Energie di ionizzazione
Ogni elemento del gruppo del boro ha tre elettroni nel suo guscio più esterno (i cosiddetti elettroni di valenza) e per ogni elemento cè un brusco salto nella quantità di energia richiesta per rimuovere il quarto elettrone, riflettendo il fatto che questo elettrone deve essere rimosso da un guscio interno. Di conseguenza, gli elementi del gruppo hanno un numero massimo di ossidazioni pari a tre, corrispondenti alla perdita dei primi tre elettroni, e formano ioni con tre cariche positive.
Il modo apparentemente irregolare in cui le energie di ionizzazione variano tra gli elementi del gruppo è dovuto alla presenza degli orbitali interni d pieni in gallio, indio e tallio, e la f orbitale nel tallio, che non protegge gli elettroni più esterni dallattrazione della carica nucleare con la stessa efficienza degli elettroni se p interni. Nei gruppi 1 e 2 (Ia e IIa), a differenza del gruppo boro, gli elettroni del guscio esterno (sempre indicato come n) sono schermati in ogni caso da un insieme interno costante di elettroni, nel (n-1) s2 ( n-1) p6 orbitali e le energie di ionizzazione di questi elementi del Gruppo-1 e del Gruppo-2 diminuiscono dolcemente lungo il gruppo. Le energie di ionizzazione di gallio, indio e tallio sono quindi più alte di quanto ci si aspetterebbe dalle loro controparti del gruppo 2 perché i loro elettroni esterni, essendo scarsamente schermati dagli elettroni interni de f, sono più fortemente legati al nucleo. Questo effetto di schermatura rende anche gli atomi di gallio, indio e tallio più piccoli degli atomi dei loro vicini del Gruppo 1 e 2, facendo sì che gli elettroni esterni vengano avvicinati più vicino al nucleo.
Lo stato M3 + per il gallio , indio e tallio sono energeticamente meno favorevoli di Al3 + perché le alte energie di ionizzazione di questi tre elementi non possono essere sempre bilanciate dalle energie cristalline dei possibili prodotti di reazione. Ad esempio, dei semplici composti anidri del tallio nel suo stato di ossidazione +3, solo il trifluoruro, TlF3, è ionico. Per il gruppo nel suo insieme, quindi, lo stato ionico M3 + è leccezione piuttosto che la regola. Più comunemente gli elementi del gruppo formano legami covalenti e raggiungono uno stato di ossidazione di tre promuovendo un elettrone dallorbitale s nel guscio esterno (designato ns orbitale) a un orbitale np, lo spostamento che consente la formazione di ibridi, o combinazioni, orbitali (della varietà designata come sp2). Sempre più a valle del gruppo cè una tendenza alla formazione di ioni M +, e al tallio lo stato di ossidazione +1 è quello più stabile. La basicità (proprietà dei metalli) degli elementi aumenta anche nella discesa del gruppo, come dimostrano gli ossidi che formano: lossido borico (formula B2O3) è acido; i successivi tre ossidi, di alluminio, gallio e indio (formule Al2O3, Ga2O3 e In2O3) sono acidi o basici a seconda dellambiente (una proprietà chiamata anfoterismo); e lossido talico (Tl2O3) è completamente basico.