Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Общая характеристика элементов III -A группы.





Известно 30 р - элементов в периодической системе, это элементы, расположенные в III-A - VIII-A группах. У р - элементов заполняется электронами р- подуровень внешнего электронного уровня.

III-A группа – B, Al, Ga, In, Tl – характеризуются наличием 3-х электронов в наружном электронном слое атома, причем у бора на предвнешнем слое атома – 2 электрона, у алюминия – 8 электронов, Ga, In, Tl – 18 электронов. III группа самая элементоемкая – содержит 37 элементов, включая лантаноиды и актиноиды. Все элементы металлы, за исключением бора.

При переходе от Al к Ga радиус атома уменьшается. Это связано с тем, что у Ga заполнение р - подуровня начинается после того, как заполняется 3d10 электронная оболочка. Под действием 3d10 - электронов электронная оболочка всего атома сжимается и размер атома уменьшается (эффект d - сжатия).

Монотонного (последовательного) изменения металлических свойств не наблюдается. Металлические свойства резко усиливаются при переходе от бора к алюминию, несколько ослабевают у галлия, и вновь постепенно растут при переходе к таллию. Обусловлено это тем, что атома Ga происходит сжатие электронной оболочки за счет d –электронов (эффект d – сжатия) , In, Tl (в отличие от B и Al) содержат по 18 электронов на предпоследнем слое. Поэтому нарушается линейное изменение свойств (rат, Тпл и т.п.) от Al к Ga.

Температура кипения закономерно уменьшается от B к Tl. Температура плавления незакономерно из-за особенностей строения кристаллической решетки.

Самый легкоплавкий металл – Ga (Тпл = 29,8˚С).

В невозбужденном состоянии конфигурация внешнего уровня ns2np1, в возбужденном состоянии - ns1np2.

В невозбужденном состоянии имеется 1 неспаренный электрон, однако соединения большинства этих элементов, в которых их степень окисления +1, очень неустойчивы и наиболее характерна для них степень окисления +3 в возбужденном состоянии, т.к. на перевод электрона из s-состояния в р - надо немного энергии.

  2s   2p      
5B 2s22p1 ­¯   ­     (+1)
5B 2s12p2 ­   ­ ­   (+3)

B – неметал, Al – еще не типичный металл, Ga, In, Tl –типичные металлы. Соединения: ЭН3, Э2О3, Э(ОН)3.

 

Гидриды элементов носят условный характер, поскольку степень окисления элементов положительная, а водорода - отрицательная

B [He] 2s22p1 В2Н6

растет восстановительная способность, устойчивость
Al [Ne]3s23p1 (AlH3)n

Ga [Ar]4s24p1 (GaH3)n

In [Kr]5s25p1 (InH3)n

Tl [Xe]6s26p1 TlH3

Э2О3общая формула оксидов, имеет различный характер

B2O3 кислотный оксид

Al2O3 амфотерный оксид

Ga2O3 амфотерный оксид (с преобладанием основных свойств)

In2O3 амфотерный оксид (с преобладанием основных свойств)

Tl2O ( Tl2O3 ) основной оксид

 

Э(ОН)3гидроксиды, имеет место переход от кислотного, через амфотерный к основным гидроксидам.

нарастают основные свойства
H3BO3 ортоборная кислота



Al(OH)3 амфотерный гидроксид

Ga(OH)3 амфотерный гидроксид

In(OH)3 амфотерный гидроксид

TlOHосновной гидроксид

 

Образуют соединения с галогенами ЭГ3, серой Э2S3, азотом ЭN.

Много общего имеет химия кислородных соединений бора и кремния: кислотная природа оксидов и гидроксидов, способность образовывать многочисленные полимерные структуры, стеклообразование оксидов.

Бор. Получение. Химические свойства

Бор по своим свойствам наиболее схож с элементом IV-A группы кремнием («диагональное сходство»).

Бор – кристаллическое вещество, черного цвета, тугоплавкое при t = 2300 С.

Наиболее распространены две модификации бора: аморфный и кристаллический. Аморфная модификация наиболее реакционноспособна.

Получение бора

1. Термическое разложение гидридов бора:

B2H6 2B + 3H2

2. Магнийтермией из оксида бора:

B2O3 + 3Mg 3MgO + 2B

B2O3 + 3Zn 3ZnO + 2B

3. Из хлорида бора:

2BCl3 + 3Zn 3ZnCl2 + 2B

Непосредственно активно бор реагирует только со фтором, однако при нагревании протекает взаимодействие с кислородом, азотом, углеродом.

B + 2F2 → BF4

4B + 3O2 2B2O3

2B + N2 2BN

4B + 3C B4C3

Бор реагирует с горячими концентрированными кислотами H24 и HNO3

2B + 3H2SO4конц. → 2H3BO3 + 3SO2

B + 3HNO3конц. → H3BO3 + 3NO2

Со щелочами реагирует только в присутствии сильных окислителей:

2B + 2NaOH + 3H2O2 → 2NaBO2 + 4H2O

Однако аморфный бор может реагировать со щелочами при кипячении:

2Bаморфн. + 2NaOH 2NaBO2 + H2

3SiO2 + 4B → 3Si + 2B2O3

Галогениды бора

BF3 BCl3 BBr3 BI3

газ газ жидкость твердый

Ecвязи кДж 644 443 376 284

устойчивость падает

ВСl3 образуется посредством взаимодействия трех электронов атома бора в возбужденном состоянии. Образуется три связи по спин-валентному (обменному) механизму.

Тип гибридизации бора – sp2
B*   3Cl

Так как в галогениде BГal3 имеется свободная орбиталь за счет атома бора, то в этом случае молекула BГal3 может быть акцептором электронной пары и участвовать в образовании связи по донорно-акцепторному механизму.

 
 


Ион имеет тетраэдрическую структуру

 
 
BF3 + NH3 → BF3 · NH3 (валентность бора = 4)


Галогениды бора имеют кислотный характер и гидролизуются:

BCl3 + 3H2O → H3BO3 + 3HCl

BF4 + HF → H[BF4] (сильная кислота)

Кислотные галогениды реагируют с основными галогенидами:

ВF3 + NaF = Na[BF4]

С водородом бор непосредственно не реагирует. Гидриды бора получают не прямым взаимодействием с водородом, а косвенным путем.

Например, действием соляной кислоты на борид магния.

Мg3В2 + 6HCl ® В2Н6­ +3МgCl2

Получается смесь бороводородов (боранов). Бораны известны газообразные, жидкие и твердые.

В2Н6 – диборан – газ

В4Н10 тетраборан – жидкость

В10Н14– твердый боран.

Они имеют неприятный запах и очень ядовиты. Большинство из них самовоспламеняются и разлагаются водой.

4Н10 + 11 О2 = 4В2О3 + 10 Н2О

В2Н6 + 6 Н2О = 2Н3ВО3 + 6Н2 ­

В молекулах бороводородов атомы бора связаны водородными «мостиками».

Бораны – особый вид соединений, в них образуется электроннодефицитная связь. В их молекулах электронов меньше, чем необходимо для образования двухэлектронных связей. Это так называемая «банановая связь», образуется в результате перекрывания двух sp3-гибридных орбиталей атомов бора и одной s-орбитали атома водорода. Каждый мостиковый атом водорода образует с двумя атомами бора общую двухэлектронную трехцентровую связь В – Н – В.

Соединения с дефицитом электронов являются акцепторами электронов. Схемы термического разложения ортоборной кислоты:

H3BO3 « HBO2 + H2O

4НВО2 « 2В2О3 + 2Н2О

В отличие от обычных кислот ортоборная кислота не отщепляет Н+, а вызывает смещение равновесия диссоциации воды, присоединяя за счет донорно-акцепторного взаимодействия OH-, выступает в роли одноосновной.

B(OH)3 + H2O → B(OH)4- + H+ Кд = 5,8 ·10-10

Координационное число бора по кислороду равно 3, поэтому кислородные соединения бора образуют полимерные соединения (полибораты).

Все кислоты превращаются в ортоборную:

HBO2 + H2O → H3BO3

H2B4O7 + 5H2O → 4H3BO3

Если ортоборная наиболее устойчивая кислота, то соли ее не существуют в обычных условиях по сравнению с солями мета- и тетраборной кислот. Так при действии на раствор борной кислоты гидроксидом натрия получается не ортоборат (не существует в растворе), а тетраборат натрия (при недостатке NaOH) или метаборат (в избытке NaOH):

2NaOHнед + 4H3BO3 = Na2B4O7 + 7 H2O

NaOHизб + H3BO3 = NaBO2 + 2H2O

При избытке щелочи образующийся тетраборат натрия превращается в метаборат натрия:

Na2B4O7 + 2NaOHизб = 4NaBO2 + H2O

Кислотный гидролиз тетрабората натрия приводит к образованию ортоборной кислоты:

Na2B4O7 + 2HCl + 5 H2O = 2NaCl + 4 H3BO3

Алюминий

По содержанию в земной коре занимает первое место среди металлов и третье среди всех элементов, после кислорода и кремния.

Металлические свойства его выражены сильнее, чем у бора. Химические связи алюминия с другими металлами в основном ковалентного характера. Тип кристаллической структуры - ГПУ.

В отличие от бора атом алюминия имеет свободные d-подуровни на внешнем уровне. У Al3+ небольшой радиус и довольно высокий заряд, за счет чего он является комплексообразователем с координационным числом 4 или 6. Соединения Al более устойчивы, чем бора.

 

Получение алюминия

В промышленности Al получают электролизом расплава Al2O3 в криолите (Na3AlF6)

Al2O3 → Al+3 + AlO3-3

K (-) Al+3 + 3e = Al0

A (+) 2AlO3-3 – 6e = Al2O3 + O2

Ga, In, Tl – рассеянные элементы, встречаются в оксидных и сульфидных рудах. В этом случае соответствующие соединения концентрируют и действуют восстановителями.

Э2O3 + 3H2 → 2Э + 3H2O

Э2O3 + 3CO → 2Э + 3CO2









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.