QUÍMICA · GRUPO 13
Boro, aluminio, galio, indio, talio y nihonio. Explora sus diferencias con 27 fórmulas comentadas, ocho casos resueltos y diez ejercicios sobre átomos, cargas y propiedades.
Los elementos térreos, también llamados familia del boro, pertenecen al grupo 13 de la tabla periódica, antes IIIA: boro, aluminio, galio, indio, talio y nihonio. El boro es un metaloide; los otros miembros son metales, con propiedades macroscópicas del nihonio todavía desconocidas.
La configuración externa característica es ns² np¹, con tres electrones en el nivel más externo. El estado de oxidación +3 es importante, pero no universal: el talio muestra especialmente la estabilidad de +1. En un elemento sin combinar, el número de oxidación es 0.
«Térreos» no significa todos los elementos de la Tierra. Tampoco son los alcalinotérreos del grupo 2, como magnesio y calcio, ni las llamadas tierras raras.
ELEMENTO 1
B · Z = 5 · [He] 2s² 2p¹
El boro se clasifica habitualmente como metaloide. Forma compuestos de enlace covalente, como BCl₃, y redes sólidas como el óxido B₂O₃. Tiene formas amorfas y cristalinas; el elemento no se identifica con cualquier polvo blanco que contenga boro.
En BCl₃, el boro tiene número de oxidación +3, pero no hay que imaginar una molécula formada por un B³⁺ libre y tres Cl⁻ separados.
ELEMENTO 2
Al · Z = 13 · [Ne] 3s² 3p¹
El aluminio es un metal ligero y plateado. Es el metal más abundante de la corteza terrestre, donde aparece combinado en minerales. El papel de aluminio, la alúmina Al₂O₃ y el sulfato Al₂(SO₄)₃ son ejemplos de materiales o sustancias con propiedades diferentes.
El metal es maleable: puede convertirse en láminas. Sus aleaciones con otros elementos mejoran la resistencia mecánica; maleabilidad y resistencia a la tracción no significan lo mismo.
ELEMENTO 3
Ga · Z = 31 · [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p¹
El galio funde aproximadamente a 29,76 °C. A 20 °C su estado de equilibrio es sólido y a 35 °C puede estar líquido a presión atmosférica. Se emplea en compuestos semiconductores, como GaAs y GaN, y en aleaciones de bajo punto de fusión.
+3 es un estado de oxidación característico. También existe química de Ga(I); una fórmula de composición media +2 no debe interpretarse automáticamente como iones Ga²⁺ independientes.
ELEMENTO 4
In · Z = 49 · [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹
El indio es un metal blando y plateado que suele obtenerse como subproducto del tratamiento de minerales de zinc. Su estado de oxidación habitual es +3, por ejemplo en InCl₃ e In₂O₃; también forma compuestos de In(I).
El óxido de indio dopado con estaño, ITO, combina conductividad eléctrica y transparencia en capas delgadas. ITO no significa indio metálico transparente ni tiene una composición única expresada por In₂O₃ puro.
ELEMENTO 5
Tl · Z = 81 · [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹
El talio puede presentar +1 y +3. A diferencia de una regla que impusiera +3 a toda la familia, Tl(I) es especialmente estable: TlCl es cloruro de talio(I), mientras que TlCl₃ corresponde a talio(III).
El metal y sus compuestos son muy tóxicos. Las aplicaciones históricas de algunas sales como plaguicidas no constituyen una recomendación de uso.
ELEMENTO 6
Nh · Z = 113 · grupo 13
El nihonio completa el grupo 13. Es sintético y radiactivo; se produce y estudia a escala de átomos individuales. Su configuración electrónica prevista es [Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p¹.
No se dispone de una muestra macroscópica ordinaria para medir densidad o punto de fusión. [286] es un número másico de referencia, no una masa atómica estándar ni una prueba de estabilidad.
La colección reúne 27 ejemplos de fórmulas, desde especies moleculares hasta óxidos y sales. Lee la explicación junto a cada fórmula: no todas representan sustancias igual de estables ni todas contienen iones separados.
El número romano indica el estado de oxidación cuando conviene distinguirlo. En las sales, el agua de cristalización se escribe aparte si se trata de un hidrato. El borano BH₃ exige especial atención por su reactividad.
En pantallas pequeñas, desplaza las tablas horizontalmente para ver la explicación completa.
| Compuesto | Fórmula | Cómo interpretarlo |
|---|---|---|
| Borano | BH₃ | Especie reactiva; véase su relación con el diborano. |
| Diborano | B₂H₆ | Dos B y seis H por molécula; contiene hidrógenos puente. |
| Compuesto | Fórmula | Cómo interpretarlo |
|---|---|---|
| Tricloruro de boro | BCl₃ | B(+3); enlace covalente. |
| Cloruro de aluminio | AlCl₃ | Al(+3); puede asociarse como Al₂Cl₆ según el medio. |
| Cloruro de galio(III) | GaCl₃ | Ga(+3). |
| Cloruro de indio(III) | InCl₃ | In(+3). |
| Cloruro de talio(III) | TlCl₃ | Tl(+3); distinto de TlCl. |
| Tribromuro de boro | BBr₃ | B(+3); enlace covalente. |
| Bromuro de aluminio | AlBr₃ | Al(+3); la fórmula no excluye asociación molecular. |
| Bromuro de galio(III) | GaBr₃ | Ga(+3). |
| Bromuro de indio(III) | InBr₃ | In(+3). |
| Bromuro de talio(III) | TlBr₃ | Compuesto de Tl(III); no confundir con TlBr de Tl(I). |
| Cloruro de talio(I) | TlCl | Tl(+1): una excepción útil a la pauta +3. |
| Compuesto | Fórmula | Cómo interpretarlo |
|---|---|---|
| Ácido bórico | H₃BO₃ | También B(OH)₃. Ácido débil, diferente del bórax. |
| Bórax decahidratado | Na₂B₄O₇·10H₂O | Borato de sodio hidratado; no es ácido bórico. |
| Compuesto | Fórmula | Cómo interpretarlo |
|---|---|---|
| Óxido de boro | B₂O₃ | B(+3); óxido ácido. |
| Óxido de aluminio o alúmina | Al₂O₃ | Al(+3); óxido anfótero. |
| Óxido de galio(III) | Ga₂O₃ | Ga(+3). |
| Óxido de indio(III) | In₂O₃ | In(+3); base del material ITO dopado. |
| Óxido de talio(III) | Tl₂O₃ | Tl(+3); su estabilidad depende de las condiciones. |
| Compuesto | Fórmula | Cómo interpretarlo |
|---|---|---|
| Hidróxido de aluminio | Al(OH)₃ | Anfótero: reacciona con ácido y con base fuerte. |
| Hidróxido de galio(III) | Ga(OH)₃ | Fórmula de composición del hidróxido de Ga(III). |
| Hidróxido de indio(III) | In(OH)₃ | Tres grupos OH por In. |
| Compuesto | Fórmula | Cómo interpretarlo |
|---|---|---|
| Sulfato de aluminio | Al₂(SO₄)₃ | Dos Al por tres sulfatos; fórmula sin agua de cristalización. |
| Sulfato de galio(III) | Ga₂(SO₄)₃ | Ga(+3); los hidratos indican además su agua. |
| Sulfato de indio(III) | In₂(SO₄)₃ | In(+3); dos In por tres sulfatos. |
| Nitrato de aluminio | Al(NO₃)₃ | Tres nitratos por Al; fórmula sin agua de cristalización. |
En BCl₃, AlCl₃ o sus bromuros, la estequiometría no equivale a una red de cationes M³⁺ y aniones independientes. Pueden existir moléculas, dímeros y estructuras distintas según la sustancia y el medio. Compuestos del grupo 13.
CASO RESUELTO 1
H₃BO₃ = B(OH)₃ · bórax: Na₂B₄O₇·10H₂O
Las dos primeras fórmulas describen ácido bórico, que es un ácido débil. El bórax es un borato de sodio hidratado: contiene sodio y cuatro átomos de boro por unidad de fórmula. No son dos nombres de la misma sustancia.
B(OH)₃ no se comporta como una base que libere tres OH⁻. En agua: B(OH)₃(aq) + 2 H₂O(l) ⇌ B(OH)₄⁻(aq) + H₃O⁺(aq). El boro acepta un grupo hidroxilo en este equilibrio.
CASO RESUELTO 2
BH₃ y B₂H₆
BH₃ representa el borano, una especie deficiente en electrones y muy reactiva que no es un gas monomérico estable de uso corriente. Puede estabilizarse formando aductos con donantes de electrones; el diborano B₂H₆ contiene dos átomos de boro y seis de hidrógeno.
El diborano tiene enlaces puente B–H–B. Compartir la proporción empírica BH₃ no significa que la molécula B₂H₆ tenga solo un átomo de boro.
CASO RESUELTO 3
2 Al(s) + 6 HCl(aq) → 2 AlCl₃(aq) + 3 H₂(g)
Una vez superada la capa superficial protectora, el aluminio reacciona con ácido clorhídrico y libera hidrógeno. La ecuación iónica neta es 2 Al(s) + 6 H⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 H₂(g); Al³⁺(aq) abrevia el ion hidratado.
Si reaccionan completamente 0,020 mol de Al con ácido suficiente, corresponden 0,030 mol de H₂: 0,020 × 3/2. La proporción no indica la velocidad ni propone un ensayo doméstico.
CASO RESUELTO 4
2 Al(s) + 2 OH⁻(aq) + 6 H₂O(l) → 2 [Al(OH)₄]⁻(aq) + 3 H₂(g)
En una disolución básica se representa el producto disuelto como tetrahidroxoaluminato. Al(OH)₃ también es anfótero: Al(OH)₃(s) + OH⁻(aq) → [Al(OH)₄]⁻(aq), mientras que con ácido consume tres H⁺ y forma Al³⁺(aq) y agua.
No se debe trasladar sin contexto la fórmula NaAlO₂ de un aluminato a toda especie disuelta. En la primera ecuación hay 2 Al, 8 O y 14 H a cada lado, y la carga total es −2.
CASO RESUELTO 5
4 Al(s) + 3 O₂(g) → 2 Al₂O₃(s)
El aluminio expuesto al aire forma una fina capa de óxido que dificulta la continuación del ataque. Esa pasivación explica que no reaccione con agua ordinaria como lo hace el sodio. La superficie no vuelve al metal absolutamente inerte.
Al₂O₃ contiene dos Al por tres O: 2(+3) + 3(−2) = 0. Para contar átomos en la ecuación, el coeficiente 2 multiplica toda la fórmula: 4 Al y 6 O en los productos.
CASO RESUELTO 6
Al₂(SO₄)₃ frente a Al(NO₃)₃
Dos Al³⁺ compensan tres SO₄²⁻: 2(+3) + 3(−2) = 0. Un Al³⁺ compensa tres NO₃⁻: (+3) + 3(−1) = 0. Los paréntesis mantienen completo cada grupo poliatómico.
Al₂(SO₄)₃ tiene 2 Al, 3 S y 12 O; Al(NO₃)₃ tiene 1 Al, 3 N y 9 O. Formular por cargas no determina solubilidad, hidratos ni las especies predominantes al disolver.
CASO RESUELTO 7
Al₂(CO₃)₃: composición neutra, caso especial
La cuenta 2(+3) + 3(−2) = 0 es correcta. Eso no implica que el carbonato se obtenga por una precipitación acuosa corriente de aluminio. En ese medio interviene la hidrólisis y puede formarse hidróxido, con liberación de CO₂ según las condiciones.
Un trabajo de 2023 obtuvo Al₂(CO₃)₃ a temperaturas elevadas y presiones aproximadas de 24–28 GPa. No sería correcto llamarlo imposible; tampoco presentarlo como una sal corriente de laboratorio escolar.
CASO RESUELTO 8
Corindón: Al₂O₃ · berilo: Be₃Al₂Si₆O₁₈ · cuarzo: SiO₂
Rubí y zafiro son variedades del corindón; la esmeralda pertenece al berilo y la amatista es una variedad de cuarzo. Las impurezas, defectos y estructura explican colores, pero el color no convierte a todos estos minerales en óxido de aluminio.
La esmeralda contiene aluminio dentro de un silicato con berilio. La amatista tiene como composición básica SiO₂, no Al₂O₃.
El boro y el aluminio presentan habitualmente +3 en sus compuestos. En galio, indio y talio también existe +1; este estado cobra importancia al descender por el grupo. TlCl permite verlo sin cálculos complicados: con Cl en −1, Tl debe ser +1 para que la fórmula sea neutra.
El llamado efecto del par inerte ayuda a explicar por qué los dos electrones ns² participan menos fácilmente en el enlace de los miembros pesados. No autoriza a asignar +2 a todos los compuestos cuya fórmula tenga una proporción media sugerente: pueden intervenir enlaces entre metales o estados mixtos. Familia del boro.
B₂O₃ es un óxido ácido. Al₂O₃ y Al(OH)₃ son anfóteros: reaccionan con ácidos y con bases fuertes en condiciones adecuadas. B(OH)₃ es ácido bórico, no una base fuerte aunque se escriban grupos OH en su fórmula. El enlace y la estructura importan tanto como contar símbolos.
La fina capa superficial de óxido protege al aluminio del ataque continuado del aire y del agua en condiciones ordinarias. Los ácidos o las bases pueden alterar esa protección. La resistencia a la corrosión no significa ausencia de reactividad.
Un lingote, una lámina o un polvo describen una forma física. No bastan para identificar el elemento ni su pureza. Además, una aleación de aluminio y una sal de aluminio no son la misma clase de material.
Valores de referencia de la Royal Society of Chemistry para B, Al, Ga, In y Tl. La densidad corresponde al sólido a temperatura ambiente. Aᵣ es masa atómica relativa, sin unidad; la masa molar del elemento tiene aproximadamente el mismo valor numérico expresado en g/mol.
| Elemento | Aᵣ | Densidad (g/cm³) | Fusión (°C) | Ebullición (°C) |
|---|---|---|---|---|
| B | 10,81 | 2,34 | 2077 | 4000 |
| Al | 26,982 | 2,70 | 660,323 | 2519 |
| Ga | 69,723 | 5,91 | 29,7646 | 2229 |
| In | 114,818 | 7,31 | 156,60 | 2027 |
| Tl | 204,38 | 11,8 | 304 | 1473 |
El boro tiene distintas formas estructurales: los valores de una tabla no describen por igual cualquier polvo o muestra. Del nihonio no se conocen mediciones macroscópicas de densidad, fusión o ebullición. Su configuración electrónica se presenta como prevista y [286] identifica un número másico.
El óxido de boro participa en vidrios borosilicatados resistentes al choque térmico. Los boratos también se emplean en esmaltes y otros materiales. El ácido bórico y el bórax tienen formulaciones y propiedades diferentes: que ambos contengan boro no permite intercambiarlos. El ácido bórico se utiliza en determinados productos insecticidas formulados; eso no identifica un polvo ni lo convierte en un ingrediente de uso indiscriminado. Boro y compuestos.
La bauxita es una roca o mena, no un mineral de fórmula única. Contiene minerales de aluminio como gibbsita, Al(OH)₃, y oxihidróxidos, AlO(OH), junto con otras fases. Se obtiene alúmina y, mediante procesos industriales, aluminio metálico. No se describe la bauxita simplemente como Al₂O₃·2H₂: H₂ sería hidrógeno, no agua.
El aluminio es el tercer elemento más abundante de la corteza terrestre y el metal más abundante en ella. Esa afirmación se refiere a la corteza, no a toda la Tierra. En el metal, ductilidad significa facilidad para producir hilos; maleabilidad, para producir láminas; la resistencia a la tracción mide la respuesta ante esfuerzos que tienden a estirarlo.
Su baja densidad y conductividad explican su uso en líneas eléctricas. Las comparaciones con cobre cambian según se fijen masa, sección, temperatura y pureza; un porcentaje aislado no describe todas esas comparaciones. Para aeronaves y otras estructuras se emplean aleaciones de aluminio, por ejemplo con cobre, magnesio o silicio, que mejoran las propiedades mecánicas del metal puro. Aluminio · Obtención y propiedades.
El galio forma semiconductores como GaAs y GaN. Su bajo punto de fusión favorece aleaciones fusibles; su amplio intervalo líquido también ha motivado aplicaciones en termometría especializada. El intervalo de trabajo de un termómetro depende del diseño completo y no se deduce solo de la ebullición del metal. Galio.
El indio interviene en ITO, capas conductoras transparentes basadas en óxido de indio dopado con estaño, y en semiconductores como InP. Su obtención suele asociarse al tratamiento de minerales de zinc. Indio.
Los compuestos de talio tienen aplicaciones especializadas en materiales ópticos y electrónicos. Algunas sales se emplearon históricamente como plaguicidas; su elevada toxicidad hace que ese antecedente no deba convertirse en una recomendación práctica. Suele encontrarse asociado a menas sulfuradas de otros metales. Talio.
Mendeléiev predijo propiedades del eka-aluminio antes del descubrimiento del galio. Reich y Richter identificaron el indio por su espectro; su nombre recuerda una línea índigo. Crookes detectó una línea verde al estudiar residuos asociados al procesamiento de minerales y denominó talio al nuevo elemento. Estas líneas espectrales no equivalen al color del metal a simple vista. Historia del galio · Historia del indio · Historia del talio.
Las fotografías muestran formas de presentación y objetos; la identificación química requiere algo más que el color o el brillo.
1. ¿Cuáles son los seis elementos del grupo 13?
B, Al, Ga, In, Tl y Nh: boro, aluminio, galio, indio, talio y nihonio.
2. ¿Cuántos electrones tiene Al³⁺?
10: el átomo neutro tiene 13 y el catión pierde tres. Conserva 13 protones.
3. ¿H₃BO₃ y B(OH)₃ son dos sustancias diferentes?
No. Son dos maneras de escribir el ácido bórico: ambas contienen 1 B, 3 O y 3 H. El bórax es otra sustancia.
4. Cuenta los átomos por unidad de Na₂B₄O₇·10H₂O.
2 Na, 4 B, 17 O y 20 H: el agua de cristalización aporta 10 O y 20 H.
5. ¿Qué estados de oxidación tiene Tl en TlCl y TlCl₃?
+1 en TlCl y +3 en TlCl₃, tomando Cl como −1. La familia no obliga a un único estado.
6. Formula un sulfato de In(III) y cuenta sus oxígenos.
In₂(SO₄)₃: dos In³⁺ compensan tres SO₄²⁻. Tiene 12 átomos de oxígeno por unidad de fórmula.
7. ¿Qué elemento de B, Al, Ga, In y Tl puede ser líquido a 35 °C y 1 atm?
Ga: funde a unos 29,76 °C. Los otros cuatro tienen puntos de fusión superiores a 35 °C.
8. Calcula el H₂ correspondiente a 0,020 mol de Al que reaccionan completamente con HCl suficiente.
0,030 mol: la ecuación relaciona 2 mol de Al con 3 mol de H₂, por lo que 0,020 × 3/2 = 0,030.
9. ¿Qué masa tienen 2,00 cm³ de aluminio con densidad 2,70 g/cm³?
m = ρV = 2,70 × 2,00 = 5,40 g. Se mantienen tres cifras significativas.
10. ¿Qué gemas de rubí, zafiro, esmeralda y amatista son variedades de Al₂O₃?
Rubí y zafiro. La esmeralda es berilo y la amatista es cuarzo; no se identifican solo por el color.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Ejemplos y ejercicios: Editorial Ejemplode. Propiedades físicas: RSC; caso de alta presión: investigación de Bayarjargal y colaboradores.