Grupo 13 de la Tabla Periódica: Familia del Boro

El grupo 13 de la tabla periódica es también llamado como la familia del boro, elementos térreos, boroides, boroideos o familia del aluminio (debido a la amplia gama de aplicaciones que presenta este elemento en la actualidad).

El nombre térreo deriva de la palabra Tierra, debido a que el aluminio es el elemento químico más abundante en ella, llegando a un 7.5%.

El grupo 13 está conformado por los siguientes elementos: Boro (B), Aluminio (Al), Galio (Ga), Indio (In), Talio (Tl) y el elemento sintético Nihonium (Nh) .

Estos elementos están clasificados en la tabla periódica como “otros metales” junto a los grupos 14 y 15. Poseen tres electrones en su nivel energético más externo y presentan la siguiente configuración electrónica: ns²np¹.

Los elementos de este grupo se diferencia de los metales de transición en el hecho de que ellos no presentan estados de oxidación variables y sus electrones de valencia se encuentran sólo en su capa más externa.

Propiedades físicas

• Son opacos y de color blanco plateado a grisáceos.
• Son todos metales maleables y blandos, a excepción del boro que es un metaloide. El carácter metálico aumenta a medida que se desciende en el grupo.
• Presentan puntos de fusión muy bajos, a excepción del boro. El boro es metaloide con gran dureza, por lo tanto presenta un punto de fusión muy elevado.
• El boro es un semiconductor, el aluminio y el indio son buenos conductores de la electricidad, y los elementos galio y talio son malos conductores.

Propiedades químicas

• El elemento Nihonium no posee isotopos estables.
• Su configuración electrónica muestra tres electrones de valencia (2 electrones s y 1 electrón p).
• Los estados de oxidación que presentan son +1 y +3.
• Ninguno de estos elementos señalan tendencia alguna en formar aniones simples.
• La mayoría de sus minerales son óxidos e hidróxidos y, en el caso de galio, indio y talio, se encuentran asociados con sulfuros de plomo y cinc.
• No reaccionan con agua, excepto el aluminio, que reacciona en su superficie formando una capa que imposibilita que continúe la reacción.
• El boro forma compuestos con hidrógeno llamados boranos, siendo el más simple el diborano (B₂H₆).
• Reaccionan con los halógenos originando halogenuros gaseosos (boro, aluminio, galio e indio) y sólido (talio).
• La mayoría de las sales (haluros, nitratos, sulfatos, acetatos y carbonatos) son solubles en agua.
• No se disuelven en amoníaco.

Usos y aplicaciones de los elementos del grupo 13

 Boro.

Este metaloide se utiliza principalmente para fabricar vidrio y cerámica. El vidrio que se realiza con borosilicato posee una excelente resistencia a los cambios bruscos de temperatura.

El boro se emplea junto al tetraborato de sodio para aislar la fibra de vidrio, y también en muchos productos de limpieza como detergentes y lejías.

Los filamentos de boro se usan como materiales ligeros pero de elevada resistencia en la elaboración de estructuras aeroespaciales, palos de golf y cañas de pescar.

También se usa para obtener aceros especiales, de gran resistencia al impacto, y otras aleaciones. Debido a su gran dureza se emplea, en forma de carburo, para fabricar abrasivos.

El boro posee un amplio prontuario de usos que son bastante significativos en el campo de la energía atómica. Este elemento se utiliza en instrumentos creados para detectar y contar las emisiones de neutrones. Es usado también como amortiguador de control en reactores nucleares y como un material que forma parte de los escudos de neutrones, debido a la gran capacidad de absorción que este posee.

El boro es utilizado en los imanes de neodimio, el cual es el tipo de imán permanente más fuerte. Estos imanes son empleados en máquinas de imágenes por resonancia magnética, reproductores de CD y DVD, teléfonos móviles, temporizadores, entre otros.

Entre otros compuestos del boro que son usados ampliamente tenemos:

El ácido bórico se usa en ocasiones como insecticida contra las hormigas, pulgas y cucarachas. Este mismo compuesto, pero diluido se emplea como antiséptico para los ojos y la nariz.

El carburo de boro se utiliza como abrasivo y agente aleador.

El borato de sodio puede ser usado como un retardante de la combustión en plásticos y caucho.

Aluminio.

Este metal posee más aplicaciones cuando se mezcla con otros metales como cobre, magnesio, silicio, manganeso entre otros, ya que le proporciona al material mayor resistencia. Estas aleaciones se usan en la elaboración de aviones y cohetes.

El aluminio presenta una elevada resistencia en relación a su masa y a la corrosión lo que lo hace un metal eficaz en la fabricación de aeronaves, embarcaciones, perfiles y otros elementos de construcción, vagones de ferrocarril, armazones de coches y motocicletas, entre otros usos donde se requiera de metales resistentes y ligeros.

Este metal también posee una alta conductividad calorífica, y por tal razón se emplea en utensilios de cocina y en los cilindros de motores de combustión interna.

El aluminio es utilizado en la fabricación de conductores para tendidos eléctricos donde se requiere de líneas que soporten 700.000 voltios o más, ya que el peso del cable es muy importante en la transmisión de energía eléctrica de alto voltaje a largas distancias.

Dentro de los compuestos de aluminio que poseen mayor utilidad tenemos al cloruro de aluminio que se usa como catalizadores en las reacciones químicas de Friedel Craft. Por su parte, el sulfato de aluminio se usa en la purificación del agua y el óxido de aluminio en la fabricación de cerámicas.

Otro uso importante de este elemento, se puede observar en el hogar. Por ejemplo, el papel de aluminio de 0,018 cm de grosor, se usa ampliamente en el hogar para preservar los alimentos de la descomposición. También se utiliza en la elaboración de envases como platos, vasos, termos, envases de jugos y bebidas gaseosas entre otros, debido a su ligereza, facilidad de manejo y compatibilidad con alimentos y bebidas.

El reutilizamiento de estos recipientes a través del reciclaje lo hace un material bastante amigable con la naturaleza ya que es una medida de conservación de la energía cada vez más importante.

Galio.

La principal aplicación de este metal es en semiconductores, algunos compuestos de galio como por ejemplo, el arseniuro de galio y el fosfuoro de galio,  se emplean frecuentemente en circuitos de microondas y en algunas aplicaciones de infrarrojos. También se usa para realizar diodos LED de color azules y violeta y diodos láser.

El bajo punto de fusión y de ebullición del galio hace este metal apto para ser usado como líquido termométrico en termómetros de alta temperatura.

El galio también es usado en aleaciones como sucede con el galinstano que es una aleación de galio, indio y estaño y se emplea en muchos termómetros médicos. Esta aleación ha sustituido a los habituales termómetros de mercurio que suelen ser bastante peligrosos. De igual manera se está estudiando la posibilidad de eliminar el mercurio de los rellenos dentales permanentes y sustituirlo por dicho material.

En el campo de la medicina se emplea las sales de galio para tratar a pacientes con exceso de calcio en la sangre. Por su parte, los isótopos de galio se usan en medicina nuclear para examinar a los pacientes en ciertas condiciones.

Entre otros usos del galio, tenemos:

• Se emplea como componente en algunos tipos de paneles solares.
• En la fabricación de armas nucleares para permitir estabilizar el plutonio.
• Se usa en el interior de los telescopios para hallar neutrinos.
• Se utiliza en la elaboración de espejos.

Indio.

El indio se utiliza en aleaciones para prótesis dentales, motores eléctricos y en varillas de control de reactores nucleares. Las aleaciones de indio-galio con un 24% de indio y un 76% de galio son líquidas a la temperatura ambiente y poseen bajo punto de fusión.

Los compuestos antomoniuro de indio y arseniuro de indio, presentan propiedades semiconductoras, por lo que son idóneas en la elaboración de numerosos dispositivos electrónicos.

El galio se aplica como recubrimiento electrolítico contra el desgaste en piezas de aleaciones antifricción.

El indio también se emplea en fabricación de espejos ya que estos suelen ser tan buenos ópticamente como los de plata. De hecho son mucho mejores ya que se destacan porque les proporciona una elevada resistencia a la corrosión atmosférica.

Talio.

El talio al igual que el resto de sus compañeros de grupo, se emplean en aleaciones. En este caso al mezclarse con el mercurio se produce una aleación líquida que congela a -60ºC y se usa en la elaboración de termómetros de bajas temperaturas.

Algunos de los compuestos de talio que son ampliamente utilizados, tenemos:

El sulfuro de talio se utiliza en la elaboración de células fotoeléctricas sensibles a las radiaciones infrarrojas.

El sulfato de talio al ser un compuesto inoloro, insípido y muy venenoso, se emplea para exterminar insectos y roedores.

Los cristales de yoduro de sodio se utilizan en algunos equipos portátiles de escintilación para detectar la radiación gamma.

De igual manera, se usan las sales de talio para dar coloración verde a los fuegos artificiales.

Los cristales bromoyoduro de talio y de oxisulfuro de talio se utilizan en algunos sistemas militares de comunicación. El primero como transmisores de la radiación infrarroja y los últimos como receptores de la misma.

Nihonium.

Es un elemento relativamente joven, que fue descubierto conjuntamente por un equipo de científicos en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en los Estados Unidos y un grupo de Dubna, Rusia, entre los años 2003 y el 2004.

Este elemento es radiactivo y su isótopo más estable conocido es el Nihonium-286, el cual posee una vida media de 20 segundos. Por tal razón, no posee uso comercial, y solo es utilizado en la investigación científica.