Файл: Сравнение структуры и свойств водородных соединений s и рэлементов i и iv групп.docx

7. Сравнительная характеристика соединений водорода и бора

По электронной структуре атома (1s²2s²2p¹) бор может быть одновалентным (неспаренный электрон на энергетическом подуровне 2p). Однако бор более характерен для соединений, в которых он трехвалентен (при возбуждении атома на энергетических подуровнях 2s и 2р имеется три неспаренных электрона).

Свободная 2p-орбиталь на возбужденном атоме бора определяет акцепторные свойства многих его соединений, в которых по механизму ковалентного обмена образуются три ковалентные связи (например, BBr₃).

Бор является единственным неметаллом в своей группе, химически инертен и образует ковалентные связи B-F, B-Н, B-С и т. д., кратность которых часто увеличивается за счет рр-р связи. Химия бора ближе к химии кремния, в этом проявляется диагональное сходство

Боргидриды (или бораны) — один из самых необычных классов неорганических соединений с особыми структурными принципами организации химических связей, сложной стехиометрией и множеством химических реакций.

Бораны — ядовитые нестойкие молекулярные соединения с крайне неприятным запахом, хорошо растворимые в органических растворителях. С увеличением молекулярной массы их температуры плавления и кипения повышаются: при комнатной температуре диборан B₂H₆ представляет собой газ, пентаборан B₅H₉ — жидкость, а декаборан B₁₀H₁₄ — твердое тело. Бораны химически активны, легко окисляются на воздухе и разлагаются водой.[16]

Моноборан ВН₃ неустойчив. Из-за наличия трех связей В—Н и четырех орбиталей атом бора в ВН₃ координационно ненасыщен, и молекула ВН3 легко присоединяет молекулы или ионы с неподеленными электронными парами, например молекулу аммиака, образуя прочные молекулярные соединения:

Н₃В + NH

---

₃ = H₃B:NH₃

Моноборан ВН₃ выделен конденсацией паров таких соединений при темпера­туре жидкого азота.

Особое место среди гидридов бора занимает диборан B2H6, являющийся сырьем для получения всех остальных боранов. Его получают восстановлением соединений бора гидридом натрия при нагревании (175 °С):

2BF₃(г.) + 6NaH(тв.) = B₂H₆(г.)­ + 6NaF(тв.)

или алюмогидридом лития в эфирном растворе:

4ВС1₃ + 3LiAlH₄ = 2B₂H_6­ + 3LiCl¯ + 3А1С1₃¯

Молекула диборана построена из двух фрагментов BH₃ так, что два атома B и два атома H, соединяющие их мостиком, расположены в одной плоскости (плоскость рисунка), а четыре концевых атома H (по два на каждый атом B) находятся в перпендикулярная плоскость. Химической связи между атомами бора нет.

Каждый атом B имеет три валентных электрона, два из которых участвуют в образовании обычных двухцентровых двухэлектронных связей с концевыми атомами H. Таким образом, каждая группа BH₂ может отдавать только один электрон на связь во фрагменте BH₃. Очевидно, что валентных электронов не хватает для образования подобных связей с двумя мостиковыми атомами Н - бораны являются электронодефицитными соединениями.

Дефицит электронов благоприятствует взаимодействию В₂Н₆ с основания­ми Льюиса — донорами электронных пар. При этом может происходить как гомолитическое расщепление молекулы на радикалы:

ВН3: В₂Н₆ + 2:СО = 2Н₃В:СО,

так и гетеролитический распад с образованием тетрагидроборатов (в эфире):                        

В₂Н₆ + 2LiH = 2LiBH₄
Типичными восстановителями являются тетрагидробораты. Среди них наиболее стабильны соли щелочных металлов MBH4. Их получают взаимодействием твердого гидрида натрия с галогенидами бора или эфирами борной кислоты:

4NaH + ВС1₃ = NaBH₄ + 3NaCl

В(ОСН₃)₃ + 4NaH = NaBH₄ + 3NaOCH₃

NaBH₄ является мягким восстановителем. Применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для отбеливания бумажной массы в связи с тем, что при взаимодействии с диоксидом серы в щелочной среде образует сильный отбеливатель - дитионит натрия Na₂S₂О₄:

Na[BH₄] + 8NaOH + 8SО₂ = 4Na₂S₂О₄ + NaBО₂ + 6H₂О

Концентрированная серная кислота разлагает борогидриды:

2Na[BH₄] + 2H₂SО₄ = 2NaHSО₄ + B₂H₆­ + 2H_2­

Реакция протекает настолько энергично, что реакционная смесь часто воспламеняется.

---

На воздухе диборан легко воспламеняется:

В₂Н₆ + 3O₂ = В₂O₃ + 3H₂О

а при нагревании без доступа воздуха разлагается на смесь высших боранов. Разложение протекает через неустойчивые интермедиаты ВН₃, В₃Н₇ и др.

На последующих стадиях образуются бораны В₅Н₉, В₆Н₁₀, B₆H₁₂ и наиболее устойчивый продукт B₁₀H₁₄ наряду с полимерным (ВН)x.[17]

Выводы

С течением времени роль периодического закона не уменьшается. Он стал важнейшей основой неорганической химии.

Периодический закон объясняет закономерность всех элементов с точки зрения электронного строения их атомов в том числе.

Анализ строения и свойст s- и p-элементов показал, что их сходство в том, что у атомов этих семейств заполняется внешний энергетический уровень, а различие, в том, чтьо у s-элементов заполняется электронами s-подуровень, а у р- соответственно р-подуровень.

S-элементы - это первые два элемента всех периодов таблицы, а вот р-элементы, -это последние шесть элементов всех периодов, начиная со второго. В периодах металлические свойства элементов этих семейств ослабевают, а неметаллические усиливаются, в группах сверху вниз наоборот.

Сравнение элементов I и II групп показало, что атомы этих элементов могут быть только донорами при образовании комплексных соединений и проявляют положительные степени окисления для группы I-А+1, для группы II-А+2.

Водородные соединений элементов IV группы наиболее устойчивы к взаимодействию с водой, а ионные гидриды элементов I группы обладают восстановительными свойствами и горят на воздухе.

Водородные соединения бора очень опасны, так как могут взрываться на воздухе, ядовитые нестойкие молекулярные соединения.

По итогу проделанной работы, можно сделать вывод о том, что цель работы достигнута – сформированы знания об особенностях структуры и свойств водородных соединений атомов s- и р-элементов I и IV групп.

Были решены следующие задачи:

– изучены свойства и строение атомов s- и р-элементов;

– изучены и проанализированы структура и свойства s- и р-элементов

---

I и IV группы периодической таблицы;

– проведено сравнение структуры и свойств водородных соединений s- и р-элементов I и IV групп;

– проведено сравнение структуры и свойств водородных соединений s-элементов I и II групп.

Список литературы

1. 
   Евдокимов Ю., кандидат химич. наук. К истории периодического закона. Наука и жизнь, № 5 (2009), С.12-15.
   
2. 
   Агафошин Н.П. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. - М.: Просвещение, 1973. - 208 с.
   
3. 
   Дроздов Д.А, Зломанов В.П., Мазо Г.Н., Спиридонов Ф.М. Неорганическая химия. В 3-х томах. Т.2. Химия непереходных элементов. / Под ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Изд. «Академия», 2014, 288 с.
   
4. 
   Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Биофизичческая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для ВУЗов. /Под ред. Ю.А. Ершова.3-е изд., - М.: Интеграл-Прес, 2007.728 с.
   
5. 
   Глинка Н.Л. Общая химия. Учебное пособие для ВУЗов. Изд.30-е исправленное. / Под ред.А.И. Ермакова. - М.: Интеграл-Пресс, 2007, 628 с.
   
6. 
   Имянитов Н.С. / Новая основа для описания периодичности. // Журн. общей химии. - 2010. - Т.80. - Вып.1. - С.69 - 72. - Imyanitov N. S. / New Basis for Describing Periodicity // Russ. J. General Chem. - 2010. - Vol.80. - Iss.1.
   
7. 
   Петрова В.В. и др. Обзор свойств химических элементов и их соединений. Учебное пособие по курсу «Химия в микроэлектронике». - М.: Изд-во МИЭТ, 2003. - 108 с.
   
8. 
   Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1997. 527 с.
   
9. 
   Eric R. Scerri. The Periodic Table: Its Story and Its Significance. - Нью-Йорк: Oxford Univercity Press, 2007. - 368 с. - ISBN 978-0-19-530573-9
   
10. 
    Периодическая законность химических элементов / Менделеев Д.И. // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб.: 1890-1907.
    
11. 
    Имянитов Н.С. / Новая основа для описания периодичности. // Журн. общей химии. - 2010. - Т.80. - Вып.1. - С.69 - 72. - Imyanitov N. S. / New Basis
    
12. 
    Тамм И.Е., Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия: В 3-х томах, Т.1. Физико-химические основы неорганической химии. Учебник для студентов ВУЗв / Под ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Изд. "Академия", 2004, 240с.
    
13. 
    Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. - 679 с.
    
14. 
    Вольхин В.В. Общая химия. Основной курс. - СПб, М, Краснодар., 2008
    
15. 
    Середа, Б.П. Общая и неорганическая химия [Текст]: учеб. пособие / Б.П. Середа, Л.С. Молочников, Л.В. Демидова, С.В. Целищева. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. – 275 с.
    
16. 
    Серебренникова, И.Н. Электронное строение атома и Периодическая система элементов [Текст] / И.Н. Серебренникова, А.В. Нечаев. Методические указания и задачи для самостоятельной работы студентов I курса всех специальностей очной и заочной форм обучения, Екатеринбург, 2004
    
17. 
    Карапетьянц, М.Х. Общая и неорганическая химия [Текст]: Учебник для вузов / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. М.: Химия, 2000. – 592 с.
    

---

---