Bora apakšgrupa ir III grupas galvenā apakšgrupa. Saskaņā ar jauno IUPAC klasifikāciju: D.I.Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās tabulas 13 elementu grupa, kurā ietilpst bors B, alumīnijs Al, gallijs Ga, indijs In un tallijs Tl. Visi šīs apakšgrupas elementi, izņemot boru, ir metāli.

III grupā ietilpst bors, alumīnijs, gallijs, indijs, tallijs (galvenā apakšgrupa), kā arī skandijs, itrijs, lantāns un lantanīdi, aktīnijs un aktinīdi (sānu apakšgrupa).

Galvenās apakšgrupas elementu ārējā elektroniskā līmenī ir trīs elektroni (s 2 p 1). Viņi viegli atsakās no šiem elektroniem vai veido trīs nepāra elektronus, pateicoties viena elektrona pārejai uz p līmeni. Boram un alumīnijam raksturīgi savienojumi tikai ar oksidācijas pakāpi +3. Gallija apakšgrupas elementiem (gallijs, indijs, tallijs) ārējā elektroniskajā līmenī ir arī trīs elektroni, kas veido s 2 p 1 konfigurāciju, bet tie atrodas aiz 18 elektronu slāņa. Tāpēc, atšķirībā no alumīnija, gallijam ir nepārprotami nemetāliskas īpašības. Šīs sērijas Ga, In, Tl īpašības vājinās un palielinās metāliskās īpašības.

Aktinīda valences slāņa elektroniskā struktūra daudzējādā ziņā ir līdzīga lantanīda valences slāņa elektroniskajai struktūrai. Visi lantanīdi un aktinīdi ir tipiski metāli.

Visiem III grupas elementiem ir ļoti spēcīga afinitāte pret skābekli, un to oksīdu veidošanos pavada liela siltuma daudzuma izdalīšanās.

III grupas elementiem ir plašs pielietojums.

Boru 1808. gadā atklāja J. Gay-Lussac un L. Thénard. Tā saturs zemes garozā ir 1,2·10-3%.

Bora savienojumiem ar metāliem (borīdiem) ir augsta cietība un karstumizturība. Tāpēc tos izmanto īpaši cietu un karstumizturīgu speciālu sakausējumu ražošanai. Bora karbīdam un bora nitrīdam ir lieliska karstumizturība. Pēdējo izmanto kā augstas temperatūras smērvielu. Nātrija tetraborāta Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O (boraks) kristāliskais hidrāts ir nemainīgs sastāvs, tā šķīdumus izmanto analītiskajā ķīmijā skābju šķīdumu koncentrācijas noteikšanai.

Gallija savienojumi ar VI grupas elementiem (sērs, selēns, telūrs) ir pusvadītāji. Augstas temperatūras termometri ir piepildīti ar šķidru galliju.

Indiju 1863. gadā atklāja T. Rihters un F. Reihs. Tā saturs zemes garozā ir 2,5·10-5%. Indija pievienošana vara sakausējumiem palielina to izturību pret jūras ūdens iedarbību. Šī metāla pievienošana sudrabam palielina sudraba spīdumu un novērš tā aptraipīšanu gaisā. Indija pārklājumi aizsargā metālus no korozijas. Tas ir daļa no dažiem sakausējumiem, ko izmanto zobārstniecībā, kā arī no dažiem sakausējumiem ar zemu kušanas temperatūru (indija, bismuta, svina, alvas un kadmija sakausējums kūst 47 ° C temperatūrā). Indija savienojumiem ar dažādiem nemetāliem ir pusvadītāju īpašības.

Talliju atklāja V. Krūkss 1861. gadā. Tā saturs zemes garozā ir 10-4%. Tallija (10%) sakausējumam ar alvu (20%) un svinu (70%) ir ļoti augsta skābju izturība, tas var izturēt sērskābes, sālsskābes un slāpekļskābes maisījuma iedarbību. Tallijs palielina fotoelementu jutību pret infrasarkano starojumu, kas izplūst no sakarsušiem objektiem. Tallija savienojumi ir ļoti toksiski un izraisa matu izkrišanu.

Gallijs, indijs un tallijs ir mikroelementi. To saturs rūdās, kā likums, nepārsniedz procenta tūkstošdaļas.

BORA ĶĪMISKĀS ĪPAŠĪBAS. PIETEIKUMS

Ciets, trausls, spīdīgi melns pusmetāls.

Ķīmiski parastos apstākļos bors ir diezgan inerts un tikai aktīvi mijiedarbojas ar fluoru, un kristāliskais bors ir mazāk aktīvs nekā amorfais bors.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās bora aktivitāte un tas savienojas ar skābekli, sēru un halogēniem. Karsējot gaisā līdz 700°C, bors sadeg ar sarkanīgu liesmu, veidojot boranhidrīdu B 2 O 3 – bezkrāsainu stiklveida masu.

Karsējot virs 900 °C, bors un slāpeklis veido bora nitrīdu BN; karsējot ar akmeņoglēm, bora karbīdu B 4 C 3; ar metāliem - borīdus.

Bors nereaģē ar ūdeņradi; tā hidrīdus (borhidrīdus) iegūst netieši. Sarkanā karstuma temperatūrā bors mijiedarbojas ar ūdens tvaikiem:

2B + 3H2O = B2O3 + 3H2.

Bors reaģē tikai ar karstu slāpekļskābi, sērskābi un ūdeni, veidojot borskābi H 3 BO 3 .

Lēnām šķīst koncentrētos sārmu šķīdumos, veidojot borātus.

Spēcīgi karsējot, boram piemīt atjaunojošas īpašības. Tas spēj, piemēram, reducēt silīciju vai fosforu no to oksīdiem:

Šo bora īpašību var izskaidrot ar ļoti augsto ķīmisko saišu stiprību bora oksīdā B2O3.

Pieteikums.

Elementārais bors

Bors (šķiedru veidā) kalpo kā stiprinošs līdzeklis daudziem kompozītmateriāliem.

Boru bieži izmanto arī elektronikā, lai mainītu silīcija vadītspējas veidu.

Boru metalurģijā izmanto kā mikroleģējošu elementu, kas būtiski paaugstina tēraudu rūdāmību.

Bora savienojumi.

Bora karbīdu kompaktā veidā izmanto gāzu dinamisko gultņu ražošanā.

Perborāti / peroksoborāti (satur 2 jonus) Tehniskais produkts satur līdz 10,4% “aktīvā skābekļa”, uz to bāzes tiek ražoti balinātāji, kas “nesatur hloru” (“persil”, “persol” u.c.).

Atsevišķi ir arī vērts norādīt, ka bora-oglekļa-silīcija sakausējumiem ir īpaši augsta cietība un tie spēj aizstāt jebkuru slīpēšanas materiālu (izņemot oglekļa nitrīdu, dimantu, bora nitrīdu mikrocietības ziņā), kā arī izmaksu un slīpēšanas ziņā. efektivitāte (ekonomiska) tie pārspēj visus cilvēcei zināmos abrazīvos materiālus.

Bora un magnija sakausējumam (magnija diborīdam MgB2) pašlaik ir rekordaugsta kritiskā temperatūra pārejai uz supravadīšanas stāvokli starp I tipa supravadītājiem. Iepriekš minētā raksta parādīšanās veicināja lielu darba pieaugumu par šo tēmu.

Borskābi (H 3 BO 3) plaši izmanto kodolenerģētikā kā neitronu absorbētāju VVER tipa (PWR) kodolreaktoros, izmantojot “termiskos” (“lēnos”) neitronus. Pateicoties tās neitroniskajām īpašībām un spējai šķīst ūdenī, borskābes izmantošana ļauj vienmērīgi (ne pakāpeniski) regulēt kodolreaktora jaudu, mainot tā koncentrāciju dzesēšanas šķidrumā - tā saukto “bora regulējumu”. .

Borohidrīdi un bororganiskie savienojumi

Vairāki organiskie bora atvasinājumi (borhidrīdi) ir ārkārtīgi efektīvas raķešu degvielas (diborāns (B2H4), pentaborāns, tetraborāns utt.), un daži polimēru savienojumi ar ūdeņradi un oglekli ir ārkārtīgi izturīgi pret ķīmiskām ietekmēm un augstām temperatūrām, piemēram, plaši pazīstamais plastmasas Carborane-22.

Bioloģiskā loma

Bors ir svarīgs mikroelements, kas nepieciešams augu normālai darbībai. Bora trūkums aptur to attīstību un izraisa dažādas slimības kultivētajos augos. Tas ir balstīts uz oksidatīvo un enerģijas procesu traucējumiem audos un būtisku vielu biosintēzes samazināšanos. Ja augsnē ir bora deficīts, lauksaimniecībā izmanto bora mikromēslus (borskābi, boraks un citus), lai palielinātu ražu, uzlabotu produktu kvalitāti un novērstu vairākas augu slimības.

Bora loma dzīvnieku organismā nav noskaidrota. Cilvēka muskuļu audos ir (0,33-1) 10 - 4% bora, kaulaudos (1,1-3,3) 10 - 4%, bet asinīs - 0,13 mg/l. Katru dienu ar ēdienu cilvēks saņem 1-3 mg bora. Toksiskā deva - 4 g.

Viens no retajiem radzenes distrofijas veidiem ir saistīts ar gēnu, kas kodē transportera proteīnu, kas, iespējams, regulē intracelulāro bora koncentrāciju.

D. I. Mendeļejeva periodiskās tabulas III grupas p-elementi ietver: boru B, alumīnija gallija indiju un talliju. Atomu elektroniskā konfigurācija

Zemāk ir salīdzinātas dažas konstantes, kas raksturo aplūkojamās grupas p-elementu atomu īpašības un atbilstošās metāliskās vielas:

III grupas elementu īpašības ietekmē d-saspiešana, kas atrodas periodiskajā tabulā mazajā III periodā un lielajos periodos uzreiz aiz d-elementiem). Tādējādi atoma rādiuss nedaudz samazinās, un palielinās pirmais jonizācijas potenciāls. Tallija atomu īpašības ietekmē arī -saspiešana. Tāpēc atoma rādiuss ir tuvu atoma rādiusam un jonizācijas enerģija ir nedaudz lielāka.

Bor. Atbilstoši atoma elektroniskajai struktūrai bors var būt vienvērtīgs (viens nepāra elektrons enerģijas apakšlīmenī). Tomēr boram raksturīgākie ir tie savienojumi, kuros tas ir trīsvērtīgs (kad atoms ir ierosināts, enerģijas un -apakšlīmenī ir trīs nepāra elektroni).

Brīvā orbitāle ierosinātajā bora atomā nosaka daudzu tā savienojumu akceptorīpašības, kurās saskaņā ar apmaiņas kovalento mehānismu veidojas trīs kovalentās saites (piemēram, Šie savienojumi ir pakļauti daļiņu pievienošanai ar elektronu donora īpašībām , t.i., uz citas kovalentās saites veidošanos saskaņā ar donora-akceptora mehānismu. Piemēram:

Ir zināmi divi bora izotopi: Izotopu atomu kodoli viegli absorbē neitronus:

Bora spēja absorbēt neitronus nosaka tā izmantošanu kodolenerģijā: kodolreaktoru vadības stieņi ir izgatavoti no boru saturošiem materiāliem.

Melnie bora kristāli; tie ir ugunsizturīgi (mp 2300 °C), diamagnētiski un tiem piemīt pusvadītāju īpašības (joslas sprauga. Bora, tāpat kā citu metālu, elektriskā vadītspēja ir maza un nedaudz palielinās, palielinoties temperatūrai.

Istabas temperatūrā bors ir ķīmiski inerts un tieši mijiedarbojas tikai ar fluoru; Karsējot boru oksidē hlors, skābeklis un daži citi nemetāli. Piemēram:

Savienojumos ar nemetāliem bora oksidācijas pakāpe ir kovalenta.

Bora trioksīds ir kristāliska viela (temp. 450 °C, viršanas temperatūra 2250 °C), kam raksturīgas augstas entalpijas un Gibsa veidošanās enerģijas vērtības. Mijiedarbojoties ar ūdeni, tas pārvēršas borskābē:

Ļoti vāja monoprotiska skābe. Elektrolītiskā disociācija ar tikai viena jona izvadīšanu ir izskaidrojama ar iepriekš aprakstītajām bora akceptorīpašībām: bora atoma brīvā -orbitāle tiek nodrošināta elektronu donoram, kas veidojas molekulu disociācijas laikā Process notiek saskaņā ar shēmu.

Kompleksajam anjonam ir tetraedriska struktūra (-elektronu orbitāļu hibridizācija).

Bora akceptor īpašības savienojumos ar oksidācijas pakāpi izpaužas arī tā halogenīdu ķīmijā. Piemēram, reakcijas ir viegli īstenojamas

kurā ķīmisko saiti starp un vai veido donora-akceptora mehānisms. Bora halogenīdu īpašība būt elektronu akceptoriem nosaka to plašo izmantošanu kā katalizatoru organisko savienojumu sintēzes reakcijās.

Bors tieši mijiedarbojas ar ūdeņradi, bet veido borīdus ar metāliem - parasti nestehiometriskus savienojumus

Bora hidrīdi (borāni) ir ļoti indīgi un tiem ir ļoti nepatīkama smaka. Tie tiek iegūti netieši, visbiežāk

reaģējot ķīmiski aktīvos borīdus ar skābēm vai bora halogenīdus ar sārmu metālu hidrīdiem:

Vienkāršākā bora un ūdeņraža kombinācija parastos apstākļos nepastāv. -Elektronu orbitāļu hibridizācija bora atomā noved pie daļiņas koordinācijas nepiesātinājuma, kā rezultātā divas šādas daļiņas apvienojas diborāna molekulā:

Diborānā bors ir -hibridizācijas stāvoklī, un katram bora atomam viena no četrām hibrīda orbitālēm ir tukša, bet pārējās trīs pārklājas ar ūdeņraža atomu -orbitālēm. Saites starp grupām molekulā veidojas kā ūdeņraža saite sakarā ar elektronu blīvuma nobīdi no viena grupas ūdeņraža atoma uz tukšu citas grupas orbitāli Ir zināmi arī citi borāni, kurus var attēlot divās rindās

Metālu borīdi ir reaktīvi, un tos bieži izmanto borāna maisījumu ražošanai, ja tos apstrādā ar skābēm. Lielākā daļa borīdu ir karstumizturīgi, ļoti cieti un ķīmiski stabili. Tos plaši izmanto tieši sakausējumu veidā reaktīvo dzinēju detaļu un gāzturbīnu lāpstiņu ražošanai. Dažus borīdus izmanto elektronisko ierīču katodu izgatavošanai.

Alumīnijs. Alumīnija atoma elektronisko konfigurāciju izsaka ar formulu Atoma ārējā elektronu slānī ir viens nepāra elektrons:

Tāpēc alumīnija valence var būt vienāda ar vienu. Tomēr šī valence nav raksturīga alumīnijam. Visos stabilajos savienojumos alumīnija oksidācijas pakāpe ir vienāda Valence, kas vienāda ar trīs, atbilst atoma ierosinātajam stāvoklim

Savas pārpilnības ziņā alumīnijs ieņem ceturto vietu starp visiem elementiem (pēc O, H un Si) un ir visizplatītākais metāls dabā. Alumīnija lielākā daļa ir koncentrēta aluminosilikātos: laukšpatos, vizlās utt.

Alumīnijs ir sudrabaini balts, viegls un īpaši plastisks metāls ar augstu siltuma un elektrisko vadītspēju.

Alumīnijs ir reaktīvs; Tas reaģē ar hloru un bromu istabas temperatūrā un ar jodu - sildot vai ūdens klātbūtnē kā katalizators. 800 ° C temperatūrā alumīnijs mijiedarbojas ar slāpekli, bet 2000 ° C - ar oglekli. Alumīnijam ir augsta ķīmiskā afinitāte pret skābekli:

Gaisā alumīnijs ir pārklāts ar ļoti izturīgu, plānu oksīda plēvi, kas nedaudz vājina alumīnija metālisko spīdumu. Pateicoties oksīda plēvei, alumīnija virsma iegūst augstu izturību pret koroziju. Tas galvenokārt izpaužas kā alumīnija vienaldzība pret ūdeni un ūdens tvaikiem. Pateicoties aizsargplēves veidošanai, alumīnijs ir izturīgs pret koncentrētu slāpekļskābi un sērskābi. Šīs skābes pasīvā alumīniju aukstumā. Tendence uz pasivāciju ļauj palielināt alumīnija izturību pret koroziju, apstrādājot tā virsmu ar spēcīgiem oksidētājiem (piemēram,) vai izmantojot anodisko oksidēšanu. Šajā gadījumā oksīda plēves biezums palielinās līdz Augstā temperatūrā aizsargplēves izturība strauji samazinās. Ja oksīda plēvi noņem ar mehānisku spēku, alumīnijs kļūst ārkārtīgi reaktīvs. Tas enerģiski reaģē ar ūdeni un skābju un sārmu ūdens šķīdumiem, izspiežot ūdeņradi un veidojot katjonus vai anjonus. Alumīnija mijiedarbība ar skābes šķīdumiem notiek saskaņā ar reakcijas vienādojumu

un ar sārmu šķīdumiem

Alumīnija katjoni un anjoni viegli pārvēršas viens par otru, kad mainās šķīduma pH:

Jaukti savienojumi var veidoties arī šķīdumā,

Piemēram

Pēdējais viegli (īpaši sildot) dehidrē un pārvēršas hidroksīdā

Plašākā alumīnija izmantošana tehnoloģijās ir balstīta uz tā vērtīgajām fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām un lielo daudzumu zemes garozā. Pateicoties augstajai elektrovadītspējai un zemajam blīvumam, tas

izmanto elektrisko vadu izgatavošanai. Alumīnija augstā elastība ļauj no tā izgatavot plānāko foliju, kas tiek izmantota kondensatoros un aizvieto svinu kabeļu apvalkos ar alumīniju. Nemagnetizējamības dēļ alumīnija sakausējumus izmanto radiotehnikā.

Alumīnija lielāko daļu izmanto vieglo sakausējumu - duralumīnija - ražošanai, pārējais ir silumīns, pārējais utt. Alumīniju izmanto arī kā sakausējumu leģējošu piedevu, lai nodrošinātu tiem karstumizturību. Alumīnijs un tā sakausējumi ieņem vienu no galvenajām vietām kā strukturālie materiāli lidmašīnu būvē, raķetniecībā, mašīnbūvē uc Alumīnija (īpaši anodēta) izturība pret koroziju ievērojami pārsniedz tērauda izturību pret koroziju. Tāpēc tā sakausējumus izmanto kā konstrukcijas materiālus un kuģu būvē. Ar d-elementiem alumīnijs veido ķīmiskus savienojumus - intermetāliskus savienojumus (aluminīdus) utt., kurus izmanto kā karstumizturīgus materiālus. Alumīniju izmanto aluminotermijā vairāku metālu ražošanai un metināšanai, izmantojot termīta metodi. Aluminotermijas pamatā ir alumīnija augsta afinitāte pret skābekli. Piemēram, reakcijā, kas notiek saskaņā ar vienādojumu

izdalās aptuveni 3500 kJ siltuma un temperatūra attīstās līdz

Alumīnija oksīds ir zināms vairāku modifikāciju veidā. Visstabilākā modifikācija ir atrodama zemes garozā minerālā korunda veidā, no kura tiek sagatavoti slīpripas un smilšpapīra pulveri. Korunda kā abrazīva materiāla izmantošanas pamatā ir tā augstā cietība, otrajā vietā aiz dimanta, karborunda un borazona cietības.Mākslīgie rubīni tiek iegūti kausēšanas ceļā. Tos izmanto atbalsta akmeņu izgatavošanai precizitātes mehānismos. Pēdējā laikā mākslīgie rubīni tiek izmantoti kvantu ģeneratoros (lāzeros). Izstrādājumi, kas izgatavoti no, tiek izmantoti kā ugunsizturīgi materiāli un dielektriķi.

Alumīnija hidroksīds ir polimēru savienojums. Tam ir slāņveida kristāla režģis. Katrs slānis sastāv no oktaedriem (IX. 10. att.); Starp slāņiem ir ūdeņraža saite. Alumīnija hidroksīds, ko iegūst apmaiņas reakcijā, ir želatīna baltas nogulsnes, labi šķīst skābēs un sārmos. Stāvot, nogulsnes “noveco” un zaudē ķīmisko aktivitāti. Karsējot, hidroksīds zaudē ūdeni un pārvēršas oksīdā.Vienu no dehidrētā hidroksīda formām alumīnija gēlu izmanto tehnoloģijā kā adsorbentu.

Savienojumi rada ārkārtīgi lielu interesi

Rīsi. IX. 10. Savienojuma oktaedrisko struktūrvienību veidotā slāņa uzbūve

alumīnijs - ceolīti, kas saistīti ar aluminosilikātiem. To sastāvu var izteikt ar vispārīgu formulu kur vai (retāk).

IEVADS

Bora apakšgrupa ir III grupas galvenā apakšgrupa. Saskaņā ar jauno IUPAC klasifikāciju: D.I.Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās tabulas 13 elementu grupa, kurā ietilpst bors B, alumīnijs Al, gallijs Ga, indijs In un tallijs Tl. Visi šīs apakšgrupas elementi, izņemot boru, ir metāli.

III GRUPAS, GALVENĀS APAKŠGRUPAS ELEMENTU VISPĀRĒJS RAKSTUROJUMS

ķīmiskais bors tallija alumīnijs

III grupā ietilpst bors, alumīnijs, gallijs, indijs, tallijs (galvenā apakšgrupa), kā arī skandijs, itrijs, lantāns un lantanīdi, aktīnijs un aktinīdi (sānu apakšgrupa).

Galvenās apakšgrupas elementu ārējā elektroniskā līmenī ir trīs elektroni (s 2 p 1). Viņi viegli atsakās no šiem elektroniem vai veido trīs nepāra elektronus, pateicoties viena elektrona pārejai uz p līmeni. Boram un alumīnijam raksturīgi savienojumi tikai ar oksidācijas pakāpi +3. Gallija apakšgrupas elementiem (gallijs, indijs, tallijs) ārējā elektroniskajā līmenī ir arī trīs elektroni, kas veido s 2 p 1 konfigurāciju, bet tie atrodas aiz 18 elektronu slāņa. Tāpēc, atšķirībā no alumīnija, gallijam ir nepārprotami nemetāliskas īpašības. Šīs sērijas Ga, In, Tl īpašības vājinās un palielinās metāliskās īpašības.

Aktinīda valences slāņa elektroniskā struktūra daudzējādā ziņā ir līdzīga lantanīda valences slāņa elektroniskajai struktūrai. Visi lantanīdi un aktinīdi ir tipiski metāli.

Visiem III grupas elementiem ir ļoti spēcīga afinitāte pret skābekli, un to oksīdu veidošanos pavada liela siltuma daudzuma izdalīšanās.

III grupas elementiem ir plašs pielietojums.

Boru 1808. gadā atklāja J. Gay-Lussac un L. Thénard. Tā saturs zemes garozā ir 1,2·10-3%.

Bora savienojumiem ar metāliem (borīdiem) ir augsta cietība un karstumizturība. Tāpēc tos izmanto īpaši cietu un karstumizturīgu speciālu sakausējumu ražošanai. Bora karbīdam un bora nitrīdam ir lieliska karstumizturība. Pēdējo izmanto kā augstas temperatūras smērvielu. Nātrija tetraborāta Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O (boraks) kristāliskais hidrāts ir nemainīgs sastāvs, tā šķīdumus izmanto analītiskajā ķīmijā skābju šķīdumu koncentrācijas noteikšanai.

Gallija savienojumi ar VI grupas elementiem (sērs, selēns, telūrs) ir pusvadītāji. Augstas temperatūras termometri ir piepildīti ar šķidru galliju.

Indiju 1863. gadā atklāja T. Rihters un F. Reihs. Tā saturs zemes garozā ir 2,5·10-5%. Indija pievienošana vara sakausējumiem palielina to izturību pret jūras ūdens iedarbību. Šī metāla pievienošana sudrabam palielina sudraba spīdumu un novērš tā aptraipīšanu gaisā. Indija pārklājumi aizsargā metālus no korozijas. Tas ir daļa no dažiem sakausējumiem, ko izmanto zobārstniecībā, kā arī no dažiem sakausējumiem ar zemu kušanas temperatūru (indija, bismuta, svina, alvas un kadmija sakausējums kūst 47 ° C temperatūrā). Indija savienojumiem ar dažādiem nemetāliem ir pusvadītāju īpašības.

Talliju atklāja V. Krūkss 1861. gadā. Tā saturs zemes garozā ir 10-4%. Tallija (10%) sakausējumam ar alvu (20%) un svinu (70%) ir ļoti augsta skābju izturība, tas var izturēt sērskābes, sālsskābes un slāpekļskābes maisījuma iedarbību. Tallijs palielina fotoelementu jutību pret infrasarkano starojumu, kas izplūst no sakarsušiem objektiem. Tallija savienojumi ir ļoti toksiski un izraisa matu izkrišanu.

Gallijs, indijs un tallijs ir mikroelementi. To saturs rūdās, kā likums, nepārsniedz procenta tūkstošdaļas.

Palielinoties atomu masai, elementu metāliskais raksturs palielinās. Bors ir nemetāls, pārējie elementi (alumīnija apakšgrupa) ir metāli. Boram ir ievērojami atšķirīgas īpašības no citiem elementiem, un tas ir vairāk līdzīgs ogleklim un silīcijam. Pārējie elementi ir zemas kušanas metāli, In un Tl ir īpaši mīksti.

III grupas galvenās apakšgrupas elementu fizikālās īpašības

Visi grupas elementi ir trīsvērtīgi , bet, palielinoties atomskaitlim, valence 1 kļūst raksturīgāka(Tl pārsvarā ir monovalents).

Sērijā B-Al-Ga-In-Tl skābums samazinās un hidroksīdu R(OH) 3 bāziskums palielinās. H 3 VO 3 ir skābe, Al(OH) 3 un Ga(OH) 3 ir amfoteriskas bāzes, In(OH) 3 un Tl(OH) 3 ir tipiskas bāzes. ТlON ir spēcīga bāze.

Apskatīsim tikai divu elementu īpašības: detalizēti - alumīniju kā tipisku p-metālu pārstāvi, kas ārkārtīgi plaši izmanto praksē, un shematiski - boru kā "pusmetālu" pārstāvi un kam salīdzinājumā ir anomālas īpašības. ar visiem pārējiem apakšgrupas elementiem.

Alumīnijs ir visizplatītākais metāls uz Zemes (3. vieta starp visiem elementiem; 8% no zemes garozas sastāva). Tas dabā nav sastopams kā brīvs metāls; ir daļa no alumīnija oksīda (Al 2 O 3), boksīta (Al 2 O 3 xH 2 O). Turklāt alumīnijs ir atrodams kā silikāti iežos, piemēram, mālos, vizlās un laukšpatos.

Alumīnijam ir viens stabils izotops, boram ir divi: 19,9% un 80,1%.

Kvīts;

1. AlCl 3 kausējuma elektrolīze:

2AlCl 3 = 2Al + 3Cl 2

2. Galvenā rūpnieciskā metode ir Al 2 O 3 (alumīnija oksīda) kausējuma elektrolīze 3NaF AlF 3 kriolītā:

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

3. Vakuuma termiskais:

AlCl 3 + ZK = Al + 3KCl

Fizikālās īpašības.

Alumīnijs brīvā formā ir sudrabaini balts metāls ar augstu siltuma un elektrisko vadītspēju. Alumīnijam ir zems blīvums - apmēram trīs reizes mazāks nekā dzelzs vai vara blīvums, un tajā pašā laikā tas ir izturīgs metāls.

Boram ir vairākas alotropiskas modifikācijas. Amorfais bors ir tumši brūns pulveris. Kristāliskais bors ir pelēkmelns, ar metālisku spīdumu. Cietības ziņā kristāliskais bors ieņem otro vietu (pēc dimanta) starp visām vielām. Telpas temperatūrā bors ir slikts elektrības vadītājs; tāpat kā silīcijam, tam ir pusvadītāju īpašības.

Ķīmiskās īpašības.

Virsma alumīnija parasti pārklāts ar izturīgu Al 2 O 3 oksīda plēvi, kas pasargā to no mijiedarbības ar vidi. Ja šī plēve tiek noņemta, metāls var spēcīgi reaģēt ar ūdeni:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + ZH2.

Šķīdumu vai pulvera veidā tas spilgti sadedzina gaisā, izdalot lielu daudzumu siltuma:

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

Šo apstākli izmanto, lai iegūtu vairākus metālus no to oksīdiem ar aluminotermiju. Tā sauc to metālu reducēšanu ar pulverveida alumīniju, kuru oksīdu veidošanās siltums ir mazāks par Al 2 O 3 veidošanās siltumu, piemēram:

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

Bor, atšķirībā no alumīnija, ir ķīmiski inerts (īpaši kristālisks). Tādējādi tas reaģē ar skābekli tikai ļoti augstā temperatūrā (> 700°C), veidojot boranhidrīdu B 2 O 3:

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

Bors nekādā gadījumā nereaģē ar ūdeni. Vēl augstākā temperatūrā (> 1200°C) tas reaģē ar slāpekli, radot bora nitrīdu (izmanto ugunsizturīgu materiālu ražošanai):

Bors reaģē tikai ar fluoru istabas temperatūrā, reakcijas ar hloru un bromu notiek tikai ar spēcīgu karsēšanu (attiecīgi 400 un 600 °C); visos šajos gadījumos tas veido BHal 3 trihalogenīdus - gaistošus šķidrumus, kas kūp gaisā un ir viegli hidrolizēti ar ūdeni:

2B + 3Hal 2 = 2BAl 3.

Hidrolīzes rezultātā veidojas ortoborskābe H 3 BO 3:

VNal 3 + 3H 2 O = H 3 VO 3 + ZNNAl.

Atšķirībā no bora, alumīnija Jau istabas temperatūrā tas aktīvi reaģē ar visiem halogēniem, veidojot halogenīdus. Sildot, tas reaģē ar sēru (200 °C), slāpekli (800 °C), fosforu (500 °C) un oglekli (2000 °C):

2Al + 3S \u003d Al 2S 3 (alumīnija sulfīds),

2Al + N 2 = 2AlN (alumīnija nitrīds),

Al + P = AlP (alumīnija fosfīds),

4Al + 3C = Al 4 C 3 (alumīnija karbīds).

Visi šie savienojumi tiek pilnībā hidrolizēti, veidojot alumīnija hidroksīdu un attiecīgi sērūdeņradi, amonjaku, fosfīnu un metānu.

Alumīnijs viegli šķīst jebkuras koncentrācijas sālsskābē:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + ZN 2.

Koncentrētā sērskābe un slāpekļskābe aukstumā neietekmē alumīniju. Sildot, alumīnijs spēj reducēt šīs skābes, neizdalot ūdeņradi:

2Al + 6H 2 SO 4 (konc.) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O,

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

Atšķaidītā sērskābē alumīnijs izšķīst, izdalot ūdeņradi:

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2.

Atšķaidītā slāpekļskābē reakcija notiek ar slāpekļa oksīda (II) izdalīšanos:

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

Alumīnijs izšķīst sārmu un sārmu metālu karbonātu šķīdumos, veidojot tetrahidroksialuminātus:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2.

Skābes, kas nav oksidējošas vielas, nereaģē ar boru un tikai koncentrēts HNO 3 oksidē to par borskābi:

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

Savienojumi ar oksidācijas pakāpi +3. Svarīgākie bora savienojumi ir hidrīdi, halogenīdi, oksīdi, borskābes un to sāļi.

Bora oksīds- B 2 O 3 - bezkrāsaina, trausla stiklveida masa, skābs oksīds, enerģiski pievieno ūdeni, veidojot ortoborskābi:

B2O3 + 3H2O = 2H3BO3

H 3 BO 3 ir ļoti vāja monoprotiska skābe, un tās skābās īpašības izpaužas nevis ūdeņraža katjona eliminācijas dēļ, bet gan hidroksīda anjona saistīšanās dēļ:

H3BO3+H2OH++-; pKa = 9,0

Karsējot, borskābe pakāpeniski zaudē ūdeni, veidojot vispirms metaborskābi un pēc tam bora oksīdu:

H 3 BO 3 ¾® HBO 2 ¾® B 2 O 3

Mijiedarbojoties ar sārmiem, tas veido tetraborātus - hipotētiskās tetraborskābes sāļus:

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

Lielākā daļa sāļu – borātu – nešķīst ūdenī, izņemot s-elementu borātus. Nātrija tetraborāts Na 2 B 4 O 7 tiek izmantots vairāk nekā citi. Lielākoties borāti ir polimēri un tiek izdalīti no šķīdumiem kristālisku hidrātu veidā. Polimēru borskābes nav iespējams izolēt no šķīduma, jo tās ir viegli hidratējamas. Tāpēc, skābēm iedarbojoties uz poliborātiem, parasti izdalās borskābe ( šo reakciju izmanto skābes ražošanai):

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

Bezūdens metaborātus iegūst, sakausējot bora oksīdu vai borskābi ar metālu oksīdiem:

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

Svarīgākie alumīnija savienojumi ir alumīnija oksīds un alumīnija hidroksīds.

Alumīnija oksīds Al2O3 ir balta, ugunsizturīga kristāliska viela, kas nešķīst ūdenī. Laboratorijas apstākļos alumīnija oksīdu iegūst, sadedzinot alumīniju vai termiski sadalot alumīnija hidroksīdu:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

2Al (OH) 3 → Al2O3 + 3H2O.

Saskaņā ar ķīmiskajām īpašībām alumīnija oksīds ir amfotērisks. Tas reaģē ar skābēm, uzrādot bāzes oksīdu īpašības:

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O.

Reaģē ar sārmiem, tai piemīt skābo oksīdu īpašības. Sārmu šķīdumos veidojas sarežģīti savienojumi:

Al2O3 + 2KOH + 3H2O = 2K.

Sakausējot, veidojas meta-alumīnija skābes sāļi, piemēram, kālija meta-alumināts:

Al2O3 + 2KOH→2KAlO2 + H2O.

Tiek izmantota alumīnija oksīda (korunda) dabiska kristāliska modifikācija SAVĀDĀK zinātnes un ražošanas jomās. Rubīni, piemēram, ir materiāls, kas paredzēts darba akmeņu ražošanai precīzijas mehānismiem. Korunda kristāli ir lāzeru darba vide. Rubīnus un safīrus izmanto juvelierizstrādājumu apdarei. Alumīnija oksīds ir galvenā smirģeļa sastāvdaļa - abrazīvs materiāls. Alumīnija oksīda ugunsizturība un izturība pret koroziju nosaka tā izmantošanu karstumizturīgu ķīmisko stikla trauku un stikla krāsnīm paredzētu ķieģeļu ražošanā.

Alumīnija hidroksīds Al (OH) 3 ir balta kristāliska viela, kas nešķīst ūdenī. Alumīnija hidroksīds tiek ražots laboratorijā no šķīstošiem alumīnija sāļiem, kad tie mijiedarbojas ar sārmu šķīdumiem, piemēram:

AlCl3 + 3KOH = Al (OH) 3 ↓+ 3KCl.

Iegūtajam alumīnija hidroksīdam ir želatīna nogulšņu izskats.

Alumīnija hidroksīdam piemīt amfoteriskas īpašības un tas šķīst gan skābēs, gan sārmos:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Al (OH) 3 + NaOH → Na.

Kad alumīnija hidroksīds saplūst ar nātrija hidroksīdu, veidojas nātrija metaalumināts:

Al (OH) 3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O.

Terapijā tiek izmantota alumīnija hidroksīda spēja reaģēt ar skābēm. Tas ir daļa no medikamentiem, ko lieto, lai samazinātu skābumu un mazinātu grēmas.

Reakcija ar bārija hlorīdu. Borāta joni, mijiedarbojoties ar bārija hlorīdu ūdens šķīdumos, veido baltas kristāliskas bārija metaborāta Ba(BO 2) 2 nogulsnes.

Alumīnija katjona Al 3+ analītiskās reakcijas

1. Reakcija ar sārmiem:

A1 3+ + 3 OH → A1(OH) 3 ↓ (balts)

2. Reakcija ar kobalta nitrātu - -tenāra zila veidošanās.

Tenar zils ir zils alumīnija un kobalta oksīda maisījums.

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.

Bors ir mikroelements, tā masas daļa cilvēka ķermenī ir 10 -5 %. Bors koncentrējas galvenokārt plaušās (0,34 mg), vairogdziedzerī (0,30 mg), liesā (0,26 mg), aknās, smadzenēs (0,22 mg), nierēs, sirds muskuļos (0,21 mg). Bora bioloģiskā iedarbība vēl nav pietiekami pētīta. Ir zināms, ka bors ir iekļauts zobu un kaulu sastāvā, acīmredzot slikti šķīstošu borskābes sāļu veidā ar metāla katjoniem.

19. tabula - Elementu 3Ап/grupa raksturojums

Alumīnijs ir periodiskās tabulas III grupas galvenajā apakšgrupā. Apakšgrupas elementu atomiem pamatstāvoklī ir šāda ārējā elektronu apvalka struktūra: ns 2 np 1. Atomu ārējā enerģijas līmenī ir brīvas p-orbitāles, kas ļauj atomiem nonākt ierosinātā stāvoklī. Ierosinātā stāvoklī šo elementu atomi veido trīs kovalentās saites vai pilnībā atsakās no trim valences elektroniem, uzrādot oksidācijas stāvokli +3.

Alumīnijs ir visizplatītākais metāls uz Zemes: tā masas daļa zemes garozā ir 8,8%. Lielākā daļa dabīgā alumīnija ir daļa no aluminosilikātiem - vielām, kuru galvenās sastāvdaļas ir silīcijs un alumīnija oksīdi. Aluminosilikāti ir atrodami daudzos iežos un mālos.

Īpašības: Al ir sudrabaini balts metāls, tas ir kausējams un viegls metāls. Tam ir augsta elastība, laba elektriskā un siltuma vadītspēja. Al ir reaktīvs metāls. Tomēr tā aktivitāte normālos apstākļos ir nedaudz samazināta plānas oksīda plēves klātbūtnes dēļ, kas veidojas uz metāla virsmas, saskaroties ar gaisu.

1. Mijiedarbība ar nemetāliem. Normālos apstākļos alumīnijs reaģē ar hloru un bromu:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

Sildot, alumīnijs reaģē ar daudziem nemetāliem:

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

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

2Al + N 2 = 2AlN

4Al + 3C = Al 4 C 3

2. Mijiedarbība ar ūdeni. Pateicoties oksīda aizsargplēvei uz virsmas, alumīnijs ir izturīgs pret ūdeni. Tomēr, kad šī plēve tiek noņemta, notiek spēcīga mijiedarbība:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

2. Mijiedarbība ar skābēm. Alumīnijs reaģē ar sālsskābi un atšķaidītu sērskābi:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

Slāpekļskābes un koncentrētas sērskābes pasivizē alumīniju: šo skābju ietekmē palielinās aizsargplēves biezums uz metāla, un tā nešķīst.

4. Mijiedarbība ar sārmiem. Alumīnijs mijiedarbojas ar sārmu šķīdumiem, izdalot ūdeņradi un veidojot kompleksu sāli:

2Al + 6NaOH + 6H2O = 2Na3 + 3H2

5. Metālu oksīdu samazināšana. Alumīnijs ir labs reducētājs daudziem metālu oksīdiem:

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

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

Alumīnija oksīds un hidroksīds. Alumīnija oksīds jeb alumīnija oksīds Al 2 O 3 ir balts pulveris. Alumīnija oksīdu var iegūt, sadedzinot metālu vai kalcinējot alumīnija hidroksīdu:

2Al(OH)3 \u003d Al2O3 + 3H2O

Alumīnija oksīds praktiski nešķīst ūdenī. Šim oksīdam atbilstošo hidroksīdu Al (OH) 3 iegūst, iedarbojoties ar amonija hidroksīda vai sārmu šķīdumiem, kas uzņemti ar deficītu, alumīnija sāļu šķīdumus:

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

Šī metāla oksīds un hidroksīds ir amfotēriski, t.i. piemīt gan bāziskas, gan skābas īpašības.

Pamatīpašības:

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

2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6H2O

Skābes īpašības:

Al2O3 + 6KOH + 3H2O = 2K 3

2Al(OH)3 + 6KOH = K 3

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

Ražošana. Alumīniju ražo ar elektrolītisku metodi. To nevar izolēt no sāļu ūdens šķīdumiem, jo ir ļoti aktīvs metāls. Tāpēc galvenā rūpnieciskā alumīnija metāla ražošanas metode ir alumīnija oksīdu un kriolītu saturoša kausējuma elektrolīze.

Pieteikums. Alumīnija metāls tiek plaši izmantots rūpniecībā un ieņem otro vietu ražošanas apjomā aiz dzelzs. Lielāko daļu alumīnija izmanto sakausējumu ražošanai:

Duralumīns ir alumīnija sakausējums, kas satur varu un nelielu daudzumu magnija, mangāna un citas sastāvdaļas. Duralumīni ir viegli, izturīgi un korozijizturīgi sakausējumi. Izmanto lidmašīnās un mašīnbūvē.

Magnalīns ir alumīnija un magnija sakausējums. Izmanto lidmašīnās un mašīnbūvē, celtniecībā. Tas ir izturīgs pret koroziju jūras ūdenī, tāpēc to izmanto kuģu būvē.

Silumīns ir alumīnija sakausējums, kas satur silīciju. Labi uzmetams. Šo sakausējumu izmanto automobiļu, lidmašīnu un mašīnbūvē, precīzijas instrumentu ražošanā.

Alumīnijs ir kaļams metāls, tāpēc to izmanto plānas folijas izgatavošanai, ko izmanto radiotehnikas izstrādājumu ražošanā un preču iepakošanai. Stieples un sudraba krāsas ir izgatavotas no alumīnija.

Uzdevumi ar profesionālu uzmanību

1. Lai pēc mazgāšanas sakņu kultūras notīrītu no ādas, tās applaucē ar verdošu sodas šķīdumu (W = 4%). Ar sālsskābes pārpalikumu kuņģa sulā dzīvniekus baro ar cepamās sodas šķīdumu. Uzrakstiet šo vielu formulas. Nosauciet citas nātrija un kālija sāļu pielietošanas jomas lauksaimniecības praksē, ikdienas dzīvē.

2. Kālija jodīdu plaši izmanto dzīvnieku barošanai ar mikroelementiem un lieko ziedu noņemšanai ābelēm. Uzrakstiet vienādojumu reakcijai, lai iegūtu kālija jodīdu, norādiet oksidētāju un reducētāju.

3. Kāpēc koksnes pelnus (pelnos ir kālija joni K + un karbonāts – joni CO 3 2-), ko izmanto lauku mēslošanai, ieteicams glabāt telpās vai zem nojumes? Uzrakstiet vienādojumus reakcijām, kas notiek, kad pelni ir samitrināti.

4. Pārāk liels skābums augsnē negatīvi ietekmē augu. Šajā gadījumā ir nepieciešams kaļķot augsni. CaCO 3 kaļķakmens pievienošana augsnei samazina skābumu. Uzrakstiet vienādojumu reakcijai, kas notiek šajā gadījumā.

5. Augsnes skābums nemainās, pievienojot superfosfātu. Tomēr superfosfāta skābums, kas satur fosforskābes pārpalikumu, ir kaitīgs augiem. Lai to neitralizētu, pievieno CaCO 3. Nav iespējams pievienot Ca(OH) 2, jo superfosfāts pārvērtīsies par savienojumu, ko augiem ir grūti asimilēt. Pierakstiet atbilstošo reakciju vienādojumus.

6. Graudu, augļu un dārzeņu kaitēkļu apkarošanai izmanto hloru ar ātrumu 35 g uz 1 m 3 telpas. Aprēķina nātrija hlorīda masu, kas ir pietiekama, lai 300 m 3 telpas apstrādātu ar hloru, kas iegūts izkausēta sāls elektrolīzē.

7. Uz katriem 100 centneriem sakņu kultūru un cukurbiešu galotņu ražas no augsnes tiek izvadīti aptuveni 70 kg kālija oksīda. Kāda silvinīta KCl NaCl masa, kas satur kālija hlorīdu ar masas daļu 0,56, var kompensēt šos zudumus?

8. Kartupeļu barošanai izmantojiet kālija hlorīda šķīdumu ar masas daļu 0,04. Aprēķina kālija mēslojuma (KCl) masu, kas nepieciešama, lai iegūtu 20 kg šāda šķīduma.

9. Gatavojot barības šķīdumu augu barošanai, uz 400 ml ūdens ņem 1 g KNO 3, 1 g MgSO 4, 1 g KN 2 PO 4, 1 g Ca(NO 3) 2. Aprēķiniet katras vielas masas daļu (%) iegūtajā šķīdumā.

10. Lai saglabātu slapjos graudus no puves, tos apstrādā ar nātrija hidrogēnsulfātu NaHSO 4. Aprēķina nātrija hidrogēnsulfāta masu, ko iegūst, reaģējot 120 g nātrija hidroksīda ar sērskābes šķīdumu.

11. Kurš mēslojums satur vairāk kālija: kālija nitrāts (KNO 3), potašs (K 2 CO 3) vai kālija hlorīds (KCl)?

12. Kalcija cianamīdu izmanto kokvilnas defoliācijai pirms ražas novākšanas mehāniskās novākšanas laikā. Atrodiet šī savienojuma formulu, zinot, ka kalcija, oglekļa un slāpekļa masas daļas ir attiecīgi 0,5; 0,15; 0,35.

13. Analizējot koksnes pelnus, ko izmanto lopkopībā kā lopbarību, konstatēts, ka pelni 70 g svarā satur 18,4 g kalcija, 0,07 g fosfora un 2,3 g nātrija. Aprēķina katra elementa masas daļu (%) norādītajā mēslošanas līdzeklī.

14. Cik daudz kaļķakmens, kas satur 90% kalcija karbonātu, jāuzklāj uz 30 hektāriem, ja kaļķošanu veic ar ātrumu 4 tonnas CaO uz hektāru.

15. Ir: a) tīrs amonija nitrāts, b) tehniskais silvinīts, kas satur 33% kālija. Sajaucot šos materiālus, jāiegūst viena tonna slāpekļa-kālija mēslojuma, kas satur 15% slāpekļa. Kādos daudzumos abus materiālus vajadzētu sajaukt un cik procentos kālija būs šāds maisījums?

4.9. Sadaļa: Galvenie pārejas metāli

Mērķis: Izpētīt sānu apakšgrupu metālu un to savienojumu īpašības

Pārejas metāli ir periodiskās tabulas sekundāro apakšgrupu elementi.