存在、分离和性质
同修 / 2022-08-12
存在、分离和性质
地壳中最普通的金属元素铝，在自然界广泛地以硅酸盐如云母和长石，以水合氧化物(铝士矿)和冰晶石(Na3AlF6)存在着。其它三种元素发现的数量极少。镓和铟是在铝矿石和锌矿石中发现的，但在最丰富的矿源中也只不过含有少于1%的和更少的铟。铊分布得很广，它往往是从熔烧某些硫化物矿石的烟道灰中回收的，其中主要是黄铁矿。
极大量的铝是从铝土矿制得的。将铝土矿先溶在氢氧化钠溶液中，并用二氧化碳进行再沉淀来纯化。然后在800-1000°，溶于熔融态冰晶石，并电解这个熔融物。铝是硬的，坚固的白色金属。它虽具有高电正性，却仍是抗腐蚀的物质，因为在其表面形成了一层坚硬强韧的氧化物膜。在厚的氧化膜中，某些具有适当的小孔，当新的时候，可捕陷颜料质点，所以经常用电解法产生氧化膜来保护铝。铝溶于稀无机酸类，但为浓硝酸所钝化。如果除去氧化物薄膜的保护作用，例如用刮法或汞齐法，甚至很快发生被水侵蚀的作用。在通常情况下，该金属能被热的碱金属氢氧化物、卤素和各种不同非金属所侵蚀。高纯铝对酸是极好的抗体，但含有少量氯化铜的盐酸或和白金接触，则铝会很快地被腐蚀；当溶解时也因加入一些H2O2而加速。
镓、铟和铊往往藉电解它们的盐的水溶液而得到。对于Ga和In来说，因为发生在这些金属上的氢的超电压大，这种可能性提高了。它们是软的、白色的、比较活泼的金属，易溶于酸。不过，只能慢慢地溶在硫酸或盐酸中，因为所形成的TI盐仅是微溶的。类似于铝的镓溶于氢氧化钠。这些元素在室温或温热时，很快地同卤素和象硫一样的非金属，发生反应。
镓的熔点特别低，没有简单解释。由于它的沸点(2070°)不是反常的，的液体范围比任何已知物质的都大，故可用为温度计液体。
三价态的化学
二元化合物
9-3 含氧化合物
铝的氧化物中，仅有一种符合化学计量，它就是矾土Al2O3。但是由于存在着各种不同的多晶物，水合物等，这种单纯性得到了补偿，而它们的生成则决定于制备条件。无水Al2O3有两种形式，即x-AlO3和y-Al2O3。各种其它三价金属(Ga，Fe)所生成的氧化物，也结晶成这两种相同结构。在x-Al2O3中，氧离子排成六角形紧密排列，而铝离子则对称地分布于八面体的间隙中。y-Al2O3的结构，有时认为象有“缺陷”的尖晶石结构，即象具有阳离子不足的尖晶石结构(见下文)。
x-Al2O3在高温下是稳定的，并且在低温下也是无限亚稳定的。在自然界，它以矿物刚玉形式存在；在1000°以上，加热Al2O3或任何水合氧化物也可制得。而y-Al2O3是在低温(~450°)把水合氧化物脱水来制取的。x-Al2O3非常坚硬，并且是水合作用及酸的侵蚀作用的抗体；而y-Al2O3则很快地和水结合并落于酸。在金属铝表面上形成的Al2O3还有另外结构，即缺陷的岩盐结构，其中Al离子和O离子的排列，使各个第三个Al离子在岩盐结构次序中都看不到。
符合计量的AlO·OH和Al(OH)3的矾土，有几种重要水合形式。向沸腾的铝盐溶液中加入氨，产生一种称为水铝石形式的AlO.OH，它同样也可用别的方法制得。AlO·OH的第二种形式，在自然界是以水铝石矿存在。当把二氧化碳通入碱性“铝酸盐”液，所得到的真正的氢氧化物Al(OH)3是晶态白色沉淀。
氧化体系十分相似于氧化铝体系，生成高温的x-和低温的y-Ga2O3,GaO·OH和Ga(OH)3。三氧化物是由加热硝酸盐，硫酸盐或水合氧化物制得，而水合氧化物是以氨作用于Ga溶液沉淀出的。β-Ga2O3含有以四面体和八面体两种方式络合着的，其中Ga-O间距分别为1.83和2.00A。铟生成黄色In2O3(已知它仅有一种形式)和水合氧化物In(OH)3。铊只有棕黑色Tl2O3，它约在100°时开始失去氧，生成Tl2O。NaOH作用于Tl盐，得到的看来似乎是这种氧化物Tl2O3，而同Al、Ga和In盐作用，其最初产物是碱式盐。
铝、镓和铊同其它金属形成混合氧化物。首先是只含有痕量其它金属离子的氧化铝。这些氧化物，包括红宝石(Cr3+)和蓝宝石(Fe2+， Fe3+和Ti4+)在内。现在用合成方法大量地生产着人造红宝石，蓝宝石和白宝石(宝石级的钢玉)。其次是含有大量其它元素组分的混合氧化物，诸如尖晶石MgAl2O4，铝铍石BeAlO4。尖晶石的结构已叙述过，并且它的重要性是以作为许多其它MM2O4型化合物的结构模型而加以注意的(2-2节)。碱金属化合物如NaAlO32，同样是离子型混合氧化物，它可在1000°加热Al2O3与草酸钠来制得。
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