallisia ja muodostavat ioneja ja metalli- tai koheesiokiteitä.
Ryhmässä esiintyy inerttipariefekti: raskaammilla jäsenillä (In, Tl) +1-oksidaatiotila on stabiilimpi kuin kevyemmillä.
Sulamis- ja kiehumispisteet vaihtelevat paljon: boori erittäin korkea, gallium puolestaan sulaa lähes huoneenlämpötilassa.

Yleinen kemia ja yhdisteet

Boorilla on oma erikoiskeemiansa: booriyhdisteet (esim. boorihappo, boratit) muodostavat kovalenttisia verkostoja ja klustereita (boranit). Alumiinin ja muiden metallien oksidit ovat tärkeitä: Al2O3 (alumiinioksidi, korundin muoto) on erittäin kovaa ja käytetään hionta-aineena ja katalysaattoreiden kantajana.

Muista yleisistä yhdisteistä esimerkiksi:

Booraatit ja boorihappo (lasit, palonestoaineet)
Alumiinioksidi ja alumiinihydroksidi (keraamit, adsorbentit, lääketiede)
Galliumarsenidi (GaAs) — tärkeä puolijohdekomponentti
Indiumtinoksidi (ITO) — läpinäkyvä, johtava kerros näyttötekniikassa
Talliummyrkyt (tallitumasulfaatti ym.) — historiallisesti käytetty, nykyään harvinaista

Käyttökohteet

Boori: borax, palonestoaineet, borosilikaattilasit (kestäviä lämpötilanvaihteluille), lannoitteet ja kasvien hivenaine; myös erikoispuolijohteissa ja neutronien absorboijana uraanin käsittelyssä.
Alumiini: rakentaminen, kuljetus (lentokoneet, autot), pakkaukset (foliot, tölkit), sähköjohdot (kevyt ja johtava), keittiövälineet.
Gallium: puolijohteet (GaAs, GaN), LED-teknologia, lämmönmittaus- ja sulamisanturit (nestemäinen gallium seostona).
Indium: ITO-pinnoitteet kosketusnäytöille ja litteille näytöille, juotosmateriaalit, erikoiselektroniikka.
Tallium: nykyisin hyvin rajoitetusti käytössä toksisuutensa vuoksi; aiemmin käytetty torjunta-aineissa ja sairauksien tutkimuksessa.
Nihonium: puhtaasti tutkimuskäytössä; ei käytännön sovelluksia sen radioaktiivisuuden ja lyhyen puoliintumisajan vuoksi.

Biologinen merkitys ja turvallisuus

Boori on kasveille tärkeä hivenaine ja sillä on rooli soluseinämien muodostuksessa; ihmisessä sen mahdollinen merkitys on vähäinen mutta tutkimuksen kohteena.
Alumiini ei ole tunnetusti välttämätön, ja liiallinen altistus voi liittyä terveysongelmiin joissain olosuhteissa.
Tallium on erittäin myrkyllinen ihmisille ja eläimille; sen yhdisteet ovat haitallisia ja niiden käyttöä valvotaan.
Galliumin ja indiumin yhdisteitä käsitellään teollisuudessa turvallisuusohjeiden mukaan — pöly- ja höyryaltistus tulee minimoida.

Yhteenveto

Booriryhmä (ryhmä 13) yhdistää kemiallisesti ja fysikaalisesti vaihtelevia alkuaineita boorista nihoniumiin. Ryhmälle on tyypillistä +3-oksidaatiotilan korostuminen, mutta raskaammilla alkuaineilla +1-tila on merkittävä. Ryhmän jäsenillä on laaja kirjo sovelluksia rakentamisesta ja elektroniikasta erikoismateriaaleihin, ja osa niistä on myös biologisesti aktiivisia tai myrkyllisiä — siksi käsittelyssä noudatetaan tarkkoja turvallisuusohjeita.