Boron family Questions in Hindi

(N/A) समूह-$13$ के तत्वों के रासायनिक व्यवहार में कुछ महत्वपूर्ण रुझान देखे जा सकते हैं। इन सभी तत्वों के ट्राइक्लोराइड,ब्रोमाइड और आयोडाइड सहसंयोजक प्रकृति के होते हैं और पानी में जल-अपघटित (hydrolysed) हो जाते हैं।
बोरोन को छोड़कर,चतुष्फलकीय $[M(OH)_{4}]^{-}$ और अष्टफलकीय $[M(H_{2}O)_{6}]^{3+}$ जैसी प्रजातियां जलीय माध्यम में मौजूद होती हैं।
मोनोमेरिक ट्राइहेलाइड्स,इलेक्ट्रॉन की कमी के कारण,मजबूत लुईस एसिड होते हैं। बोरोन ट्राइफ्लोराइड $(BF_{3})$ बोरोन के चारों ओर अष्टक पूरा करने के लिए $NH_{3}$ जैसे लुईस बेस के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है।
$d$-कक्षकों की अनुपस्थिति के कारण $B$ की अधिकतम सहसंयोजकता $4$ होती है। चूंकि $Al$ और अन्य तत्वों में $d$-कक्षक उपलब्ध होते हैं,इसलिए उनकी अधिकतम सहसंयोजकता $4$ से अधिक हो सकती है।
अधिकांश अन्य धातु हैलाइड्स (जैसे,$AlCl_{3}$) हैलोजन ब्रिजिंग के माध्यम से द्विलक (dimerised) हो जाते हैं (जैसे,$Al_{2}Cl_{6}$)। इन हैलोजन ब्रिज्ड अणुओं में धातु प्रजाति हैलोजन से इलेक्ट्रॉन स्वीकार करके अपना अष्टक पूरा करती है।

(N/A) बोरेक्स बोरॉन का सबसे महत्वपूर्ण यौगिक है।
सूत्र: इसकी संरचना में $[B_{4}O_{5}(OH)_{4}]^{2-}$ टेट्रान्यूक्लियर इकाइयाँ होती हैं,इसलिए सही सूत्र $Na_{2}[B_{4}O_{5}(OH)_{4}] \cdot 8 H_{2}O$ है।
भौतिक गुण: यह एक सफेद क्रिस्टलीय ठोस है। यह जल-अपघटन के कारण पानी में घुलकर क्षारीय विलयन देता है:
$Na_{2}B_{4}O_{7} + 7 H_{2}O \rightarrow 2 NaOH + 4 H_{3}BO_{3}$ (ऑर्थोबोरिक एसिड)।
रासायनिक गुण (बोरेक्स बीड परीक्षण): गर्म करने पर,बोरेक्स पानी के अणुओं को खो देता है और फूल जाता है। आगे गर्म करने पर,यह एक पारदर्शी तरल में बदल जाता है जो कांच जैसी सामग्री में जम जाता है जिसे बोरेक्स बीड कहा जाता है:
$Na_{2}B_{4}O_{7} \cdot 10 H_{2}O$ $\xrightarrow{\Delta} Na_{2}B_{4}O_{7}$ $\xrightarrow{\Delta} 2 NaBO_{2} + B_{2}O_{3}$ (सोडियम मेटाबोरेट और बोरिक एनहाइड्राइड)।
संक्रमण धातुओं के मेटाबोरेट्स के विशिष्ट रंग होते हैं,जिससे प्रयोगशाला में उनकी पहचान की जा सकती है। उदाहरण के लिए,प्लैटिनम तार के लूप पर $CoO$ के साथ बोरेक्स को गर्म करने पर नीले रंग का $Co(BO_{2})_{2}$ बीड बनता है।

(N/A) भौतिक गुण :
$\rightarrow$ ऑर्थोबोरिक एसिड,$H_3BO_3$,साबुन जैसा स्पर्श वाला एक सफेद क्रिस्टलीय ठोस है।
$\rightarrow$ यह पानी में कम घुलनशील है लेकिन गर्म पानी में अत्यधिक घुलनशील है।
$\rightarrow$ इसकी परतदार संरचना होती है जिसमें समतलीय $BO_3$ इकाइयाँ हाइड्रोजन बंधों द्वारा जुड़ी होती हैं,जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
रासायनिक गुण :
$\rightarrow$ इसे बोरेक्स के जलीय घोल को अम्लीकृत करके तैयार किया जा सकता है :
$Na_2B_4O_7 + 2 HCl + 5 H_2O \rightarrow 2 NaCl + 4 B(OH)_3$
$\rightarrow$ बोरिक एसिड एक दुर्बल एकक्षारकीय (monobasic) एसिड है। यह एक प्रोटोनिक एसिड नहीं है,बल्कि हाइड्रॉक्सिल आयन से इलेक्ट्रॉन स्वीकार करके लुईस एसिड के रूप में कार्य करता है :
$B(OH)_3 + 2 HOH \rightarrow [B(OH)_4]^- + H_3O^+$
$\rightarrow$ गर्म करने पर,$370 \ K$ से ऊपर ऑर्थोबोरिक एसिड मेटाबोरिक एसिड,$HBO_2$ बनाता है,जिसे और अधिक गर्म करने पर बोरिक ऑक्साइड,$B_2O_3$ प्राप्त होता है :
$H_3BO_3$ $\xrightarrow{\Delta} HBO_2$ $\xrightarrow{\Delta} B_2O_3$

(N/A) बोरिक अम्ल ($H_3BO_3$ या $B(OH)_3$) एक प्रोटिक अम्ल नहीं है।
प्रोटिक अम्ल वह पदार्थ है जो जलीय विलयन में प्रोटॉन $(H^+)$ दान करता है।
बोरिक अम्ल एक दुर्बल मोनोबेसिक लुईस अम्ल के रूप में कार्य करता है।
यह जल के $OH^-$ आयन से इलेक्ट्रॉनों के एक युग्म को स्वीकार करके $[B(OH)_4]^-$ संकुल बनाता है,जिससे विलयन में $H^+$ आयन मुक्त होते हैं:
$B(OH)_3 + 2H_2O \longrightarrow [B(OH)_4]^- + H_3O^+$

ऑर्थोबोरिक एसिड $(H_{3}BO_{3})$ को $370 \ K$ या उससे अधिक तापमान पर गर्म करने पर,यह पानी का एक अणु खोकर मेटाबोरिक एसिड $(HBO_{2})$ बनाता है।
आगे गर्म करने पर,मेटाबोरिक एसिड और पानी खोकर बोरिक ऑक्साइड $(B_{2}O_{3})$ देता है।
अभिक्रियाएं इस प्रकार हैं:
$H_{3}BO_{3} \xrightarrow{370 \ K} HBO_{2} + H_{2}O$
$2HBO_{2} \xrightarrow{\Delta} B_{2}O_{3} + H_{2}O$

(A) $(i)$ लवण $X$ लिटमस के प्रति क्षारीय है,जो दर्शाता है कि यह एक प्रबल क्षार और दुर्बल अम्ल का लवण है। तीव्र गर्म करने पर,यह फूलकर एक कांच जैसा पदार्थ $Y$ बनाता है। यह व्यवहार बोरेक्स $(Na_2B_4O_7 \cdot 10H_2O)$ का विशिष्ट गुण है।
$Na_2B_4O_7 \cdot 10H_2O + 7H_2O \rightarrow 2NaOH + 4H_3BO_3$
$(ii)$ गर्म करने पर,बोरेक्स पानी खो देता है और फूलकर एक कांच जैसा मनका $Y$ बनाता है जिसमें सोडियम मेटाबोरेट $(NaBO_2)$ और बोरिक एनहाइड्राइड $(B_2O_3)$ होते हैं।
$Na_2B_4O_7 \cdot 10H_2O \xrightarrow{\Delta} Na_2B_4O_7 + 10H_2O$
$Na_2B_4O_7 \xrightarrow{\Delta} 2NaBO_2 + B_2O_3 (Y)$
$(iii)$ जब बोरेक्स के गर्म विलयन में सांद्र $H_2SO_4$ मिलाया जाता है,तो ऑर्थोबोरिक अम्ल $(Z = H_3BO_3)$ के सफेद क्रिस्टल बनते हैं।
$Na_2B_4O_7 \cdot 10H_2O + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 4H_3BO_3 (Z) + 5H_2O$

(N/A) विरचन (बनाने की विधि):
- सबसे सरल ज्ञात बोरोन हाइड्राइड डाइबोरेन है। इसे डाईएथिल ईथर में बोरोन ट्राइफ्लोराइड की $LiAlH_{4}$ के साथ अभिक्रिया द्वारा बनाया जाता है।
$4 BF_{3} + 3 LiAlH_{4} \rightarrow 2 B_{2}H_{6} + 3 LiF + 3 AlF_{3}$
- डाइबोरेन बनाने की एक सुविधाजनक प्रयोगशाला विधि में सोडियम बोरोहाइड्राइड का आयोडीन द्वारा ऑक्सीकरण किया जाता है।
$I_{2} + 2 NaBH_{4} \rightarrow B_{2}H_{6} + 2 NaI + H_{2}$
- औद्योगिक स्तर पर डाइबोरेन का उत्पादन $BF_{3}$ की सोडियम हाइड्राइड के साथ अभिक्रिया द्वारा किया जाता है।
$2 BF_{3} + 6 NaH \stackrel{450 \ K}{\longrightarrow} B_{2}H_{6} + 6 NaF$
भौतिक गुणधर्म:
- डाइबोरेन एक रंगहीन,अत्यधिक विषैली गैस है जिसका क्वथनांक $180 \ K$ है।
- वायु के संपर्क में आने पर डाइबोरेन स्वतः जलने लगता है।
- यह ऑक्सीजन में जलकर अत्यधिक ऊर्जा मुक्त करता है।
रासायनिक गुणधर्म:
- बोरेन जल द्वारा आसानी से जल-अपघटित होकर बोरिक अम्ल देते हैं।
$B_{2}H_{6(g)} + 6 H_{2}O_{(l)} \rightarrow 2 B(OH)_{3(aq)} + 6 H_{2(g)}$
- डाइबोरेन लुईस क्षारों $(L)$ के साथ विदलन अभिक्रियाएं करके बोरेन एडक्ट्स,$BH_{3} \cdot L$ बनाते हैं।
$B_{2}H_{6} + 2 NMe_{3} \rightarrow 2 BH_{3} \cdot NMe_{3}$
$B_{2}H_{6} + 2 CO \rightarrow 2 BH_{3} \cdot CO$
- अमोनिया की डाइबोरेन के साथ अभिक्रिया से प्रारंभ में $B_{2}H_{6} \cdot 2 NH_{3}$ प्राप्त होता है,जिसे $[BH_{2}(NH_{3})_{2}]^{+}[BH_{4}]^{-}$ के रूप में लिखा जाता है; इसे और गर्म करने पर बोराज़ीन,$B_{3}N_{3}H_{6}$ प्राप्त होता है,जिसे इसके एकांतर $BH$ और $NH$ समूहों वाली वलय संरचना के कारण "अकार्बनिक बेंजीन" कहा जाता है।
$3 B_{2}H_{6} + 6 NH_{3}$ $\rightarrow 2[BH_{2}(NH_{3})_{2}]^{+}[BH_{4}]^{-} \stackrel{\Delta}{}$ ${\longrightarrow} 2 B_{3}N_{3}H_{6} + 12 H_{2}$

(N/A) डाइबोरेन $(B_2H_6)$ एक इलेक्ट्रॉन-न्यून यौगिक है जिसमें केवल $12$ संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं। दो $B$ परमाणु और चार टर्मिनल $H$ परमाणु एक ही तल में होते हैं,जबकि दो सेतु (bridging) $H$ परमाणु लंबवत तल में होते हैं (एक ऊपर और एक नीचे)। टर्मिनल $B-H$ बंध $2c-2e$ (दो-केंद्र-दो-इलेक्ट्रॉन) बंध हैं और सेतु $B-H-B$ बंध $3c-2e$ (तीन-केंद्र-दो-इलेक्ट्रॉन) बंध हैं।
$(b)$ बोरिक एसिड $(H_3BO_3)$ की संरचना परतदार होती है। प्रत्येक समतलीय $BO_3^{3-}$ इकाई $H$ परमाणुओं के माध्यम से अन्य इकाइयों से जुड़ी होती है। $H$ परमाणु $BO_3$ इकाई के ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंध बनाते हैं और निकटवर्ती $BO_3$ इकाइयों के ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ हाइड्रोजन बंध बनाते हैं।

(N/A) गर्म करने पर,बोरेक्स क्रिस्टलीकरण के जल को खो देता है और फूल जाता है। अधिक गर्म करने पर,यह पिघलकर एक पारदर्शी तरल बनाता है,जो ठंडा होने पर कांच जैसी सामग्री में बदल जाता है जिसे बोरेक्स बीड कहते हैं।
$Na_{2}B_{4}O_{7} \cdot 10H_{2}O \xrightarrow{\Delta} Na_{2}B_{4}O_{7} + 10H_{2}O$
$(b)$ बोरिक अम्ल जल में एक दुर्बल एकक्षारकीय लुईस अम्ल के रूप में कार्य करता है। यह जल से $OH^{-}$ आयन ग्रहण करके टेट्राहाइड्रॉक्सीबोरेट आयन बनाता है।
$B(OH)_{3} + 2H_{2}O \rightleftharpoons [B(OH)_{4}]^{-} + H_{3}O^{+}$
$(c)$ एल्युमीनियम तनु $NaOH$ के साथ अभिक्रिया करके सोडियम टेट्राहाइड्रॉक्सीएल्युमिनेट$(III)$ बनाता है और हाइड्रोजन गैस मुक्त करता है।
$2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H_{2}O(l) \rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}](aq) + 3H_{2}(g)$
$(d)$ $BF_{3}$ एक लुईस अम्ल के रूप में और $NH_{3}$ एक लुईस क्षार के रूप में कार्य करता है। वे अभिक्रिया करके एक योगात्मक उत्पाद (adduct) बनाते हैं,जिससे बोरॉन का अष्टक पूर्ण हो जाता है।
$F_{3}B + :NH_{3} \rightarrow F_{3}B \leftarrow NH_{3}$

(N/A) $(i) \, 2 BF_{3} + 6 LiH \rightarrow B_{2}H_{6} + 6 LiF$
$(ii) \, B_{2}H_{6} + 6 H_{2}O \rightarrow 2 H_{3}BO_{3} + 6 H_{2}$ (बोरिक अम्ल)
$(iii) \, 2 NaH + B_{2}H_{6} \rightarrow 2 Na[BH_{4}]$ (सोडियम बोरोहाइड्राइड)
$(iv) \, H_{3}BO_{3} \xrightarrow{\Delta } HBO_{2} + H_{2}O$ (मेटाबोरिक अम्ल)
$4 HBO_{2} \xrightarrow{\Delta } H_{2}B_{4}O_{7} + H_{2}O$
$H_{2}B_{4}O_{7} \xrightarrow{\Delta } 2 B_{2}O_{3} + H_{2}O$ (टेट्राबोरिक अम्ल और बोरॉन ट्राइऑक्साइड)
$(v) \, 2 Al + 2 NaOH + 6 H_{2}O \rightarrow 2 Na[Al(OH)_{4}] + 3 H_{2}$
$(vi) \, B_{2}H_{6} + 2 NH_{3} \rightarrow 2 BH_{3} \cdot NH_{3}$

(N/A) बोरॉन एक अत्यंत कठोर,उच्च गलनांक,कम घनत्व और बहुत कम विद्युत चालकता वाला ठोस पदार्थ है,जिसके कई अनुप्रयोग हैं।
$1$. बोरॉन फाइबर का उपयोग बुलेट-प्रूफ जैकेट और विमान के लिए हल्के मिश्रित पदार्थ बनाने में किया जाता है।
$2$. बोरॉन-$10$ $({}^{10}B)$ समस्थानिक में न्यूट्रॉन को अवशोषित करने की उच्च क्षमता होती है; इसलिए,धातु बोराइड्स का उपयोग परमाणु उद्योग में सुरक्षात्मक ढाल और नियंत्रण छड़ों के रूप में किया जाता है।
$3$. बोरेक्स और बोरिक एसिड का मुख्य औद्योगिक अनुप्रयोग ऊष्मा-प्रतिरोधी कांच (जैसे,Pyrex),ग्लास-वूल और फाइबर ग्लास के निर्माण में है।
$4$. बोरेक्स का उपयोग धातुओं की सोल्डरिंग के लिए फ्लक्स के रूप में,मिट्टी के बर्तनों पर गर्मी,खरोंच और दाग-प्रतिरोधी ग्लेज्ड कोटिंग के लिए और औषधीय साबुन के घटक के रूप में भी किया जाता है।
$5$. ऑर्थोबोरिक एसिड का जलीय घोल आमतौर पर हल्के एंटीसेप्टिक के रूप में उपयोग किया जाता है।

(N/A) $Aluminium$ एक चमकदार चांदी जैसी सफेद धातु है जिसमें उच्च तन्यता शक्ति होती है। इसमें उच्च विद्युत और तापीय चालकता होती है। वजन के आधार पर,$Aluminium$ की विद्युत चालकता $Copper$ से दोगुनी होती है।
$Aluminium$ का उपयोग उद्योग और दैनिक जीवन में व्यापक रूप से किया जाता है। यह $Cu, Mn, Mg, Si$ और $Zn$ के साथ मिश्र धातु बनाता है। $Aluminium$ और इसकी मिश्र धातुओं को पाइप,ट्यूब,छड़,तार,प्लेट या पन्नी के आकार में ढाला जा सकता है,इसलिए इनका उपयोग पैकेजिंग,बर्तन बनाने,निर्माण,हवाई जहाज और परिवहन उद्योग में किया जाता है।
$Aluminium$ और इसके यौगिकों का घरेलू उद्देश्यों के लिए उपयोग अब उनकी विषाक्त प्रकृति के कारण काफी कम हो गया है।

(N/A) के गुण: $(i)$ $B$ का गलनांक उच्च,घनत्व कम और विद्युत चालकता बहुत कम होती है।
$(ii)$ यह एक अत्यंत कठोर और उच्च तापमान प्रतिरोधी ठोस तत्व है।
$Al$ के गुण: $(i)$ यह चांदी जैसी चमकदार सफेद धातु है।
$(ii)$ इसमें उच्च विद्युत और ऊष्मीय चालकता होती है।
$(iii)$ वजन के आधार पर,$Al$ की चालकता $Cu$ से दोगुनी होती है।

(N/A) एल्युमिनियम अपने उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात के लिए जाना जाता है,जिसका अर्थ है कि यह बहुत हल्का होने के बावजूद मजबूत है।
इसे $Cu, Mn, Mg, Si,$ और $Zn$ जैसी धातुओं के साथ मिश्रित करके इसके यांत्रिक गुणों,जैसे तन्य शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध,को काफी बढ़ाया जा सकता है।
इसके अतिरिक्त,यह अत्यधिक आघातवर्धनीय और तन्य है,जिससे इसे जटिल वायुगतिकीय संरचनाओं में आकार देना आसान होता है।
इन गुणों के कारण,एल्युमिनियम मिश्र धातुएं विमान की बॉडी बनाने के लिए आदर्श हैं।

(A) समूह $13$ के तत्व बोरोन $(B)$,एल्युमीनियम $(Al)$,गैलियम $(Ga)$,इंडियम $(In)$ और थैलियम $(Tl)$ हैं।
इनका सामान्य बाह्यतम कोश इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $ns^{2} np^{1}$ होता है।

(B) समूह $13$ के तत्वों की परमाणु त्रिज्या सामान्यतः समूह में नीचे जाने पर नई कोशों के जुड़ने के कारण बढ़ती है।
हालाँकि,$d$-इलेक्ट्रॉनों के दुर्बल परिरक्षण प्रभाव (poor shielding effect) के कारण $Ga$ की परमाणु त्रिज्या $Al$ से कम होती है,जिससे प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ जाता है।
सही बढ़ता क्रम है: $B < Ga < Al < In < Tl$.

(A) समूह $13$ के तत्वों $Al$,$Ga$ और $In$ के जलयोजित रूप अपनी उपसहसंयोजक बंध बनाने और सेतु संरचना (bridge structure) बनाने की क्षमता के कारण प्रकृति में बहुलक के रूप में पाए जाते हैं।
बोरॉन,जो छोटे परमाणु आकार वाली एक अधातु है,ऐसी बहुलक जलयोजित संरचनाएं नहीं बनाता है।

(A) समूह $13$ के तत्वों के हाइड्रॉक्साइड अपने अम्लीय और क्षारीय गुणों में एक प्रवृत्ति दिखाते हैं।
$B(OH)_3$ दुर्बल अम्लीय है।
$Al(OH)_3$ और $Ga(OH)_3$ उभयधर्मी प्रकृति के होते हैं,जिसका अर्थ है कि वे अम्ल और क्षार दोनों के साथ अभिक्रिया करते हैं।
$In(OH)_3$ और $Tl(OH)_3$ क्षारीय प्रकृति के होते हैं।

(N/A) डाइबोरीन $(B_2H_4)$ की संरचना एथीन $(C_2H_4)$ के समान होती है।
इसमें दो बोरॉन परमाणु एक-दूसरे से $134 \text{ pm}$ की $B-B$ बंध लंबाई के साथ जुड़े होते हैं।
प्रत्येक बोरॉन परमाणु दो टर्मिनल हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ $119 \text{ pm}$ की $B-H$ बंध लंबाई के साथ जुड़ा होता है।
$H-B-H$ बंध कोण लगभग $120^{\circ}$ है और $B-B-H$ बंध कोण लगभग $97^{\circ}$ है।
यह संरचना एथीन की तरह समतलीय होती है, जहाँ बोरॉन परमाणु $sp^2$ संकरण में होते हैं।

(B) एल्युमीनियम तनु $HCl$ के साथ अभिक्रिया करके जलयोजित एल्युमीनियम क्लोराइड संकुल बनाता है और हाइड्रोजन गैस मुक्त करता है।
संतुलित रासायनिक समीकरण है:
$2 Al + 6 HCl + 12 H_2O \rightarrow 2[Al(H_2O)_6]Cl_3 + 3 H_2$

(N/A) $Na_{2}B_{4}O_{7} \cdot 10H_{2}O \xrightarrow{\Delta} Na_{2}B_{4}O_{7} + 10H_{2}O$
$Na_{2}B_{4}O_{7} \xrightarrow{\Delta} 2NaBO_{2} + B_{2}O_{3}$
$NaBO_{2}$ (सोडियम मेटाबोरेट) और $B_{2}O_{3}$ (बोरिक एनहाइड्राइड) का मिश्रण एक पारदर्शी,कांच जैसा मनका बनाता है जिसे बोरेक्स बीड कहा जाता है।

(N/A) संरचना: $Al_2Cl_6$ एक डाइमर के रूप में मौजूद होता है जहाँ दो $AlCl_3$ इकाइयाँ दो क्लोरीन सेतुओं द्वारा जुड़ी होती हैं। प्रत्येक $Al$ परमाणु $sp^3$ संकरित होता है और चतुष्फलकीय ज्यामिति में चार क्लोरीन परमाणुओं से बंधा होता है।
$AlCl_3$ के उपयोग:
$1$. यह एक प्रबल लुईस अम्ल के रूप में कार्य करता है।
$2$. यह फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन और एसाइलेशन अभिक्रियाओं में उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है।
$3$. इसका उपयोग रंजक,दवाओं और इत्र के निर्माण में किया जाता है।

(N/A) बोरॉन प्रकृति में दो स्थिर समस्थानिकों के रूप में मौजूद है:
$(i)$ ${}^{10}B$ $(19 \%)$
(ii) ${}^{11}B$ $(81 \%)$

(C) समूह $13$ के तत्वों का संयोजी कोश इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $ns^2 np^1$ होता है।
अक्रिय युग्म प्रभाव (inert pair effect) के कारण,समूह में नीचे जाने पर $+1$ ऑक्सीकरण अवस्था का स्थायित्व बढ़ता है $(Al < Ga < In < Tl)$।
जबकि $B$ और $Al$ मुख्य रूप से $+3$ ऑक्सीकरण अवस्था दिखाते हैं,$Ga, In,$ और $Tl$ अपने $ns^2$ इलेक्ट्रॉनों के आबंध में भाग लेने की अनिच्छा के कारण $+1$ और $+3$ दोनों ऑक्सीकरण अवस्थाएं प्रदर्शित करते हैं।

(A) एल्युमिनियम जलीय क्षार (जैसे $NaOH$) के साथ अभिक्रिया करके सोडियम टेट्राहाइड्रॉक्सोएल्युमिनेट$(III)$ बनाता है और हाइड्रोजन गैस मुक्त करता है।
संतुलित रासायनिक समीकरण इस प्रकार है:
$2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H_{2}O(l) \rightarrow 2 Na[Al(OH)_{4}](aq) + 3 H_{2}(g)$

(B) समूह $13$ में,$B$ (बोरॉन) के अलावा अन्य तत्व विभिन्न समन्वय संख्या (coordination numbers) के साथ संकुल बना सकते हैं।
$Al, Ga$ और $In$ जलीय माध्यम में $\left[M(OH)_{4}\right]^{-}$ जैसे चतुष्फलकीय और $\left[M(H_{2}O)_{6}\right]^{3+}$ जैसे अष्टफलकीय संकुल बना सकते हैं।
$Tl$ (थैलियम) आमतौर पर $+1$ ऑक्सीकरण अवस्था में स्थिरता दर्शाता है और $Al, Ga$ तथा $In$ की तरह आसानी से ऐसे अष्टफलकीय संकुल नहीं बनाता है।

(B) डाइबोरेन $(B_{2}H_{6})$ का सबसे सामान्य प्रयोगशाला निर्माण डाइग्लाइम जैसे विलायक में सोडियम बोरोहाइड्राइड $(NaBH_{4})$ का आयोडीन $(I_{2})$ के साथ ऑक्सीकरण करके किया जाता है।
संतुलित रासायनिक समीकरण इस प्रकार है:
$2NaBH_{4} + I_{2} \rightarrow B_{2}H_{6} + 2NaI + H_{2}$

(N/A) डाइबोरेन $(B_{2}H_{6})$ का औद्योगिक निर्माण बोरोन ट्राइफ्लोराइड $(BF_{3})$ की सोडियम हाइड्राइड $(NaH)$ के साथ $450 \ K$ पर अभिक्रिया द्वारा किया जाता है:
$2 BF_{3} + 6 NaH \xrightarrow{450 \ K} B_{2}H_{6} + 6 NaF$

(N/A) अकार्बनिक बेंजीन (बोराज़ीन) की तैयारी में उच्च तापमान पर डाइबोरेन और अमोनिया के बीच की अभिक्रिया शामिल है:
$3 B_2H_6 + 6 NH_3 \rightarrow 2 B_3N_3H_6 + 12 H_2$
वैकल्पिक रूप से,इसे दो-चरणीय प्रक्रिया के रूप में दर्शाया जा सकता है:
$3 B_2H_6 + 6 NH_3$ $\rightarrow 3 [BH_2(NH_3)_2]^+ [BH_4]^-$ $\xrightarrow{\Delta} 2 B_3N_3H_6 + 12 H_2$

(N/A) बोरेक्स $(Na_2B_4O_7 \cdot 10H_2O)$ का उपयोग धातुओं की सोल्डरिंग के लिए फ्लक्स के रूप में किया जाता है।
इसका उपयोग मिट्टी के बर्तनों और पॉटरी पर गर्मी,खरोंच और दाग-प्रतिरोधी ग्लेज्ड कोटिंग बनाने के लिए भी किया जाता है।

(A) $H_3BO_3$ (ऑर्थोबोरिक अम्ल) का तनु जलीय विलयन हल्के एंटीसेप्टिक और एंटीबायोटिक के रूप में उपयोग किया जाता है।

(A) $Al$ (एल्युमीनियम) $Cu$ (कॉपर),$Mn$ (मैंगनीज),$Mg$ (मैग्नीशियम) और $Zn$ (जिंक) जैसी धातुओं के साथ विभिन्न महत्वपूर्ण मिश्रधातुएं बनाता है।
$Si$ (सिलिकॉन) का उपयोग भी आमतौर पर कास्टिंग गुणों को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है,हालांकि यह एक उपधातु है।

(N/A) एल्युमीनियम:
$1$. एल्युमीनियम की पन्नी (foils) का उपयोग खाद्य पदार्थों को लपेटने के लिए किया जाता है।
$2$. धातु की महीन धूल का उपयोग पेंट और लैकर में किया जाता है।
$3$. एल्युमीनियम अत्यधिक अभिक्रियाशील होने के कारण,क्रोमियम और मैंगनीज को उनके ऑक्साइड से निकालने (निष्कर्षण) में उपयोग किया जाता है।
$4$. एल्युमीनियम के तारों का उपयोग विद्युत चालक के रूप में किया जाता है।
$5$. एल्युमीनियम युक्त मिश्र धातुएं हल्की और बहुत उपयोगी होती हैं।
कॉपर:
$1$. कॉपर का उपयोग विद्युत उद्योग में तारों को बनाने और पानी तथा भाप के पाइपों के लिए किया जाता है।
$2$. इसका उपयोग कई ऐसी मिश्र धातुओं में भी किया जाता है जो धातु की तुलना में अधिक कठोर होती हैं,जैसे पीतल (जिंक के साथ),कांसा (टिन के साथ) और सिक्का मिश्र धातु (निकल के साथ)।

(A) अमोनिया $(NH_3)$ का हिमांक $198.4 \ K$ है।
अमोनिया $(NH_3)$ का क्वथनांक $239.7 \ K$ है।
अतः,सही मान $198.4 \ K$ और $239.7 \ K$ हैं।

(A-Q, B-S, C-R,P, D-Q,R) $A-Q$: $Bi^{+3}$ जल-अपघटन द्वारा बिस्मथिल आयन $(BiO)^{+}$ बनाता है।
$B-S$: $[AlO_2]^{-}$ (एल्युमिनेट आयन) का जल के साथ तनुकरण करने पर $Al(OH)_3$ अवक्षेपित होता है।
$C-R, P$: $SiO_4^{-4}$ इकाइयाँ अम्लीकरण या गर्म करने पर संघनित होकर $Si_2O_7^{-6}$ बनाती हैं।
$D-Q, R$: बोरेट आयन $(B_4O_7)^{-2}$ जल-अपघटन और अम्लीकरण द्वारा बोरिक अम्ल $[B(OH)_3]$ बनाते हैं।

(N/A) $BCl_3$ में,बोरॉन तीन क्लोरीन परमाणुओं से सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़ा होता है,लेकिन बोरॉन का अष्टक अधूरा होता है। इसे अपना अष्टक पूरा करने के लिए दो इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है।
ऐसे इलेक्ट्रॉन-न्यून अणु स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को स्वीकार करने की प्रवृत्ति रखते हैं और इस प्रकार लुईस अम्ल के रूप में कार्य करते हैं।
$BCl_3$ अमोनिया $(NH_3)$ से इलेक्ट्रॉनों के एक एकाकी युग्म को आसानी से स्वीकार करके $BCl_3.NH_3$ एडक्ट बनाता है:
$H_3N: + BCl_3$ $\rightarrow H_3N$ $\rightarrow BCl_3$
$AlCl_3$ द्वितय (डाइमर),$Al_2Cl_6$ बनाकर स्थिरता प्राप्त करता है। द्वितय में,प्रत्येक एल्यूमीनियम परमाणु चार क्लोरीन परमाणुओं से बंधा होता है,जिनमें से दो सेतु (bridging) क्लोरीन परमाणु होते हैं। इसकी संरचना नीचे दी गई है:
($Al_2Cl_6$ द्वितय संरचना के लिए दी गई छवि देखें।)

(N/A) बोरिक एसिड $(H_3BO_3)$ जल में एक दुर्बल एकक्षारकीय लुईस एसिड के रूप में कार्य करता है।
यह सीधे $H^+$ आयन मुक्त नहीं करता है। इसके बजाय,यह जल के अणु द्वारा प्रदान किए गए $OH^-$ आयन से इलेक्ट्रॉनों के एक एकाकी युग्म को स्वीकार करके अपना अष्टक पूर्ण करता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$B(OH)_3 + 2H_2O \rightarrow [B(OH)_4]^- + H_3O^+$

(N/A) बोरिक एसिड $(H_{3}BO_{3})$ की संरचना परतदार होती है जिसमें समतलीय $H_{3}BO_{3}$ इकाइयां हाइड्रोजन बंधों द्वारा जुड़ी होती हैं,जो संरचना में दिखाए अनुसार षट्कोणीय वलय बनाती हैं।
बोरिक एसिड एक दुर्बल मोनोबेसिक एसिड है। यह एक प्रोटोनिक एसिड नहीं है,बल्कि हाइड्रॉक्सिल आयन से इलेक्ट्रॉन स्वीकार करके लुईस एसिड के रूप में कार्य करता है।
पानी में,बोरिक एसिड $[B(OH)_{4}]^{-}$ स्पीशीज के रूप में मौजूद होता है।
इस स्पीशीज में बोरॉन का संकरण $sp^{3}$ है।
अभिक्रिया है: $B(OH)_{3} + 2H_{2}O \rightarrow [B(OH)_{4}]^{-} + H_{3}O^{+}$

(N/A) $BCl_3$ और $AlCl_3$ इलेक्ट्रॉन-न्यून यौगिक हैं क्योंकि केंद्रीय धातु परमाणु का अष्टक अपूर्ण होता है। इसलिए,वे इलेक्ट्रॉनों के एक एकाकी युग्म को स्वीकार करके लुईस अम्ल के रूप में कार्य करते हैं।

(N/A) एल्युमिनियम प्रकृति में उभयधर्मी है; यह अम्ल और क्षार के साथ अभिक्रिया करके लवण और $H_{2}$ गैस देता है। टेस्ट ट्यूब के मुख के पास जलती हुई माचिस की तीली लाने पर उत्पन्न 'पॉप' ध्वनि $H_{2}$ गैस के निकलने की पुष्टि करती है।
$2 Al(s) + 6 HCl(aq) \rightarrow 2 AlCl_{3}(aq) + 3 H_{2}(g)$
$2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H_{2}O(l) \rightarrow 2 Na[Al(OH)_{4}](aq) + 3 H_{2}(g)$
जब $Al$ सांद्र $HNO_{3}$ के साथ अभिक्रिया करता है,तो धातु की सतह पर एल्युमिनियम ऑक्साइड $(Al_{2}O_{3})$ की एक पतली,छिद्रहीन और अक्रिय परत बन जाती है। यह परत एक सुरक्षात्मक अवरोध के रूप में कार्य करती है,जो धातु और अम्ल के बीच आगे की अभिक्रिया को रोकती है,जिसे पैसिवेशन (passivation) के रूप में जाना जाता है।

(N/A) $(1)$ $Ga$ की प्रथम आयनन एन्थैल्पी $(579 \ kJ \ mol^{-1})$ $Al$ $(577 \ kJ \ mol^{-1})$ से अधिक होती है क्योंकि $Ga$ में उपस्थित $d$-इलेक्ट्रॉनों का परिरक्षण प्रभाव (shielding effect) दुर्बल होता है। इससे प्रभावी नाभिकीय आवेश बढ़ जाता है,जो संयोजी इलेक्ट्रॉनों को अधिक मजबूती से जकड़े रखता है।
$(2)$ बोरॉन का परमाणु आकार बहुत छोटा होता है और इसकी प्रथम तीन आयनन एन्थैल्पियों का योग $(\Delta_{i}H_{1} + \Delta_{i}H_{2} + \Delta_{i}H_{3})$ बहुत अधिक होता है। तीन इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा इतनी अधिक होती है कि इसकी भरपाई जालक ऊर्जा या जलयोजन ऊर्जा द्वारा नहीं हो पाती है,इसलिए बोरॉन $B^{3+}$ आयन नहीं बनाता है और इसके बजाय सहसंयोजक यौगिक बनाता है।

(N/A) $Al$ के पास रिक्त '$d$' कक्षक होते हैं और यह अपनी समन्वय संख्या का विस्तार करके $[AlF_6]^{3-}$ बना सकता है।
दूसरी ओर,बोरॉन के पास '$d$' कक्षक नहीं होते हैं और यह अपनी सहसंयोजकता को $4$ से अधिक नहीं बढ़ा सकता है,इसलिए यह $[BF_6]^{3-}$ के बजाय $[BF_4]^{-}$ बनाता है।
अक्रिय युग्म प्रभाव (inert pair effect) के कारण,लेड $(Pb)$ के लिए $+2$ ऑक्सीकरण अवस्था $+4$ ऑक्सीकरण अवस्था की तुलना में अधिक स्थिर होती है।

(N/A) $(1)$ $BF_3$ का आंशिक जल-अपघटन होता है। उत्पन्न $HF$,$H_3BO_3$ के साथ अभिक्रिया करके फ्लोरोबोरिक अम्ल बनाता है,जो पूर्ण जल-अपघटन को रोकता है:
$4BF_3 + 3H_2O \rightarrow H_3BO_3 + 3H^+ + 3[BF_4]^-$
$(2)$ ग्रेफाइट में,कार्बन परमाणु $sp^2$ संकरित होते हैं और अपने छोटे आकार और उच्च विद्युत ऋणात्मकता के कारण $p\pi-p\pi$ द्वि-आबंध बनाते हैं। सिलिकॉन,अपने बड़े परमाणु आकार और कम विद्युत ऋणात्मकता के कारण,स्थिर $p\pi-p\pi$ बहु-आबंध नहीं बना सकता है,और इसलिए यह ग्रेफाइट जैसी संरचना नहीं बना सकता है।

(A) बोरेक्स $(Na_2B_4O_7)$ की $HCl$ और जल के साथ अभिक्रिया इस प्रकार है:
$Na_2B_4O_7 + 2HCl + 5H_2O \to 2NaCl + 4H_3BO_3$
अतः,$A = Na_2B_4O_7$ और $X = H_3BO_3$ है।
ऑर्थोबोरिक अम्ल $(H_3BO_3)$ को $370 \ K$ पर गर्म करने पर,यह मेटाबोरिक अम्ल $(HBO_2)$ बनाता है:
$H_3BO_3 \xrightarrow[370 \ K]{\Delta} HBO_2 + H_2O$
$370 \ K$ से अधिक तापमान पर गर्म करने पर,मेटाबोरिक अम्ल $(HBO_2)$ निर्जलीकरण द्वारा बोरॉन ट्राइऑक्साइड $(B_2O_3)$ बनाता है:
$2HBO_2 \xrightarrow[> 370 \ K]{\Delta} B_2O_3 + H_2O$
इसलिए,$Z = B_2O_3$ है।

दी गई अभिक्रियाएँ डाइबोरेन $(B_{2}H_{6})$ के संश्लेषण और रासायनिक गुणों को दर्शाती हैं।
$(i)$ बोरॉन ट्राइफ्लोराइड की लिथियम एल्युमिनियम हाइड्राइड के साथ अभिक्रिया से डाइबोरेन प्राप्त होता है: $4BF_{3} + 3LiAlH_{4} \to 2B_{2}H_{6} (X) + 3LiF + 3AlF_{3}$।
$(ii)$ डाइबोरेन जल के साथ अभिक्रिया करके ऑर्थोबोरिक अम्ल बनाता है: $B_{2}H_{6} + 6H_{2}O \to 2H_{3}BO_{3} (Y) + 6H_{2}$।
$(iii)$ डाइबोरेन ऑक्सीजन में दहन होकर बोरॉन ट्राइऑक्साइड और जल बनाता है: $B_{2}H_{6} + 3O_{2} \xrightarrow{\Delta} B_{2}O_{3} + 3H_{2}O$।
अतः,$X = B_{2}H_{6}$ और $Y = H_{3}BO_{3}$ है।

(A-3, B-4, C-1, D-5, E-2) $A-3, B-4, C-1, D-5, E-2$
$(A)$ $B_2H_6$ में,प्रत्येक $B$ परमाणु बंधन के लिए $sp^3$ संकरित कक्षक का उपयोग करता है। प्रत्येक $B$ परमाणु पर चार $sp^3$ संकरित कक्षकों में से,एक बिना इलेक्ट्रॉन के होती है जिसे टूटी हुई रेखाओं द्वारा दिखाया गया है। टर्मिनल $B-H$ बंध सामान्य $2$-केंद्र-$2$-इलेक्ट्रॉन बंध हैं लेकिन दो सेतु बंध $3$-केंद्र-$2$-इलेक्ट्रॉन बंध हैं। $3$-केंद्र-$2$-इलेक्ट्रॉन सेतु बंधों को बनाना बॉन्ड्स भी कहा जाता है।
$(B)$ गैलियम का गलनांक असामान्य रूप से कम $(303 \ K)$ होता है,यह गर्मियों के दौरान तरल अवस्था में रह सकता है। इसका उच्च क्वथनांक $(2676 \ K)$ इसे उच्च तापमान मापने के लिए एक उपयोगी सामग्री बनाता है।
$(C)$ बोरेक्स का उपयोग धातुओं की सोल्डरिंग के लिए फ्लक्स के रूप में,और मिट्टी के बर्तनों पर गर्मी,खरोंच और दाग प्रतिरोधी ग्लेज्ड कोटिंग के लिए किया जाता है।
$(D)$ जिओलाइट्स एल्युमिनोसिलिकेट्स हैं और पेट्रोकेमिकल उद्योगों में हाइड्रोकार्बन के क्रैकिंग और आइसोमेराइजेशन के लिए उत्प्रेरक के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं,उदाहरण के लिए,$ZSM-5$ (एक प्रकार का जिओलाइट) का उपयोग अल्कोहल को सीधे गैसोलीन में बदलने के लिए किया जाता है।
$(E)$ क्वार्ट्ज,क्रिस्टोबेलाइट और ट्राइडिमाइट सिलिका के कुछ क्रिस्टलीय रूप हैं।

(N/A) समूह $13$ के लिए:
$(A)$ परमाणु आकार: नई कोश जुड़ने के कारण समूह में नीचे जाने पर परमाणु त्रिज्या सामान्यतः बढ़ती है। हालाँकि,$d$-इलेक्ट्रॉनों के खराब परिरक्षण प्रभाव के कारण $Ga$ की परमाणु त्रिज्या $Al$ से कम होती है।
$(B)$ आयनन एन्थैल्पी: $d$ और $f$ कक्षकों के परिरक्षण प्रभाव और नाभिकीय आवेश में वृद्धि के कारण यह प्रवृत्ति अनियमित $(B > Al < Ga > In < Tl)$ होती है।
$(C)$ धात्विक गुण: आयनन ऊर्जा घटने के कारण समूह में नीचे जाने पर धात्विक गुण बढ़ता है।
$(D)$ ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: समूह $13$ में $+3$ और $+1$ (अक्रिय युग्म प्रभाव के कारण) दिखाई देती है। समूह $14$ में $+4$ और $+2$ दिखाई देती है।
$(E)$ हैलाइडों की प्रकृति: समूह $13$ $MX_3$ प्रकार के हैलाइड बनाता है। समूह $14$ $MX_2$ और $MX_4$ प्रकार के हैलाइड बनाता है।

(N/A) बोरेक्स के जलीय विलयन को $HCl$ के साथ अम्लीकृत करने पर बोरिक अम्ल $(H_{3}BO_{3})$ प्राप्त होता है,जो एक सफेद क्रिस्टलीय ठोस के रूप में दिखाई देता है और छूने में साबुन जैसा होता है।
रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है:
$Na_{2}B_{4}O_{7} + 2HCl + 5H_{2}O \rightarrow 2NaCl + 4H_{3}BO_{3}$
यह ठोस प्रकृति में अम्लीय है। बोरिक अम्ल एक दुर्बल मोनोबेसिक लुईस अम्ल है। यह एक प्रोटोनिक अम्ल के रूप में कार्य नहीं करता है (यह सीधे $H^{+}$ आयन मुक्त नहीं करता है); इसके बजाय,यह जल से हाइड्रॉक्सिल आयन $(OH^{-})$ से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को स्वीकार करके लुईस अम्ल के रूप में कार्य करता है:
$B(OH)_{3} + 2H_{2}O \rightarrow [B(OH)_{4}]^{-} + H_{3}O^{+}$

(A-D) $TlCl$,$TlCl_3$ की तुलना में अधिक स्थिर है क्योंकि समूह में नीचे जाने पर,अक्रिय युग्म प्रभाव (inert pair effect) के कारण निचली ऑक्सीकरण अवस्था $(+1)$ अधिक स्थिर हो जाती है। $TlCl$ आयनिक है,जबकि $TlCl_3$ सहसंयोजक है।
$(B)$ $AlCl_3$,$AlCl$ की तुलना में अधिक स्थिर है क्योंकि $Al$ अक्रिय युग्म प्रभाव नहीं दिखाता है। $AlCl_3$ एक सहसंयोजक यौगिक है जो लुईस अम्ल के रूप में कार्य करता है।
$(C)$ $InCl$,$InCl_3$ की तुलना में अधिक स्थिर है क्योंकि अक्रिय युग्म प्रभाव के कारण भारी तत्वों के लिए $+1$ ऑक्सीकरण अवस्था अधिक स्थिर होती है। $In$ $+3$ और $+1$ दोनों ऑक्सीकरण अवस्थाएं प्रदर्शित करता है। अभिक्रिया है: $3 InCl_{(aq)} \rightarrow 2 In_{(s)} + In_{(aq)}^{3+} + 3 Cl_{(aq)}^{-}$

$BCl_3$ डाइमराइज नहीं होता है क्योंकि बोरॉन परमाणु का आकार छोटा होता है। बोरॉन अपने चारों ओर चार बड़े आकार के क्लोराइड आयनों को समायोजित नहीं कर सकता है।
$AlCl_3$ एक डाइमर के रूप में मौजूद होता है जिसमें $Al$ अपने अष्टक को पूरा करने के लिए दूसरे $AlCl_3$ इकाई के $Cl$ परमाणु के साथ समन्वय करने के लिए अपने रिक्त $3p$-ऑर्बिटल का उपयोग करता है।
$AlCl_3$ एक डाइमर,$Al_2Cl_6$ बनाकर स्थिरता प्राप्त करता है,जहाँ दो $Al$ परमाणु दो $Cl$ परमाणुओं द्वारा जुड़े होते हैं। इसकी संरचना में दो $AlCl_4$ टेट्राहेड्रा एक सामान्य किनारे को साझा करते हैं।