ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 57
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2 3Н2О + В2О3;
энергично взаимодействует с водой с выделением водорода:
В2Н6 + 6Н2О 2В(ОН)3 + 6Н2.
В среде эфира B2H6 реагирует с гидридом лития, образуя тетрагидроборат лития:
B2H6 + 2LiH 2Li[BH4l.
С кислородом бор образует оксид В2О3 - белый гигроскопичный порошок или хрупкую стекловидную массу. В2О3 энергично присоединяет воду, образуя кислоты:
В2О3 + Н2О = 2НВО2 (метаборная кислота);
НВО2 + Н2О = Н3ВО3 (ортоборная кислота).
Ортоборная (или просто борная) кислота - белое кристаллическое вещество, легко расслаивается на очень тонкие перламутровые чешуйки. Молекулы Н3ВО3, расположенные в плоских параллельных слоях, связаны между собой водородными связями, а связь между слоями осуществляется слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Борная кислота хорошо растворима в воде, а также в некоторых растворах органических растворителей. В водных растворах она проявляет себя как одноосновная кислота вследствие образования гидроксокомплекса:
В(ОН)3+Н2О = Н[В(ОН)4].
Тетрагидроксоборат водорода представляет собой слабую кислоту, близкую по силе к угольной кислоте. Ортоборная кислота Н3ВО3 при 100 С вследствие отщепления молекулы воды переходит в метаборную кислоту НВО2. И ортобораты, и метабораты активных металлов подвержены гидролизу:
Na2B4О7 + 3H2О = 2NaBО2 + 2Н3ВО3.
Тетраборная кислота Н2В4О7 в свободном состоянии неизвестна, ее соли (тетрабораты) встречаются в природе. Тетраборат натрия образуется при нейтрализации Н3ВО3 водными растворами щелочей:
4Н3ВО3 + 2NaOH = Na2B4О7 + 7Н2О.
Степень окисления +3 у бора проявляется в соединениях с более электроотрицательными элементами (нитрида, галогенидами).
Кислотная природа галогенидов проявляется при их гидролизе:
ВС13 + 3Н2О = Н3ВО3 + 3НСl.
С азотом бор образует соединение BN - нитрид бора. Синтез осуществляется при температуре выше 1200 °С по реакции
В2O3 + 2NH3 = 2BN + 3Н2O.
Полученный таким образом нитрид бора представляет собой белый, похожий на тальк, порошок; его часто называют «белым графитом». Его кристаллическая структура аналогична графиту. Атомы бора и азота связаны между собой sp2-гибридными связями. В плоскости слоев осуществляется дополнительное -связывание за счет пустой p-орбитали атома бора и неподеленной электронной пары атома азота. Отдельные слои связаны силами Ван-дер-Ваальса. «Белый графит» обладает высокой огнеупорностью, химически инертен и расслаивается на чешуйки как графит.
Другая модификация нитрида бора имеет кубическую алмазоподобную структуру. В ней атомы бора и азота находятся в sp3-гибридном состоянии. При КЧ = 4 три связи образованы по обменному механизму, а одна - по донорно-акцепторному; причем атом бора является акцептором электронной пары, а атом азота - донором. Эта модификация BN называется боразоном, или эльбором. При высоких температурах эльбор можно получить из «белого графита», подобно тому как алмаз получается из черного графита:
1400 C (62000 атм)
B
N (гекс) BN (куб)
При нагревании с углеродом бор образует карбид В4С:
7С + 2В2O3 6СО + В4С.
Карбид бора уступает по твердости лишь алмазу и боразону.
При нагревании бор взаимодействует со многими металлами, образуя бориды различного состава, например Сr4В, Сr3В, СrВ, СrВ2. Это кристаллические вещества. Все бориды d-элементов характеризуются большой твердостью, тугоплавки и химически инертны. Бориды s-элементов, например MgB2, реакционноспособны.
Применение. Бор применяют как добавку к сплавам, повышающую их жаропрочность и износостойкость. Поскольку ядро бора имеет высокое сечение захвата нейтронов, его используют для защиты от нейтронов и в регулирующих устройствах атомных реакторов.
Бораты входят в состав многих моющих средств. В2O3 - необходимая часть ряда эмалей, глазурей и специальных сортов стекла. В микроэлектронике бор используется в качестве полупроводника, применяется для легирования полупроводниковых материалов. «Белый графит» служит изолятором и твердой высокотемпературной смазкой. Боразон применяют как сверхтвердый материал в буровых работах, при обработке металлов. Бориды используются для изготовления высокоогнеупорных деталей.
Борная кислота применяется в медицине. Тетраборат натрия Na2B4О7 (бура) используется в качестве флюса при пайке, гак как в расплаве этой соли хорошо растворяются оксиды металлов с образованием метаборатов:
Na2B4О7 + CuO 2NaBО2 Cu(BО2)2.
2.2. Алюминий
Второй типический элемент III группы периодической системы - алюминий. Он является первым и самым легким металлом. У алюминия по сравнению с бором атомный радиус больше, а потенциал ионизации меньше; следовательно, возрастают его металлические свойства. В отличие от неметалла бора алюминий является амфотерным элементом. Алюминий и его гидроксид растворяются в кислотах и щелочах. Для химии алюминия исключительно важное значение имеет его большое сродство к кислороду. В таблице приведены значения энтальпий и энергий Гиббса образования оксидов алюминия и его аналогов.
Таблица - Термодинамические параметры оксидов III А группы
И энтальпия, и энергия Гиббса образования алюминия резко отличаются от таковых для галлия и его аналогов, что указывает на его высокую устойчивость. И, наконец, для алюминия наблюдается горизонтальная аналогия с кремнием. Отчетливо проявляется она в алюмосиликатах, наиболее распространенных в земной коре химических соединений.
Природные ресурсы. Алюминий - один из самых распространенных на Земле элементов, занимает третье место по распространенности после кислорода и кремния. Алюминий входит в состав 250 минералов, главным образом алюмосиликатов, из которых образована земная кора. Продуктом их разрушения является глина - Аl2O3 2SiO22H2O (каолинит). Обычно глина содержит примесь соединений железа, придающую ей бурый цвет. Иногда встречается белая глина, без примесей железа.
Техническое название Аl2O3 - глинозем. Для добычи алюминия используют минералы: боксит (Аl2O3 Н2O), а также нефелин (Na2OAl2O32SiO2), криолит (Na3[AlF6]). Встречается чистый Аl2O3 - корунд. В зависимости от содержания примесей корунд имеет различную окраску и названия. Драгоценные камни рубин и сапфир - это кристаллы корунда, окрашенные примесью оксида хрома (рубин) и оксидов титана и железа (сапфир).
Алюминий получают электролизом расплава смеси глинозема с криолитом. Расплав Аl2O3 в криолите Na3[AlF6] подвергают электролизу при 950 С и напряжении 6-7 В. Протекаемые процессы:
Аl2O3 = 2Аl3+ + 3O2- (диссоциация на ионы);
на катоде: Аl3+ + 3е = Аl; на аноде: 2О2- - 4е = O2.
Особо чистый алюминий, необходимый, например, в электронной технике, получают специальными методами — вакуумной дистилляцией или зонной плавкой.
Физические и химические свойства алюминия. Алюминий - серебристо-белый металл. Очень мягок, легко вытягивается в фольгу. Кристаллизуется в ГЦК структуре. По электрической проводимости занимает четвертое место после серебра, золота и меди. На воздухе покрывается тончайшей пленкой (=10-5мм) Аl2O3, отличающейся большой прочностью. Защитная пленка надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Почти все реакции с участием алюминия идут с латентным (скрытым) периодом, необходимым для разрушения оксидной пленки или диффузии реагента через нее.
энергично взаимодействует с водой с выделением водорода:
В2Н6 + 6Н2О 2В(ОН)3 + 6Н2.
В среде эфира B2H6 реагирует с гидридом лития, образуя тетрагидроборат лития:
B2H6 + 2LiH 2Li[BH4l.
С кислородом бор образует оксид В2О3 - белый гигроскопичный порошок или хрупкую стекловидную массу. В2О3 энергично присоединяет воду, образуя кислоты:
В2О3 + Н2О = 2НВО2 (метаборная кислота);
НВО2 + Н2О = Н3ВО3 (ортоборная кислота).
Ортоборная (или просто борная) кислота - белое кристаллическое вещество, легко расслаивается на очень тонкие перламутровые чешуйки. Молекулы Н3ВО3, расположенные в плоских параллельных слоях, связаны между собой водородными связями, а связь между слоями осуществляется слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Борная кислота хорошо растворима в воде, а также в некоторых растворах органических растворителей. В водных растворах она проявляет себя как одноосновная кислота вследствие образования гидроксокомплекса:
В(ОН)3+Н2О = Н[В(ОН)4].
Тетрагидроксоборат водорода представляет собой слабую кислоту, близкую по силе к угольной кислоте. Ортоборная кислота Н3ВО3 при 100 С вследствие отщепления молекулы воды переходит в метаборную кислоту НВО2. И ортобораты, и метабораты активных металлов подвержены гидролизу:
Na2B4О7 + 3H2О = 2NaBО2 + 2Н3ВО3.
Тетраборная кислота Н2В4О7 в свободном состоянии неизвестна, ее соли (тетрабораты) встречаются в природе. Тетраборат натрия образуется при нейтрализации Н3ВО3 водными растворами щелочей:
4Н3ВО3 + 2NaOH = Na2B4О7 + 7Н2О.
Степень окисления +3 у бора проявляется в соединениях с более электроотрицательными элементами (нитрида, галогенидами).
Кислотная природа галогенидов проявляется при их гидролизе:
ВС13 + 3Н2О = Н3ВО3 + 3НСl.
С азотом бор образует соединение BN - нитрид бора. Синтез осуществляется при температуре выше 1200 °С по реакции
В2O3 + 2NH3 = 2BN + 3Н2O.
Полученный таким образом нитрид бора представляет собой белый, похожий на тальк, порошок; его часто называют «белым графитом». Его кристаллическая структура аналогична графиту. Атомы бора и азота связаны между собой sp2-гибридными связями. В плоскости слоев осуществляется дополнительное -связывание за счет пустой p-орбитали атома бора и неподеленной электронной пары атома азота. Отдельные слои связаны силами Ван-дер-Ваальса. «Белый графит» обладает высокой огнеупорностью, химически инертен и расслаивается на чешуйки как графит.
Другая модификация нитрида бора имеет кубическую алмазоподобную структуру. В ней атомы бора и азота находятся в sp3-гибридном состоянии. При КЧ = 4 три связи образованы по обменному механизму, а одна - по донорно-акцепторному; причем атом бора является акцептором электронной пары, а атом азота - донором. Эта модификация BN называется боразоном, или эльбором. При высоких температурах эльбор можно получить из «белого графита», подобно тому как алмаз получается из черного графита:
1400 C (62000 атм)
B
N (гекс) BN (куб)При нагревании с углеродом бор образует карбид В4С:
7С + 2В2O3 6СО + В4С.
Карбид бора уступает по твердости лишь алмазу и боразону.
При нагревании бор взаимодействует со многими металлами, образуя бориды различного состава, например Сr4В, Сr3В, СrВ, СrВ2. Это кристаллические вещества. Все бориды d-элементов характеризуются большой твердостью, тугоплавки и химически инертны. Бориды s-элементов, например MgB2, реакционноспособны.
Применение. Бор применяют как добавку к сплавам, повышающую их жаропрочность и износостойкость. Поскольку ядро бора имеет высокое сечение захвата нейтронов, его используют для защиты от нейтронов и в регулирующих устройствах атомных реакторов.
Бораты входят в состав многих моющих средств. В2O3 - необходимая часть ряда эмалей, глазурей и специальных сортов стекла. В микроэлектронике бор используется в качестве полупроводника, применяется для легирования полупроводниковых материалов. «Белый графит» служит изолятором и твердой высокотемпературной смазкой. Боразон применяют как сверхтвердый материал в буровых работах, при обработке металлов. Бориды используются для изготовления высокоогнеупорных деталей.
Борная кислота применяется в медицине. Тетраборат натрия Na2B4О7 (бура) используется в качестве флюса при пайке, гак как в расплаве этой соли хорошо растворяются оксиды металлов с образованием метаборатов:
Na2B4О7 + CuO 2NaBО2 Cu(BО2)2.
2.2. Алюминий
Второй типический элемент III группы периодической системы - алюминий. Он является первым и самым легким металлом. У алюминия по сравнению с бором атомный радиус больше, а потенциал ионизации меньше; следовательно, возрастают его металлические свойства. В отличие от неметалла бора алюминий является амфотерным элементом. Алюминий и его гидроксид растворяются в кислотах и щелочах. Для химии алюминия исключительно важное значение имеет его большое сродство к кислороду. В таблице приведены значения энтальпий и энергий Гиббса образования оксидов алюминия и его аналогов.
Таблица - Термодинамические параметры оксидов III А группы
| Параметр | Al2O3 | Ga2O3 | In2O3 | Тl2O3 |
| Н298, кДж/моль | -1675,7 | -1089,1 | -925,9 | -390,4 |
| G298, кДж/моль | -152,4 | -998,3 | -831,3 | -321,3 |
И энтальпия, и энергия Гиббса образования алюминия резко отличаются от таковых для галлия и его аналогов, что указывает на его высокую устойчивость. И, наконец, для алюминия наблюдается горизонтальная аналогия с кремнием. Отчетливо проявляется она в алюмосиликатах, наиболее распространенных в земной коре химических соединений.
Природные ресурсы. Алюминий - один из самых распространенных на Земле элементов, занимает третье место по распространенности после кислорода и кремния. Алюминий входит в состав 250 минералов, главным образом алюмосиликатов, из которых образована земная кора. Продуктом их разрушения является глина - Аl2O3 2SiO22H2O (каолинит). Обычно глина содержит примесь соединений железа, придающую ей бурый цвет. Иногда встречается белая глина, без примесей железа.
Техническое название Аl2O3 - глинозем. Для добычи алюминия используют минералы: боксит (Аl2O3 Н2O), а также нефелин (Na2OAl2O32SiO2), криолит (Na3[AlF6]). Встречается чистый Аl2O3 - корунд. В зависимости от содержания примесей корунд имеет различную окраску и названия. Драгоценные камни рубин и сапфир - это кристаллы корунда, окрашенные примесью оксида хрома (рубин) и оксидов титана и железа (сапфир).
Алюминий получают электролизом расплава смеси глинозема с криолитом. Расплав Аl2O3 в криолите Na3[AlF6] подвергают электролизу при 950 С и напряжении 6-7 В. Протекаемые процессы:
Аl2O3 = 2Аl3+ + 3O2- (диссоциация на ионы);
на катоде: Аl3+ + 3е = Аl; на аноде: 2О2- - 4е = O2.
Особо чистый алюминий, необходимый, например, в электронной технике, получают специальными методами — вакуумной дистилляцией или зонной плавкой.
Физические и химические свойства алюминия. Алюминий - серебристо-белый металл. Очень мягок, легко вытягивается в фольгу. Кристаллизуется в ГЦК структуре. По электрической проводимости занимает четвертое место после серебра, золота и меди. На воздухе покрывается тончайшей пленкой (=10-5мм) Аl2O3, отличающейся большой прочностью. Защитная пленка надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Почти все реакции с участием алюминия идут с латентным (скрытым) периодом, необходимым для разрушения оксидной пленки или диффузии реагента через нее.