Химия элементов Лекция Общая характеристика элементов IIIA-группы Бор

Химия элементов. Лекция Общая характеристика элементов IIIA-группы. Бор. Алюминий

• В главную подгруппу III группы входят:

III группа Периодической системы К р-элементам III группы относятся бор, алюминий, галлий, индий и таллий: р- Элементы: В 1 s 22 p 1 Al 2 s 22 p 63 s 23 p 1 Ga 3 s 23 p 63 d 104 s 24 p 1 In 4 s 24 p 64 d 105 s 25 p 1 Tl 4 s 24 p 64 d 104 f 145 s 25 p 65 d 106 s 26 p 1 3

Общая характеристика Элементы IIIА-группы • Общая электронная формула: […] ns 2 (n – 1)d 10 np 1 nd 0 ns 2 np 1 Степени окисления: 0, +1, +3 Для бора и алюминия характерны соединения только со степенью окисления +3. (Tl+3 – сильный ок-ль)

Элементы IIIA-группы Элемент B Al Ga In Tl 13 31 49 81 z 5 Ar 10, 811 26, 98 69, 72 114, 82 204, 38 2, 01 1, 82 1, 49 Неметалл 1, 47 1, 44 Амфотерные элементы В отличие от алюминия бор обладает явно неметаллическими свойствами. Эти свойства в ряду Gа, In, Тl ослабевают, а металлические свойства усиливаются.

Физические свойства простых веществ B Al Ga In Tl т. пл. , С 2075 660, 4 29, 8 156, 6 303, 6 т. кип. , С 3700 2500 2403 2024 1457 , г/см 3 2, 34 2, 70 5, 90 (т) 7, 30 11, 84 Индий Бор Алюминий Галлий Таллий

Галлий. • Га ллий мягкий пластичный металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Лёгкий металл.

Индий. И ндий ковкий, легкоплавкий, очень мягкий металл серебристо-белого цвета.

Таллий. Та ллий мягкий металл белого цвета с голубоватым оттенком. Относится к группе тяжёлых металлов. Сверхпроводник. На воздухе быстро тускнеет, покрываясь чёрной плёнкой оксида таллия Tl 2 O. Высокотоксичен.

Кислородные соединения Оксиды кислотный Э 2 О 3 амфотерные B Al Ga In Tl кислотность увеличивается Оксид алюминия

Гидроксиды Э(OH)3 B Al Ga In Tl B(OH)3 кислота амфотерные гидроксиды Гидроксид алюминия

Бор P=5 −= 5 e 11 +5 2 3 N=6 22 s 22 p 1 Электронная формула: 1 s

Бор Кристаллы бора черного цвета, тугоплавкие, диамагнитны. В свободном состоянии бор — серое кристаллическое, либо тёмное аморфное вещество. По твердости он уступает только алмазу и нитриду бора.

B 12 Бор • Кристаллический бор построен из двадцатигранника, химически инертен.

Особенности химии бора B 12 крист. Получение: t° B 2 O 3 + 6 К = 2 B(т) + 3 К 2 O t° B 2 H 6 = 2 B(т) + 3 H 2(г) t° 2 BI 3 = 2 B(т) + 3 I 2(г) https: //www. youtube. com/watch? v=tv. AWQkdka. FY

• В обычных условиях кристаллический бор весьма инертен и непосредственно взаимодействует только со фтором. • 2 B + 3 F 2 = 2 BF 3 • при нагревании (400— 700 °С) окисляется кислородом, серой, хлором (и др. галогенами). 4 B (т) + 3 O 2 (г) = 2 B 2 O 3 (т), 2 B + 3 Cl 2 = 2 BCl 3 • С водородом бор не взаимодействует. 16

Взаимодействие со сложными веществами B + 3 HNO 3 = B(OH)3 + 3 NO 2 4 B + 4 Na. OH(т) + 3 O 2 = 4 Na. BO 2 + 2 H 2 O (сплавление)

Водородные соединения - бораны BH 3 не существует B 2 H 6 – диборан ВH 3 (г) + ВН 3 (г) = В 2 Н 6 (г),

• Бороводороды • - химически весьма активны. • Так, большинство боранов на воздухе самовоспламеняются и сгорают с выделением очень большого количества тепла. Это позволяет использовать их в качестве ракетного топлива. В 2 Н 6 + 3 О 2 = В 2 О 3 + 3 Н 2 О + Q • Гидриды бора разлагаются водой, спиртами и щелочами с выделением водорода. Наиболее активно гидролизуется диборан: В 2 Н 6 + 6 Н 2 О = 2 Н 3 ВО 3 + 6 Н 2 • Большинство боранов имеет отвратительный запах и очень ядовиты! 19

Оксид бора (III) В 2 O 3 • Оксид бора (III) В 2 O 3 легко переходит в стеклообразное состояние и очень трудно кристаллизируется. • Как кислотный оксид В 2 O 3 энергично взаимодействует с водой с образованием борной кислоты Н 3 ВO 3. В 2 O 3 + 3 Н 2 О = 2 Н 3 ВO 3 20

Ортоборная кислота • Ортоборат водорода (в растворе ортоборная кислота). • В твердом состоянии Н 3 ВО 3 — чешуйки, жирные на ощупь. • Ортоборная кислота — очень слабая, одноосновная. В отличие от обычных кислот ее кислотные свойства обязаны не отщеплению протона, а присоединению ОН--ионов: B(OH)3 + HOH = [B(OH)4]- + H+ 22

Строение B(OH)3 и (HBO 2)n HO OH : O B HO OH B : O B(OH)3 HO Полиметаборная кислота t° t° B(OH)3 (HBO 2)n B 2 O 3 –H 2 O B : O

• При нейтрализации Н 3 ВO 3 избытком щелочи образуются полибораты, выделяющиеся из растворов в виде кристаллогидратов, например: 4 Н 3 ВО 3 + 2 Nа. ОН + 3 Н 2 O = Nа 2 В 4 О 7 10 Н 2 O 24

Тетраборат натрия Na 2 B 4 O 7· 10 H 2 O (бура) • Большинство оксоборатов в воде не растворяется. Кроме боратов s-элементов I группы. • Na 2 B 4 O 7 + 2 H 2 O = 2 Na+ + [B 4 O 72– · 2 H 2 O] OH O HO B B O O B OH [B 4 O 5(OH)4] 2 OH O • гидратация

Тетраборат натрия Na 2 B 4 O 7· 10 H 2 O (бура) • При прокаливании буры с солями некоторых металлов образуются двойные высокомолекулярные полиметабораты — стекла, часто окрашенные в характерные цвета, например: Nа. ВО 2 Сr(ВО 2)3 — зеленый, 2 Nа. ВО 2 Со(ВО 2)2 — синий: 26

Борная кислота против муравьев • эффективна за счет того, что влияет на работу его нервной системы. После всасывания в кишечнике она вызывает серьезные нарушения в работе нервной системы, которые через несколько часов переходят в паралич и смерть насекомого.

Ортоборная кислота Н 3 ВО 3 антисептическое средство удобрение

27 +13 0 P = 13 − = 13 e N = 14 2 8 3 Электронная формула: 1 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 1

Нахождение в природе По распространённости в земной коре Земли занимает 1 -е место среди металлов и 3 -е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию, но не встречается в чистом виде. Боксит - Является основной рудой, из которой извлекают алюминий. Основу камня составляет гидроксид алюминия и глинозем Al 2 O 3(28 -80%).

AL 2 O 3 Корунд рубин сапфир

Синий цвет сапфира обусловлен примесями титана и железа в кристаллической решётке Al 2 O 3.

Физические свойства • серебристо-белый с характерным металлическим блеском • Мягкий, пластичный (легко вытягивается в проволоку и раскатывается в листы) • легкий (с малой плотностью – 2, 7 г/см 3) • с высокой тепло- и электропроводностью • легкоплавкий (температура плавления 660°C)

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Al – активный металл, восстановитель. На воздухе всегда покрыт защитной оксидной плёнкой Al 2 O 3. Поэтому при обычных условиях не вступает во взаимодействие с другими веществами.

Химические свойства Взаимодействие с простыми веществами: v с кислородом, образуя оксид алюминия: 4 Al + 3 O 2 = 2 Al 2 O 3 v с серой, образуя сульфид алюминия: 2 Al + 3 S = Al 2 S 3 v с азотом, образуя нитрид алюминия: 2 Al + N 2 = 2 Al. N v с углеродом, образуя карбид алюминия: 4 Al + 3 С = Al 4 С 3 v с хлором, образуя хлорид алюминия: 2 Al + 3 Cl 2 = 2 Al. Cl 3

Взаимодействие со сложными веществами • Взаимодействие с водой (очищенный от оксидной пленки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи): ) 2 Al +6 H 2 O=2 Al(OH)3 +3 H 2 • Взаимодействует с растворами кислот 2 Al +6 HCl= 2 Al. Cl 3 + 3 H 2 • Взаимодействует с растворами щелочей 2 Al+ 2 Na. OH + 6 H 2 O=2 Na[Al(OH)4]+3 H 2 тетрагидроксоалюминат натрия https: //www. youtube. com/watch? v=YQF 0 R 6 UNE 1 A https: //www. youtube. com/watch? v=h-1 dke. MGi. KE

https: //www. youtube. com/watch? v=9 wn. YXTP 1 OC 8 УДАЛЕНИЕ ОКСИДНОЙ ПЛЕНКИ АЛЮМИНИЯ

Алюминий при обычных условиях не взаимодействует с концентрированными H 2 SO 4 и HNO 3

Домашнее задание • Подберите коэффициенты методом электронного баланса: Ø Al + разб. H 2 SO 4= Al 2(SO 4)3 + SO 2 + H 2 O Ø Al + разб. HNO 3 = Al(NO 3)3 + NO 2 + H 2 O

• Гидроксид алюминия Аl(ОН)3 — полимерное соединение. Так, природный гидроксид (минерал гидраргиллит) имеет слоистую кристаллическую решетку. • . Получаемый по обменной реакции гидроксид – студенистый белый осадок. Аl 3+ + 3 ОН- = Аl(ОН)3 Состав и структура осадка А 12 О 3 n. Н 2 О существенно зависят от условий получения и хранения. 41

• При прокаливании гидроксида алюминия А 12 О 3 n. Н 2 О постепенно теряет воду, превращаясь в конечном счете в А 12 О 3. Одна из форм дегидратированного гидроксида — алюмогель используется в технике в качестве адсорбента. 42

Современный метод получения алюминия Современный метод получения заключается в растворении оксида алюминия в расплаве криолита с последующим электролизом с использованием коксовых или графитовых электродов.

ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ • В Авиации • Военная промышленность • В Космической технике • В Электротехнике • В Судостроении • В Строительстве • В Автотранспорте • В быту

Использование соединений алюминия в медицине алюминия гидроксид + магния гидроксид МААЛОКС АЛМАГЕЛЬ