III. Hauptgruppe – Überblick

Hallo liebe Freundinnen und Freunde der Chemie. Ich bedanke mich, dass ihr wieder eingeschaltet habt und euch dieses Video anschaut. Wir schauen uns das erste Video zur dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente an. Erste Teil: Überblick. Und als erstes möchte ich die fünf chemischen Elemente dieser Hauptgruppe nennen. Das sind dies: Bor, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium. Ich glaube, diese Hauptgruppe kann man sich ganz leicht merken. Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium. Das ist wie so ein kleines, naja, so ein kleines Liedchen. Was fällt euch auf an den Elementen dieser Hauptgruppe? Richtig, ein Element ist kein Metall. Das ist das erste, oberste; „Bor“. Eigentlich ein Nicht-Metall, manchmal sagt man auch Halb-Metall, deswegen habe ich es olivfarben gekennzeichnet. So, und jetzt haben natürlich diese fünf Elemente der dritten Hauptgruppe auch einen Namen, die Gruppe hat einen Namen. Da gibt es neuere, modernere, seit einigen Jahren Bor-Gruppe, Bor-Aluminium-Gruppe; ich bevorzuge Erdmetalle. Warum? Dafür ist hauptsächlich Aluminium zuständig, denn Aluminium trifft man in der Erdkruste in großer Menge an. Wir wollen uns jetzt unterhalten über die Herkunft der Namen, denn die sind manchmal ganz interessant. Bor kommt von „buraq“, aus dem Arabischen, das bedeutet „Salpeter“. Aluminium kommt von „alumen“ aus dem Lateinischen, das bedeutet „Alaun“. Ein Alaun ist ein Salz des Aluminiums, ein Doppelsalz. Außerdem hat Aluminium noch einen anderen Ursprung, es kommt nämlich vom lateinischen Wort „lumen“ und das bedeutet „Licht“. „Gallium“ bedeutet „Frankreich“ und diesen Namen hat ihm sein Entdecker, Lecoq de Boisbaudran, gegeben. Er entdeckte das Gallium 1875. Der Name „Indium“ stammt vom Wort „Indigo“ ab. Die Farbe des Indigos könnt ihr euch leicht vorstellen, wenn ihr euch klassische Jeans, Bluejeans, anschaut. Zurückzuführen ist der Name darauf, dass man eine „Spektrallinie“ fand, die indigofarben ist. „Thallium“ stammt vom griechischen Wort „thallos“, „grüner Zweig“. Eine grüne Spektrallinie, die man für ein Spektrum des Thalliums fand. So weit so gut. Die wichtigste physikalische Eigenschaft von Feststoffen ist? Richtig, die Schmelztemperatur. Und über die Schmelztemperaturen der Erdmetalle wollen wir jetzt sprechen. Die mit Abstand höchste Schmelztemperatur der Elemente der dritten Hauptgruppe besitzt Bor mit 2300 Grad Celsius. Aluminium siedet bedeutend niedriger, bei 660 Grad Celsius. Gallium, man höre und staune, bei 30 Grad Celsius; es schmilzt, wenn man Geduld hat, in der Hand. Indium schmilzt wieder etwas höher, bei 156 Grad Celsius, und Thallium bei 303 Grad Celsius. Lasst uns eine verallgemeinernde Aussage über die Schmelztemperaturen der Elemente der dritten Hauptgruppe formulieren. Die Schmelztemperaturen fallen vom Bor über das Aluminium zum Gallium, um dort ein Minimum zu erreichen, und steigen dann wieder über Indium zum Thallium an. Dort ist die Temperatur natürlich bei weitem nicht so hoch wie beim Bor. Aber vom Prinzip her, kann man sich diese Aussage so einprägen. Von links nach rechts werden die Schmelztemperaturen in der, wohlgemerkt prinzipiellen, grafischen Darstellung größer. Die Schmelztemperatur ist am höchsten beim Element Bor, wird niedriger beim Aluminium bis zu einem Minimum beim Gallium, steigt über das Indium und erreicht dann wieder einen höheren Wert beim Thallium. Siedetemperaturen sparen wir aus. Es gibt eine weiter wichtige physikalische Größe bei Festkörpern. Die Dichte, die wir in Gramm pro Kubikzentimeter angeben wollen. Ich habe hier die Literaturwerte auf eine Stelle nach dem Komma gerundet. Wer genauere Daten haben möchte, muss noch einmal in die Primärliteratur gehen. Bor 2,3, Aluminium 2,7, Gallium 5,9, Indium 7,3 und Thallium 11,8. Die Abhängigkeit ist hier sehr schön und wir sehen auch ohne grafische Darstellung, dass die Dichten von Bor bis nach Thallium von oben nach unten zunehmen. Bemerkenswert ist die hohe Dichte von Thallium; fast zwölfmal so schwer wie Wasser und schwerer als Blei. Vergleichbar ist noch die zweite Dichte von Indium. Indium ist etwa genauso schwer wie das Metall Zink. Ganz kurz zum metallischen Charakter: Der metallische Charakter nimmt innerhalb der dritten Hauptgruppe von oben nach unten beständig zu. Und das hat seine Auswirkungen auf die Eigenschaften der Hydroxide der Elemente der dritten Hauptgruppe. Ich werde zunächst die Hydroxide mit Formel und chemischem Namen benennen: B(OH)₃, Borhydroxid, Al(OH)₃, Aluminiumhydroxid, Ga(OH)₃, Galliumhydroxid, In(OH)₃, Indiumhydroxid, TI(OH)₃, Thalliumhydroxid. (Mit versteller Stimme:) Herr Otto, Herr Otto. - Ja, entschuldigen Sie bitte? - (Mit verstellter Stimme:) Das kann man nicht so schreiben. - Was denn? - (Mit verstellter Stimme:) B(OH)₃. - Tja, Herr Oberstudienrat, tut mir leid, wir sind hier nicht in der Schule, hier darf man schöpferisch arbeiten, außerdem möchte ich die Kinder nicht überlasten. Man kann natürlich für B(OH)₃ H₃BO₃ schreiben, das ist Borsäure, ich mache es aber trotzdem so, wegen der Übersicht. - (Mit verstellter Stimme:) Na gut. - Das ist mein Video, Herr Oberstudiendirektor. Danke, Ciao. Uns interessiert nun vor allem, ob diese Hydroxide sauer, basisch oder neutral sind. Borhydroxid, die erste Verbindung oben, ist schwach sauer. Die Hydroxide des Aluminiums, Galliums und Indiums, zweite, dritte, vierte Zeile, sind hingegen „amphoter“, weder basisch, noch sauer. Man kann zum Beispiel Aluminiumhydroxid nehmen, wenn man Magenverstimmungen hat, das ist unbedenklich und neutralisiert die Magensalzsäure. Ganz unten, das Hydroxid des Thalliums hingegen ist schwach basisch, also ein typisches Hydroxid. So, zum besser Einprägen oder auch der besseren Übersichtlichkeit halber kann man natürlich wieder unsere Dreiecke verwenden. Ihr wisst schon, die langen spitzen. Da haben wir einmal das rote Dreieck. Und das rote Dreieck besagt saures Verhalten. Und oben ist etwas sauer, darunter weniger und so weiter und so weiter. Das zweite Dreieck, das blaue, bedeutet basisches Verhalten. Dort wo es dick ist, ist das basische Verhalten am stärksten und unten am geringsten. Na dann, gehen wir es an. Na mach mal Otto, komm mal ausm Knick. Also oben ist rot breit, das heißt, das saure Verhalten ist bei Borhydroxid am stärksten, und unten ist es spitz, bei Thalliumhydroxid am geringsten. Das saure Verhalten nimmt von oben nach unten ab. Umgekehrt ist es beim basischen Verhalten. Da ist es oben spitz und unten dick, das heißt, Borhydroxid ganz oben zeigt kein basisches Verhalten, ganz, ganz geringes. Ist ja auch sauer, ist klar. Und dann nimmt das basische Verhalten von oben nach unten zu. Und Thalliumhydroxid ist tatsächlich ein wenig basisch. Schön, nicht wahr? Die einfachen Dinge sind immer schön. Herr Otto, Herr Otto. - Na Sie schon wieder. Also für euch alles Gute, viel Erfolg und bis zum Wiedersehen. Tschüss!