Subgrup boron merupakan subgrup utama dari grup III. Menurut klasifikasi IUPAC baru: 13 kelompok unsur Tabel Periodik Unsur Kimia DI Mendeleev, yang meliputi boron B, aluminium Al, galium Ga, indium In dan talium Tl. Semua unsur subkelompok ini, kecuali boron, adalah logam.

Golongan III meliputi boron, aluminium, galium, indium, talium (subgrup utama), serta skandium, yttrium, lantanum dan lantanida, aktinium dan aktinida (subgrup samping).

Pada tingkat elektronik terluar unsur-unsur subkelompok utama terdapat tiga elektron (s 2 p 1). Mereka dengan mudah melepaskan elektron-elektron ini atau membentuk tiga elektron tidak berpasangan karena transisi satu elektron ke tingkat p. Boron dan aluminium dicirikan oleh senyawa hanya dengan bilangan oksidasi +3. Unsur-unsur subkelompok galium (gallium, indium, talium) juga memiliki tiga elektron pada tingkat elektronik terluar, membentuk konfigurasi s 2 p 1, tetapi terletak setelah lapisan 18 elektron. Oleh karena itu, tidak seperti aluminium, galium jelas memiliki sifat non-logam. Sifat-sifat pada deret Ga, In, Tl melemah, dan sifat logam meningkat.

Struktur elektronik lapisan valensi aktinida dalam banyak hal mirip dengan struktur elektronik lapisan valensi lantanida. Semua lantanida dan aktinida adalah logam khas.

Semua unsur golongan III memiliki afinitas yang sangat kuat terhadap oksigen, dan pembentukan oksidanya disertai dengan pelepasan panas dalam jumlah besar.

Elemen kelompok III memiliki beragam penerapan.

Boron ditemukan oleh J. Gay-Lussac dan L. Thénard pada tahun 1808. Kandungannya di kerak bumi adalah 1,2·10-3%.

Senyawa boron dengan logam (borida) memiliki kekerasan dan ketahanan panas yang tinggi. Oleh karena itu, mereka digunakan untuk memproduksi paduan khusus yang super keras dan tahan panas. Boron karbida dan boron nitrida memiliki ketahanan panas yang tinggi. Yang terakhir ini digunakan sebagai pelumas suhu tinggi. Kristal hidrat natrium tetraborat Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O (boraks) mempunyai komposisi yang konstan, larutannya digunakan dalam kimia analitik untuk menentukan konsentrasi larutan asam.

Senyawa galium dengan unsur golongan VI (belerang, selenium, telurium) bersifat semikonduktor. Termometer suhu tinggi diisi dengan galium cair.

Indium ditemukan oleh T. Richter dan F. Reich pada tahun 1863. Kandungannya di kerak bumi adalah 2,5·10-5%. Penambahan indium ke paduan tembaga meningkatkan ketahanannya terhadap aksi air laut. Menambahkan logam ini ke perak akan meningkatkan kilau perak dan mencegahnya ternoda di udara. Lapisan indium melindungi logam dari korosi. Ini adalah bagian dari beberapa paduan yang digunakan dalam kedokteran gigi, serta beberapa paduan dengan titik leleh rendah (paduan indium, bismut, timbal, timah, dan kadmium meleleh pada 47°C). Senyawa indium dengan berbagai nonlogam mempunyai sifat semikonduktor.

Talium ditemukan oleh W. Crookes pada tahun 1861. Kandungannya di kerak bumi adalah 10-4%. Paduan talium (10%) dengan timah (20%) dan timbal (70%) memiliki ketahanan asam yang sangat tinggi, tahan terhadap campuran asam sulfat, klorida, dan nitrat. Talium meningkatkan sensitivitas fotosel terhadap radiasi infra merah yang berasal dari benda yang dipanaskan. Senyawa talium sangat beracun dan menyebabkan rambut rontok.

Gallium, indium dan talium adalah elemen jejak. Kandungannya dalam bijih, pada umumnya, tidak melebihi seperseribu persen.

SIFAT KIMIA BORON. APLIKASI

Semi-logam hitam yang keras, rapuh, dan mengkilat.

Secara kimia, boron dalam kondisi biasa cukup lembam dan hanya berinteraksi aktif dengan fluor, dan boron kristal kurang aktif dibandingkan boron amorf.

Ketika suhu meningkat, aktivitas boron meningkat dan bergabung dengan oksigen, belerang, dan halogen. Ketika dipanaskan di udara hingga 700°C, boron terbakar dengan nyala kemerahan, membentuk borat anhidrida B 2 O 3 - massa kaca yang tidak berwarna.

Ketika dipanaskan di atas 900 °C, boron dan nitrogen membentuk boron nitrida BN; ketika dipanaskan dengan batu bara, boron karbida B 4 C 3; dengan logam, borida.

Boron tidak bereaksi secara nyata dengan hidrogen; hidridanya (borohidrida) diperoleh secara tidak langsung. Pada suhu yang sangat panas, boron berinteraksi dengan uap air:

2B + 3H 2 O = B 2 O 3 + 3H 2.

Boron hanya bereaksi dengan nitrat panas, asam sulfat dan aqua regia membentuk asam borat H 3 BO 3 .

Larut perlahan dalam larutan alkali pekat untuk membentuk borat.

Ketika dipanaskan dengan kuat, boron menunjukkan sifat restoratif. Misalnya, ia mampu mereduksi silikon atau fosfor dari oksidanya:

Sifat boron ini dapat dijelaskan oleh sangat tingginya kekuatan ikatan kimia pada boron oksida B2O3.

Aplikasi.

unsur boron

Boron (dalam bentuk serat) berfungsi sebagai bahan penguat pada banyak material komposit.

Boron juga sering digunakan dalam elektronik untuk mengubah jenis konduktivitas silikon.

Boron digunakan dalam metalurgi sebagai elemen paduan mikro, yang secara signifikan meningkatkan kemampuan pengerasan baja.

senyawa boron.

Boron karbida digunakan dalam bentuk kompak untuk pembuatan bantalan gas-dinamis.

Perborat / peroksoborat (mengandung ion 2-) Produk teknis mengandung hingga 10,4% "oksigen aktif"; pemutih "tidak mengandung klorin" ("persil", "persol", dll.) diproduksi berdasarkan bahan tersebut.

Secara terpisah, perlu juga diperhatikan bahwa paduan boron-karbon-silikon memiliki kekerasan yang sangat tinggi dan mampu menggantikan bahan penggilingan apa pun (kecuali karbon nitrida, intan, boron nitrida dalam hal kekerasan mikro), dan dalam hal biaya dan penggilingan. efisiensi (ekonomis) mereka melampaui semua bahan abrasif yang dikenal umat manusia.

Paduan boron dan magnesium (magnesium diborida MgB2) saat ini memiliki rekor suhu kritis transisi ke keadaan superkonduktor yang tinggi di antara superkonduktor tipe I. Munculnya artikel di atas mendorong peningkatan besar dalam penelitian tentang topik ini.

Asam borat (H 3 BO 3) banyak digunakan dalam energi nuklir sebagai penyerap neutron pada reaktor nuklir tipe VVER (PWR) yang menggunakan neutron “termal” (“lambat”). Karena karakteristik neutroniknya dan kemampuannya untuk larut dalam air, penggunaan asam borat memungkinkan pengaturan daya reaktor nuklir dengan lancar (bukan bertahap) dengan mengubah konsentrasinya dalam cairan pendingin - yang disebut “regulasi boron” .

Senyawa borohidrida dan organoboron

Sejumlah turunan organik boron (borohidrida) merupakan bahan bakar roket yang sangat efektif (diborana (B2H4), pentaborana, tetraborana, dll.), dan beberapa senyawa polimer dengan hidrogen dan karbon sangat tahan terhadap pengaruh kimia dan suhu tinggi, misalnya plastik terkenal Carborane- 22.

Peran biologis

Boron adalah unsur mikro penting yang diperlukan untuk fungsi normal tanaman. Kekurangan boron menghentikan perkembangannya dan menyebabkan berbagai penyakit pada tanaman budidaya. Hal ini didasarkan pada gangguan proses oksidatif dan energi dalam jaringan serta penurunan biosintesis zat-zat esensial. Ketika tanah kekurangan boron, pupuk mikroboron (asam borat, boraks dan lain-lain) digunakan di bidang pertanian untuk meningkatkan hasil, meningkatkan kualitas produk dan mencegah sejumlah penyakit tanaman.

Peran boron pada hewan masih belum jelas. Jaringan otot manusia mengandung (0,33-1) 10 - 4% boron, jaringan tulang (1,1-3,3) 10 - 4%, dan darah - 0,13 mg/l. Setiap hari seseorang menerima 1-3 mg boron dari makanan. Dosis toksik - 4 g.

Salah satu jenis distrofi kornea yang langka dikaitkan dengan gen yang mengkode protein transporter yang mungkin mengatur konsentrasi boron intraseluler.

Unsur p golongan III tabel periodik D. I. Mendeleev meliputi: boron B, aluminium galium indium, dan talium Konfigurasi elektron atom

Di bawah ini dibandingkan beberapa konstanta yang mencirikan sifat-sifat atom unsur p dari golongan yang ditinjau dan zat logam yang bersangkutan:

Sifat-sifat unsur golongan III dipengaruhi oleh kompresi d yang terletak pada tabel periodik pada periode III kecil, dan pada periode besar segera setelah unsur d). Dengan demikian, jari-jari atom sedikit berkurang dan potensi ionisasi pertama meningkat. Selain itu, kompresi juga mempengaruhi sifat atom talium. Itulah sebabnya jari-jari atom mendekati jari-jari atom dan energi ionisasinya sedikit lebih tinggi.

membosankan. Sesuai dengan struktur elektronik atom, boron dapat bersifat monovalen (satu elektron tidak berpasangan pada sublevel energi). Namun, senyawa yang paling khas untuk boron adalah senyawa yang bersifat trivalen (ketika atom tereksitasi, terdapat tiga elektron tidak berpasangan pada sublevel energi dan -).

Orbital bebas dalam atom boron yang tereksitasi menentukan sifat akseptor dari banyak senyawanya, di mana tiga ikatan kovalen terbentuk sesuai dengan mekanisme pertukaran kovalen (misalnya, Senyawa ini rentan terhadap penambahan partikel dengan sifat donor elektron , yaitu pembentukan ikatan kovalen lain menurut mekanisme donor-akseptor.

Ada dua isotop boron yang diketahui: Inti atom dari isotop tersebut mudah menyerap neutron:

Kemampuan boron untuk menyerap neutron menentukan penggunaannya dalam energi nuklir: batang kendali reaktor nuklir terbuat dari bahan yang mengandung boron.

Kristal boron berwarna hitam; boron bersifat tahan api (mp 2300 °C), diamagnetik, dan mempunyai sifat semikonduktor (celah pita. Konduktivitas listrik boron, seperti logam lainnya, kecil dan sedikit meningkat seiring meningkatnya suhu.

Pada suhu kamar, boron bersifat inert secara kimia dan hanya berinteraksi langsung dengan fluor; Ketika dipanaskan, boron dioksidasi oleh klorin, oksigen, dan beberapa non-logam lainnya. Misalnya:

Dalam senyawa dengan bukan logam, bilangan oksidasi boron semuanya kovalen.

Boron trioksida adalah zat kristal (mp 450 °C, titik didih 2250 °C), ditandai dengan nilai entalpi dan energi pembentukan Gibbs yang tinggi. Saat berinteraksi dengan air berubah menjadi asam borat:

Asam monoprotik yang sangat lemah. Disosiasi elektrolitik dengan eliminasi hanya satu ion dijelaskan oleh sifat akseptor boron yang dijelaskan sebelumnya: orbital bebas atom boron diberikan kepada donor elektron yang terbentuk selama disosiasi molekul. Proses berlangsung sesuai dengan skema

Anion kompleks memiliki struktur tetrahedral (-hibridisasi orbital elektron).

Sifat akseptor boron dalam senyawa dengan bilangan oksidasi juga dimanifestasikan dalam kimia halidanya. Misalnya, reaksinya mudah dilakukan

dimana ikatan kimia antara dan atau dibentuk melalui mekanisme donor-akseptor. Sifat boron halida sebagai akseptor elektron menentukan penggunaannya secara luas sebagai katalis dalam reaksi sintesis senyawa organik.

Boron tidak berinteraksi langsung dengan hidrogen, tetapi membentuk borida dengan logam – biasanya senyawa non-stoikiometri

Boron hidrida (boran) sangat beracun dan mempunyai bau yang sangat tidak sedap. Mereka paling sering diperoleh secara tidak langsung

ketika mereaksikan borida yang aktif secara kimia dengan asam atau boron halida dengan hidrida logam alkali:

Kombinasi paling sederhana antara boron dan hidrogen tidak ada dalam kondisi biasa. -Hibridisasi orbital elektron dalam atom boron menyebabkan ketidakjenuhan koordinasi partikel, akibatnya dua partikel tersebut bergabung menjadi molekul diboran:

Dalam diboran, boron berada dalam keadaan -hibridisasi, dan untuk setiap atom boron, salah satu dari empat orbital hibrid kosong, dan tiga orbital lainnya tumpang tindih dengan -orbital atom hidrogen. Ikatan antar gugus dalam suatu molekul terbentuk sebagai ikatan hidrogen karena adanya pergeseran kerapatan elektron dari satu atom hidrogen suatu golongan ke orbital kosong golongan lain.Boran lain juga diketahui, yang dapat direpresentasikan dalam dua baris

Borida logam bersifat reaktif dan sering digunakan untuk menghasilkan campuran borana jika diolah dengan asam. Kebanyakan borida tahan panas, sangat keras, dan stabil secara kimia. Mereka banyak digunakan langsung dalam bentuk paduan untuk pembuatan suku cadang mesin jet dan bilah turbin gas. Beberapa borida digunakan untuk membuat katoda perangkat elektronik.

Aluminium. Konfigurasi elektron atom aluminium dinyatakan dengan rumus Lapisan elektron terluar atom memiliki satu elektron tidak berpasangan:

Oleh karena itu, aluminium dapat menunjukkan valensi sama dengan satu. Namun, valensi ini tidak khas untuk aluminium. Dalam semua senyawa stabil, bilangan oksidasi aluminium adalah sama.Valensi sama dengan tiga sesuai dengan keadaan tereksitasi atom

Dalam hal kelimpahannya, aluminium menempati urutan keempat di antara semua unsur (setelah O, H dan Si) dan merupakan logam yang paling melimpah di alam. Sebagian besar aluminium terkonsentrasi pada aluminosilikat: feldspar, mika, dll.

Aluminium adalah logam berwarna putih keperakan, ringan dan sangat ulet dengan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi.

Aluminium aktif secara kimia; Bereaksi dengan klorin dan brom pada suhu kamar, dan dengan yodium - ketika dipanaskan atau dengan adanya air sebagai katalis. Pada 800 °C, aluminium bereaksi dengan nitrogen, dan pada 2000 °C - dengan karbon. Aluminium menunjukkan afinitas kimia yang tinggi terhadap oksigen:

Di udara, aluminium dilapisi dengan lapisan oksida tipis yang sangat tahan lama, yang agak melemahkan kilau logam aluminium. Berkat film oksida, permukaan aluminium memperoleh ketahanan korosi yang tinggi. Hal ini terutama terlihat dalam ketidakpedulian aluminium terhadap air dan uap air. Karena pembentukan lapisan pelindung, aluminium tahan terhadap asam nitrat dan asam sulfat pekat. Asam-asam ini mempasifkan aluminium dalam keadaan dingin. Kecenderungan pasif memungkinkan untuk meningkatkan ketahanan korosi aluminium dengan memperlakukan permukaannya dengan zat pengoksidasi kuat (misalnya) atau menggunakan oksidasi anodik. Dalam hal ini, ketebalan film oksida meningkat menjadi... Pada suhu tinggi, kekuatan film pelindung menurun tajam. Jika lapisan oksida dihilangkan dengan kekuatan mekanis, aluminium menjadi sangat reaktif. Ia bereaksi kuat dengan air dan larutan asam dan basa dalam air, menggantikan hidrogen dan membentuk kation atau anion. Interaksi aluminium dengan larutan asam berlangsung sesuai dengan persamaan reaksi

dan dengan larutan alkali

Kation dan anion aluminium mudah berubah menjadi satu sama lain ketika pH larutan berubah:

Senyawa campuran juga dapat terbentuk dalam larutan,

Misalnya

Yang terakhir dengan mudah (terutama ketika dipanaskan) mengalami dehidrasi dan berubah menjadi hidroksida

Penggunaan aluminium secara luas dalam teknologi didasarkan pada sifat fisik dan kimianya yang berharga serta kelimpahannya yang tinggi di kerak bumi. Karena konduktivitas listriknya yang tinggi dan kepadatannya yang rendah

digunakan untuk membuat kabel listrik. Keuletan aluminium yang tinggi memungkinkan pembuatan foil tertipis darinya, yang digunakan dalam kapasitor dan menggantikan timah dalam selubung kabel dengan aluminium. Karena sifatnya yang tidak dapat dimagnetisasi, paduan aluminium digunakan dalam teknik radio.

Sebagian besar aluminium digunakan untuk menghasilkan paduan ringan - duralumin, sisanya adalah silumin, sisanya, dll. Aluminium juga digunakan sebagai bahan tambahan paduan pada paduan untuk memberikan ketahanan panas. Aluminium dan paduannya menempati salah satu tempat utama sebagai bahan struktural dalam konstruksi pesawat terbang, peroketan, teknik mesin, dll. Ketahanan korosi aluminium (terutama anodisasi) secara signifikan melebihi ketahanan korosi baja. Oleh karena itu, paduannya digunakan sebagai bahan struktural dan pembuatan kapal. Dengan unsur d, aluminium membentuk senyawa kimia - senyawa intermetalik (aluminida), dll, yang digunakan sebagai bahan tahan panas. Aluminium digunakan dalam aluminotermi untuk menghasilkan sejumlah logam dan untuk pengelasan menggunakan metode termit. Aluminotermi didasarkan pada afinitas tinggi aluminium terhadap oksigen. Misalnya, dalam reaksi yang berlangsung menurut persamaan

sekitar 3500 kJ panas dilepaskan dan suhu meningkat menjadi

Aluminium oksida dikenal dalam bentuk beberapa modifikasi. Modifikasi paling stabil ditemukan di kerak bumi dalam bentuk mineral korundum, dari mana cakram gerinda dan bubuk ampelas dibuat. Penggunaan korundum sebagai bahan abrasif didasarkan pada kekerasannya yang tinggi, kedua setelah kekerasan intan, karborundum dan borazon.Rubi buatan diperoleh dengan cara fusi. Mereka digunakan untuk membuat batu pendukung dalam mekanisme presisi. Baru-baru ini, batu rubi buatan telah digunakan dalam generator kuantum (laser). Produk yang terbuat dari digunakan sebagai refraktori dan dielektrik.

Aluminium hidroksida adalah senyawa polimer. Ini memiliki kisi kristal berlapis. Setiap lapisan terdiri dari oktahedra (Gbr. IX. 10); Ada ikatan hidrogen antar lapisan. Aluminium hidroksida yang diperoleh melalui reaksi pertukaran adalah endapan putih agar-agar, sangat larut dalam asam dan basa. Saat berdiri, sedimen “menua” dan kehilangan aktivitas kimianya. Ketika dikalsinasi, hidroksida kehilangan air dan berubah menjadi oksida.Salah satu bentuk hidroksida dehidrasi, aluminium gel, digunakan dalam teknologi sebagai adsorben.

Senyawa ini sangat menarik

Beras. IX. 10. Struktur lapisan yang dibentuk oleh satuan struktur oktahedral senyawa

aluminium - zeolit ​​​​yang berhubungan dengan aluminosilikat. Komposisinya dapat dinyatakan dengan rumus umum dimana atau (lebih jarang).

PERKENALAN

Subgrup boron merupakan subgrup utama dari grup III. Menurut klasifikasi IUPAC baru: 13 kelompok unsur Tabel Periodik Unsur Kimia DI Mendeleev, yang meliputi boron B, aluminium Al, galium Ga, indium In dan talium Tl. Semua unsur subkelompok ini, kecuali boron, adalah logam.

KARAKTERISTIK UMUM UNSUR KELOMPOK III SUBGROUP UTAMA

kimia boron thallium aluminium

Golongan III meliputi boron, aluminium, galium, indium, talium (subgrup utama), serta skandium, yttrium, lantanum dan lantanida, aktinium dan aktinida (subgrup samping).

Pada tingkat elektronik terluar unsur-unsur subkelompok utama terdapat tiga elektron (s 2 p 1). Mereka dengan mudah melepaskan elektron-elektron ini atau membentuk tiga elektron tidak berpasangan karena transisi satu elektron ke tingkat p. Boron dan aluminium dicirikan oleh senyawa hanya dengan bilangan oksidasi +3. Unsur-unsur subkelompok galium (gallium, indium, talium) juga memiliki tiga elektron pada tingkat elektronik terluar, membentuk konfigurasi s 2 p 1, tetapi terletak setelah lapisan 18 elektron. Oleh karena itu, tidak seperti aluminium, galium jelas memiliki sifat non-logam. Sifat-sifat pada deret Ga, In, Tl melemah, dan sifat logam meningkat.

Struktur elektronik lapisan valensi aktinida dalam banyak hal mirip dengan struktur elektronik lapisan valensi lantanida. Semua lantanida dan aktinida adalah logam khas.

Semua unsur golongan III memiliki afinitas yang sangat kuat terhadap oksigen, dan pembentukan oksidanya disertai dengan pelepasan panas dalam jumlah besar.

Elemen kelompok III memiliki beragam penerapan.

Boron ditemukan oleh J. Gay-Lussac dan L. Thénard pada tahun 1808. Kandungannya di kerak bumi adalah 1,2·10-3%.

Senyawa boron dengan logam (borida) memiliki kekerasan dan ketahanan panas yang tinggi. Oleh karena itu, mereka digunakan untuk memproduksi paduan khusus yang super keras dan tahan panas. Boron karbida dan boron nitrida memiliki ketahanan panas yang tinggi. Yang terakhir ini digunakan sebagai pelumas suhu tinggi. Kristal hidrat natrium tetraborat Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O (boraks) mempunyai komposisi yang konstan, larutannya digunakan dalam kimia analitik untuk menentukan konsentrasi larutan asam.

Senyawa galium dengan unsur golongan VI (belerang, selenium, telurium) bersifat semikonduktor. Termometer suhu tinggi diisi dengan galium cair.

Indium ditemukan oleh T. Richter dan F. Reich pada tahun 1863. Kandungannya di kerak bumi adalah 2,5·10-5%. Penambahan indium ke paduan tembaga meningkatkan ketahanannya terhadap aksi air laut. Menambahkan logam ini ke perak akan meningkatkan kilau perak dan mencegahnya ternoda di udara. Lapisan indium melindungi logam dari korosi. Ini adalah bagian dari beberapa paduan yang digunakan dalam kedokteran gigi, serta beberapa paduan dengan titik leleh rendah (paduan indium, bismut, timbal, timah, dan kadmium meleleh pada 47°C). Senyawa indium dengan berbagai nonlogam mempunyai sifat semikonduktor.

Talium ditemukan oleh W. Crookes pada tahun 1861. Kandungannya di kerak bumi adalah 10-4%. Paduan talium (10%) dengan timah (20%) dan timbal (70%) memiliki ketahanan asam yang sangat tinggi, tahan terhadap campuran asam sulfat, klorida, dan nitrat. Talium meningkatkan sensitivitas fotosel terhadap radiasi infra merah yang berasal dari benda yang dipanaskan. Senyawa talium sangat beracun dan menyebabkan rambut rontok.

Gallium, indium dan talium adalah elemen jejak. Kandungannya dalam bijih, pada umumnya, tidak melebihi seperseribu persen.

Dengan bertambahnya massa atom, sifat logam unsur-unsur tersebut meningkat. Boron adalah non-logam, unsur-unsur lainnya (subkelompok aluminium) adalah logam. Boron memiliki sifat yang sangat berbeda dari unsur lain dan lebih mirip dengan karbon dan silikon. Unsur-unsur lainnya adalah logam dengan titik leleh rendah, In dan Tl sangat lunak.

Sifat fisika unsur subkelompok utama golongan III

Semua elemen grup adalah trivalen , tetapi dengan bertambahnya nomor atom, valensi 1 menjadi lebih berkarakter(Tl didominasi monovalen).

Pada deret B-Al-Ga-In-Tl, keasaman menurun dan kebasaan hidroksida R(OH)3 meningkat. H 3 VO 3 adalah asam, Al(OH) 3 dan Ga(OH) 3 adalah basa amfoter, In(OH) 3 dan Tl(OH) 3 adalah basa tipikal. ТlON adalah basis yang kuat.

Mari kita perhatikan sifat-sifat hanya dua unsur: secara rinci - aluminium, sebagai perwakilan khas logam-p, yang sangat banyak digunakan dalam praktik, dan secara skematis - boron, sebagai perwakilan dari "semi-logam" dan menunjukkan sifat-sifat anomali jika dibandingkan dengan semua elemen subgrup lainnya.

Aluminium adalah logam paling melimpah di Bumi (peringkat ke-3 di antara semua unsur; 8% komposisi kerak bumi). Ia tidak terdapat di alam sebagai logam bebas; merupakan bagian dari alumina (Al 2 O 3), bauksit (Al 2 O 3 xH 2 O). Selain itu, aluminium ditemukan sebagai silikat pada batuan seperti tanah liat, mika, dan feldspar.

Aluminium memiliki satu isotop stabil, boron memiliki dua: 19,9% dan 80,1%.

Kuitansi;

1. Elektrolisis lelehan AlCl 3:

2AlCl 3 = 2Al + 3Cl 2

2. Metode industri utama adalah elektrolisis lelehan Al 2 O 3 (alumina) dalam kriolit 3NaF AlF 3:

2Al 2 O 3 = 4AI + 3O 2

3. Vakum termal:

AlCl 3 + ZK = Al + 3KCl

Properti fisik.

Aluminium dalam bentuk bebasnya merupakan logam berwarna putih keperakan dengan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi. Aluminium memiliki kepadatan yang rendah - sekitar tiga kali lebih kecil dari besi atau tembaga, dan pada saat yang sama merupakan logam yang tahan lama.

Boron ada dalam beberapa modifikasi alotropik. Boron amorf adalah bubuk coklat tua. Boron kristal berwarna abu-abu kehitaman, dengan kilau metalik. Dalam hal kekerasan, kristal boron menempati urutan kedua (setelah intan) di antara semua zat. Pada suhu kamar, boron merupakan konduktor listrik yang buruk; sama seperti silikon, ia memiliki sifat semikonduktor.

Sifat kimia.

Permukaan aluminium biasanya ditutupi dengan lapisan oksida Al 2 O 3 yang tahan lama, yang melindunginya dari interaksi dengan lingkungan. Jika lapisan film ini dihilangkan, logam dapat bereaksi kuat dengan air:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + ZH 2.

Dalam bentuk serutan atau bubuk, ia terbakar terang di udara, melepaskan sejumlah besar panas:

2Al + 3/2O 2 = Al 2 O 3 + 1676 kJ.

Keadaan ini digunakan untuk memperoleh sejumlah logam dari oksidanya dengan metode aluminotermi. Ini adalah nama yang diberikan untuk reduksi dengan bubuk aluminium dari logam-logam yang kalor pembentukan oksidanya lebih kecil dari kalor pembentukan Al 2 O 3, misalnya:

Cr 2 O 3 + 2Al = 2Cr + Al 2 O 3 + 539 kJ.

membosankan, tidak seperti aluminium, bersifat inert secara kimia (terutama kristal). Oleh karena itu, ia bereaksi dengan oksigen hanya pada suhu yang sangat tinggi (> 700°C) dengan pembentukan borat anhidrida B 2 O 3:

2B + ZO 2 = 2B 2 O 3,

Boron tidak bereaksi dengan air dalam keadaan apapun. Pada suhu yang lebih tinggi (> 1200°C) ia bereaksi dengan nitrogen, menghasilkan boron nitrida (digunakan untuk pembuatan bahan tahan api):

Boron hanya bereaksi dengan fluor pada suhu kamar, reaksi dengan klorin dan bromin hanya terjadi pada pemanasan kuat (masing-masing 400 dan 600 °C); dalam semua kasus ini, ia membentuk BHal 3 trihalida - cairan mudah menguap yang menguap di udara dan mudah dihidrolisis oleh air:

2B + 3Hal 2 = 2BAl 3.

Sebagai hasil hidrolisis, terbentuk asam ortoborat (borat) H 3 BO 3:

VNal ​​​​3 + 3H 2 O = H 3 VO 3 + ZNNAl.

Berbeda dengan boron, aluminium Sudah pada suhu kamar, ia aktif bereaksi dengan semua halogen, membentuk halida. Ketika dipanaskan, ia bereaksi dengan belerang (200 °C), nitrogen (800 °C), fosfor (500 °C) dan karbon (2000 °C):

2Al + 3S = Al 2 S 3 (aluminium sulfida),

2Al + N 2 = 2AlN (aluminium nitrida),

Al + P = AlP (aluminium fosfida),

4Al + 3C = Al 4 C 3 (aluminium karbida).

Semua senyawa ini terhidrolisis sempurna untuk membentuk aluminium hidroksida dan, karenanya, hidrogen sulfida, amonia, fosfin, dan metana.

Aluminium mudah larut dalam asam klorida dengan konsentrasi berapa pun:

2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + ZN 2.

Asam sulfat dan nitrat pekat tidak berpengaruh pada aluminium dalam cuaca dingin. Saat dipanaskan, aluminium mampu mereduksi asam-asam ini tanpa melepaskan hidrogen:

2Al + 6H 2 SO 4 (konsentrasi) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O,

Al + 6HNO 3(konsentrasi) = Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Aluminium larut dalam asam sulfat encer, melepaskan hidrogen:

2Al + 3H 2 JADI 4 = Al 2 (JADI 4) 3 + 3H 2.

Dalam asam nitrat encer, reaksi berlangsung dengan pelepasan oksida nitrat (II):

Al + 4HNO 3 = Al(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Aluminium larut dalam larutan alkali dan logam alkali karbonat membentuk tetrahidroksialuminat:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2.

Asam yang bukan zat pengoksidasi tidak bereaksi dengan boron dan hanya HNO 3 pekat yang mengoksidasinya menjadi asam borat:

B + HNO 3 (konsentrasi) + H 2 O = H 3 VO 3 + NO

Senyawa dengan bilangan oksidasi +3. Senyawa boron yang paling penting adalah hidrida, halida, oksida, asam borat dan garamnya.

Boron oksida- B 2 O 3 - massa kaca yang tidak berwarna dan rapuh, oksida asam, menambahkan air dengan kuat untuk membentuk asam ortoborat:

B 2 O 3 + 3H 2 O = 2H 3 BO 3

H 3 BO 3 adalah asam monoprotik yang sangat lemah, dan sifat asamnya muncul bukan karena eliminasi kation hidrogen, tetapi karena pengikatan anion hidroksida:

H 3 BO 3 + H 2 OH + + - ; pK a = 9,0

Saat dipanaskan, asam borat kehilangan air secara bertahap, mula-mula membentuk asam metaborat dan kemudian boron oksida:

H 3 BO 3 ¾® HBO 2 ¾® B 2 O 3

Ketika berinteraksi dengan basa, ia membentuk tetraborat - garam dari asam tetraborat hipotetis:

4H 3 BO 3 + 2NaOH = Na 2 B 4 O 7 + 7H 2 O

Kebanyakan garam - borat - tidak larut dalam air, kecuali borat dari unsur s. Natrium tetraborat Na 2 B 4 O 7 digunakan lebih banyak daripada yang lain. Sebagian besar, borat bersifat polimer dan diisolasi dari larutan dalam bentuk kristal hidrat. Asam borat polimer tidak dapat diisolasi dari larutan karena mudah terhidrasi. Oleh karena itu, ketika asam bekerja pada poliborat, asam borat biasanya dilepaskan ( reaksi ini digunakan untuk menghasilkan asam):

Na 2 B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O = 4H 3 BO 3 + Na 2 SO 4

Metaborat anhidrat dibuat dengan menggabungkan boron oksida atau asam borat dengan oksida logam:

CaO + B 2 O 3 = Ca(BO 2) 2

Senyawa aluminium yang paling penting adalah aluminium oksida dan aluminium hidroksida.

Aluminium oksida Al2O3 adalah zat kristal putih tahan api, tidak larut dalam air. Dalam kondisi laboratorium, aluminium oksida dihasilkan dengan membakar aluminium atau dengan dekomposisi termal aluminium hidroksida:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

2Al (OH) 3 → Al2O3 + 3H2O.

Menurut sifat kimianya, aluminium oksida bersifat amfoter. Bereaksi dengan asam, menunjukkan sifat-sifat oksida basa:

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O.

Bereaksi dengan basa, ia menunjukkan sifat oksida asam. Senyawa kompleks terbentuk dalam larutan alkali:

Al2O3 + 2KOH + 3H2O = 2K.

Ketika menyatu, garam asam meta-aluminium terbentuk, misalnya kalium meta-aluminat:

Al2O3 + 2KOH→2KAlO2 + H2O.

Modifikasi kristal alami aluminium oksida (korundum) digunakan dalam BERMACAM-MACAM bidang ilmu pengetahuan dan produksi. Rubi, misalnya, merupakan bahan pembuatan batu kerja untuk mekanisme presisi. Kristal korundum adalah media kerja laser. Rubi dan safir digunakan untuk finishing perhiasan. Aluminium oksida adalah komponen utama ampelas - bahan abrasif. Sifat tahan api dan ketahanan korosi aluminium oksida menentukan penggunaannya untuk pembuatan peralatan gelas kimia tahan panas dan batu bata untuk tungku kaca.

Aluminium hidroksida Al (OH) 3 adalah zat kristal putih yang tidak larut dalam air. Aluminium hidroksida diproduksi di laboratorium dari garam aluminium yang larut ketika berinteraksi dengan larutan alkali, misalnya:

AlCl3 + 3KOH = Al (OH) 3 ↓+ 3KCl.

Aluminium hidroksida yang dihasilkan tampak seperti endapan agar-agar.

Aluminium hidroksida menunjukkan sifat amfoter dan larut dalam asam dan basa:

Al(OH)3 + 3HCl →AlCl3 + 3H2O

Al (OH) 3 + NaOH → Na.

Ketika aluminium hidroksida menyatu dengan natrium hidroksida, natrium metaaluminat terbentuk:

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O.

Kemampuan aluminium hidroksida untuk bereaksi dengan asam digunakan dalam terapi. Ini adalah bagian dari obat-obatan yang digunakan untuk mengurangi keasaman dan meredakan sakit maag.

Reaksi dengan barium klorida. Ion borat, ketika berinteraksi dengan barium klorida dalam larutan berair, membentuk endapan kristal putih barium metaborat Ba(BO 2) 2

Reaksi analitik kation aluminium Al 3+

1. Reaksi dengan basa:

A1 3+ + 3 OH→A1(OH) 3 ↓ (putih)

2. Reaksi dengan kobalt nitrat - pembentukan -thenar blue.

Biru Thenar adalah campuran biru aluminium dan oksida kobalt.

2 A1 2 (SO 4) 3 + 2 Co(NO 3) 2 -tT-> 2 Co(A1O 2) 2 + 4 NO 2 + 6 SO 3 + O 2.

Boron adalah elemen jejak; fraksi massanya dalam tubuh manusia adalah 10 -5 %. Boron terkonsentrasi terutama di paru-paru (0,34 mg), kelenjar tiroid (0,30 mg), limpa (0,26 mg), hati, otak (0,22 mg), ginjal, otot jantung (0,21 mg) . Efek biologis boron belum cukup dipelajari. Diketahui bahwa boron termasuk dalam komposisi gigi dan tulang, tampaknya dalam bentuk garam asam borat yang sedikit larut dengan kation logam.

Tabel 19 - Karakteristik unsur 3Ап/golongan

Aluminium berada di subkelompok utama Golongan III Tabel Periodik. Atom-atom unsur subkelompok dalam keadaan dasar memiliki struktur kulit elektron terluar sebagai berikut: ns 2 np 1. Pada tingkat energi terluar atom terdapat orbital p bebas, yang memungkinkan atom masuk ke keadaan tereksitasi. Dalam keadaan tereksitasi, atom-atom unsur ini membentuk tiga ikatan kovalen atau melepaskan tiga elektron valensi sepenuhnya, menunjukkan bilangan oksidasi +3.

Aluminium adalah logam paling melimpah di bumi: fraksi massanya di kerak bumi adalah 8,8%. Sebagian besar aluminium alami merupakan bagian dari aluminosilikat - zat yang komponen utamanya adalah silikon dan aluminium oksida. Aluminosilikat ditemukan di banyak batuan dan tanah liat.

Sifat: Al adalah logam berwarna putih keperakan, merupakan logam yang dapat melebur dan ringan. Ini memiliki keuletan tinggi, konduktivitas listrik dan termal yang baik. Al adalah logam reaktif. Namun, aktivitasnya dalam kondisi normal agak berkurang karena adanya lapisan oksida tipis yang terbentuk pada permukaan logam ketika bersentuhan dengan udara.

1. Interaksi dengan nonlogam. Dalam kondisi normal, aluminium bereaksi dengan klorin dan brom:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

Saat dipanaskan, aluminium bereaksi dengan banyak non-logam:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

2Al + N 2 = 2AlN

4Al + 3C = Al 4 C 3

2. Interaksi dengan air. Karena lapisan oksida pelindung di permukaan, aluminium tahan terhadap air. Namun, ketika film ini dihilangkan, terjadi interaksi yang kuat:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

2. Interaksi dengan asam. Aluminium bereaksi dengan asam klorida dan asam sulfat encer:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2Al + 3H 2 JADI 4 = Al 2 (JADI 4) 3 + 3H 2

Asam nitrat dan asam sulfat pekat mempasifkan aluminium: aksi asam ini meningkatkan ketebalan lapisan pelindung pada logam, dan tidak larut.

4. Interaksi dengan basa. Aluminium bereaksi dengan larutan alkali menghasilkan hidrogen dan membentuk garam kompleks:

2Al + 6NaOH + 6H 2 O = 2Na 3 + 3H 2

5. Reduksi oksida logam. Aluminium adalah zat pereduksi yang baik untuk banyak oksida logam:

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Aluminium oksida dan hidroksida. Aluminium oksida, atau alumina, Al 2 O 3 adalah bubuk putih. Aluminium oksida dapat diproduksi dengan membakar logam atau mengkalsinasi aluminium hidroksida:

2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

Aluminium oksida praktis tidak larut dalam air. Hidroksida Al(OH) 3 yang berhubungan dengan oksida ini diperoleh dengan aksi amonium hidroksida atau larutan alkali, yang diambil dalam keadaan kekurangan, pada larutan garam aluminium:

AlCl 3 + 3NH 3 ∙ H 2 O = Al(OH) 3 ↓ + 3NH 4 Cl

Oksida dan hidroksida logam ini bersifat amfoter, yaitu. menunjukkan sifat basa dan asam.

Properti dasar:

Al 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Sifat asam:

Al 2 O 3 + 6KOH + 3H 2 O = 2K 3

2Al(OH)3 + 6KOH = K3

Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

Produksi. Aluminium diproduksi dengan metode elektrolitik. Ia tidak dapat diisolasi dari larutan garam dalam air, karena adalah logam yang sangat aktif. Oleh karena itu, metode industri utama untuk memproduksi logam aluminium adalah elektrolisis lelehan yang mengandung aluminium oksida dan kriolit.

Aplikasi. Logam aluminium banyak digunakan dalam industri dan menempati urutan kedua dalam volume produksi setelah besi. Sebagian besar aluminium digunakan untuk membuat paduan:

Duralumin adalah paduan aluminium yang mengandung tembaga dan sejumlah kecil magnesium, mangan, dan komponen lainnya. Duralumin adalah paduan yang ringan, tahan lama, dan tahan korosi. Digunakan dalam bidang pesawat terbang dan teknik mesin.

Magnalin adalah paduan aluminium dan magnesium. Digunakan dalam bidang pesawat terbang dan teknik mesin, dalam konstruksi. Ini tahan terhadap korosi di air laut, oleh karena itu digunakan dalam pembuatan kapal.

Silumin adalah paduan aluminium yang mengandung silikon. Dapat dicasting dengan baik. Paduan ini digunakan dalam otomotif, pesawat terbang dan teknik mesin, serta dalam produksi instrumen presisi.

Aluminium adalah logam ulet, sehingga dibuat foil tipis, digunakan dalam produksi produk teknik radio dan untuk pengemasan barang. Kabel dan cat perak terbuat dari aluminium.

Tugas dengan fokus profesional

1. Untuk mengupas umbi-umbian setelah dicuci, disiram dengan larutan soda abu mendidih (W = 4%). Jika terdapat kelebihan asam klorida dalam cairan lambung, hewan diberikan larutan soda kue. Tuliskan rumus zat-zat tersebut. Sebutkan bidang penerapan garam natrium dan kalium lainnya dalam praktik pertanian dan kehidupan sehari-hari.

2. Kalium iodida banyak digunakan untuk memberi makan hewan dengan unsur mikro dan untuk menghilangkan kelebihan bunga pada pohon apel. Tuliskan persamaan reaksi menghasilkan kalium iodida, sebutkan zat pengoksidasi dan zat pereduksinya.

3. Mengapa abu kayu (abu mengandung ion kalium K+ dan karbonat – ion CO 3 2-), digunakan untuk menyuburkan lahan, dianjurkan disimpan di dalam ruangan atau di bawah kanopi? Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi ketika abu dibasahi.

4. Terlalu banyak keasaman dalam tanah berdampak buruk bagi tanaman. Dalam hal ini, perlu dilakukan pengapuran tanah. Menambahkan batu kapur CaCO 3 ke dalam tanah mengurangi keasaman. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi pada kasus ini.

5. Keasaman tanah tidak berubah dengan penambahan superfosfat. Namun keasaman superfosfat yang mengandung asam fosfat berlebih berbahaya bagi tanaman. Untuk menetralisirnya ditambahkan CaCO 3. Tidak mungkin menambahkan Ca(OH) 2, karena superfosfat akan berubah menjadi senyawa yang sulit diasimilasi oleh tanaman. Tuliskan persamaan untuk reaksi yang sesuai.

6. Untuk mengendalikan hama pada biji-bijian, buah-buahan dan sayuran, digunakan kaporit dengan takaran 35 g per 1 m 3 ruangan. Hitung massa natrium klorida yang cukup untuk mengolah 300 m 3 ruangan dengan klorin yang diperoleh dengan elektrolisis garam cair.

7. Untuk setiap 100 sen panen tanaman umbi-umbian dan pucuk bit, sekitar 70 kg kalium oksida dihilangkan dari tanah. Berapakah massa silvinit KCl NaCl yang mengandung kalium klorida dengan fraksi massa 0,56 yang dapat mengkompensasi kehilangan tersebut?

8. Untuk memberi makan kentang, gunakan larutan kalium klorida dengan fraksi massa 0,04. Hitung massa pupuk kalium (KCl) yang diperlukan untuk memperoleh 20 kg larutan tersebut.

9. Saat menyiapkan larutan nutrisi untuk memberi makan tanaman, ambil 1 g KNO 3, 1 g MgSO 4, 1 g KN 2 PO 4, 1 g Ca(NO 3) 2 per 400 ml air. Hitung fraksi massa (dalam%) setiap zat dalam larutan yang dihasilkan.

10. Untuk menjaga butiran basah agar tidak membusuk, maka diolah dengan natrium hidrogen sulfat NaHSO 4. Hitung massa natrium hidrogen sulfat, yang diperoleh dengan mereaksikan 120 g natrium hidroksida dengan larutan asam sulfat.

11. Pupuk manakah yang lebih banyak mengandung kalium: kalium nitrat (KNO 3), kalium (K 2 CO 3) atau kalium klorida (KCl)?

12. Kalsium sianamida digunakan untuk defoliasi kapas sebelum panen selama pemanenan mekanis. Temukan rumus senyawa ini, dengan mengetahui bahwa fraksi massa kalsium, karbon, dan nitrogen masing-masing adalah 0,5; 0,15; 0,35.

13. Ketika menganalisis abu kayu yang digunakan dalam peternakan sebagai pakan ternak, ditemukan bahwa abu seberat 70 g mengandung 18,4 g kalsium, 0,07 g fosfor, dan 2,3 g natrium. Hitung fraksi massa (dalam %) setiap unsur dalam pupuk tertentu.

14. Berapa banyak batu kapur yang mengandung 90% kalsium karbonat yang harus diaplikasikan pada lahan seluas 30 hektar jika pengapuran dilakukan dengan takaran 4 ton CaO per hektar.

15. Terdapat: a) amonium nitrat murni, b) silvinit teknis yang mengandung 33% kalium. Dengan mencampurkan bahan-bahan tersebut diperlukan satu ton pupuk nitrogen-kalium yang mengandung 15% nitrogen. Berapa jumlah kedua bahan yang harus dicampur dan berapa persentase kalium yang terkandung dalam campuran tersebut?

4.9 Bagian: Logam transisi utama

Tujuan: Mempelajari sifat-sifat logam subkelompok samping dan senyawanya

Logam transisi adalah unsur subkelompok sekunder pada tabel periodik.