O subgrupo boro é o principal subgrupo do grupo III. De acordo com a nova classificação IUPAC: 13º grupo de elementos da Tabela Periódica de Elementos Químicos de D. I. Mendeleev, que inclui boro B, alumínio Al, gálio Ga, índio In e tálio Tl. Todos os elementos deste subgrupo, com exceção do boro, são metais.

Grupo III inclui boro, alumínio, gálio, índio, tálio (o subgrupo principal), bem como escândio, ítrio, lantânio e lantanídeos, actínio e actinídeos (subgrupo lateral).

No nível eletrônico externo dos elementos do subgrupo principal, há três elétrons cada (s 2 p 1). Eles doam facilmente esses elétrons ou formam três elétrons desemparelhados devido à transição de um elétron para o nível p. Boro e alumínio são caracterizados por compostos apenas com um estado de oxidação de +3. Os elementos do subgrupo do gálio (gálio, índio, tálio) também possuem três elétrons no nível eletrônico externo, formando a configuração s 2 p 1, mas estão localizados após a camada de 18 elétrons. Portanto, ao contrário do alumínio, o gálio tem propriedades claramente não metálicas. Essas propriedades nas séries Ga, In, Tl enfraquecem e as propriedades metálicas são aprimoradas.

A estrutura eletrônica da camada de valência dos actinídeos em muitos aspectos se assemelha à estrutura eletrônica da camada de valência dos lantanídeos. Todos os lantanídeos e actinídeos são metais típicos.

Todos os elementos do grupo III têm uma afinidade muito forte pelo oxigênio, e a formação de seus óxidos é acompanhada pela liberação de uma grande quantidade de calor.

Os elementos do III grupo encontram as mais diversas aplicações.

O boro foi descoberto por J. Gay-Lussac e L. Tenard em 1808. Seu conteúdo na crosta terrestre é de 1,2 10-3%.

Compostos de boro com metais (boretos) possuem alta dureza e resistência ao calor. Portanto, eles são usados ​​para obter ligas especiais superduras e resistentes ao calor. Carboneto de boro e nitreto de boro têm alta resistência ao calor. Este último é usado como um lubrificante de alta temperatura. O tetraborato de sódio hidratado Na 2 B 4 O 7 10H 2 O (bórax) tem uma composição constante, suas soluções são usadas em química analítica para determinar a concentração de soluções ácidas.

Compostos de gálio com elementos do grupo VI (enxofre, selênio, telúrio) são semicondutores. Termômetros de alta temperatura são preenchidos com gálio líquido.

O índio foi descoberto por T. Richter e F. Reich em 1863. Seu conteúdo na crosta terrestre é de 2,5 10-5%. A adição de índio às ligas de cobre aumenta a resistência destas à ação da água do mar. A adição deste metal à prata aumenta o brilho da prata e evita que ela embace no ar. Os revestimentos de índio protegem os metais da corrosão. Faz parte de algumas ligas usadas em odontologia, assim como algumas ligas fusíveis (uma liga de índio, bismuto, chumbo, estanho e cádmio funde a 47°C). Compostos de índio com vários não-metais têm propriedades semicondutoras.

O tálio foi descoberto por W. Crookes em 1861. Seu conteúdo na crosta terrestre é de 10-4%. Uma liga de tálio (10%) com estanho (20%) e chumbo (70%) tem uma resistência ácida muito alta, resiste à ação de uma mistura de ácidos sulfúrico, clorídrico e nítrico. O tálio aumenta a sensibilidade das fotocélulas à radiação infravermelha proveniente de objetos aquecidos. Os compostos de tálio são altamente tóxicos e causam queda de cabelo.

Gálio, índio e tálio são oligoelementos. Seu conteúdo em minérios, via de regra, não ultrapassa milésimos de um por cento.

PROPRIEDADES QUÍMICAS DO BORRO. APLICATIVO

Semi-metal preto duro, quebradiço e brilhante.

Em condições normais, o boro é quimicamente bastante inerte e interage ativamente apenas com o flúor, e o boro cristalino é menos ativo que o boro amorfo.

Com o aumento da temperatura, a atividade do boro aumenta e se combina com oxigênio, enxofre e halogênios. Quando aquecido ao ar a 700°C, o Boro queima com chama avermelhada, formando anidrido bórico B 2 O 3 - uma massa vítrea incolor.

Quando aquecido acima de 900 ° C, o boro com nitrogênio forma nitreto de boro BN, quando aquecido com carvão - carboneto de boro B 4 C 3, com metais - boretos.

O boro não reage visivelmente com o hidrogênio; seus hidretos (borohidretos) são obtidos indiretamente. A uma temperatura de calor vermelho, o boro interage com o vapor de água:

2B + 3H 2 O \u003d B 2 O 3 + 3H 2.

O boro reage apenas com ácido nítrico quente, ácido sulfúrico e água régia para formar ácido bórico H 3 BO 3 .

Dissolve-se lentamente em soluções alcalinas concentradas com a formação de boratos.

Quando aquecido fortemente, o boro exibe propriedades redutoras. Ele é capaz, por exemplo, de repor silício ou fósforo de seus óxidos:

Essa propriedade do boro pode ser explicada pela força muito alta das ligações químicas no óxido de boro B2O3.

Aplicativo.

Boro elementar

O boro (na forma de fibras) serve como agente de fortalecimento para muitos materiais compostos.

Além disso, o boro é freqüentemente usado em eletrônica para alterar o tipo de condutividade do silício.

O boro é usado na metalurgia como um elemento de microliga, o que aumenta significativamente a temperabilidade dos aços.

Compostos de Boro.

O carboneto de boro é usado de forma compacta para a fabricação de rolamentos dinâmicos a gás.

Perboratos / peroxoboratos (contém íon 2-) O produto técnico contém até 10,4% de "oxigênio ativo", em sua base são produzidos alvejantes "sem cloro" ("Persil", "Persol", etc.).

Separadamente, também vale ressaltar que as ligas de boro-carbono-silício têm dureza ultra-alta e podem substituir qualquer material de retificação (exceto nitreto de carbono, diamante, nitreto de boro em termos de microdureza) e em termos de custo e eficiência de retificação (econômico) eles superam todos os materiais abrasivos conhecidos pela humanidade.

Uma liga de boro com magnésio (diboreto de magnésio MgB2) tem, no momento, uma temperatura crítica alta recorde para a transição para o estado supercondutor entre os supercondutores do tipo I. O surgimento do artigo acima estimulou um grande crescimento de trabalhos sobre o tema.

O ácido bórico (H 3 BO 3) é amplamente utilizado na engenharia de energia nuclear como um absorvedor de nêutrons em reatores nucleares do tipo VVER (PWR) em nêutrons "térmicos" ("lentos"). Devido às suas características neutrônicas e à capacidade de se dissolver em água, o uso de ácido bórico permite controlar suavemente (não gradualmente) a potência de um reator nuclear, alterando sua concentração no refrigerante - o chamado "controle de boro". .

Borohidrogênios e compostos de organoboro

Vários derivados orgânicos de boro (borohidretos) são combustíveis de foguetes extremamente eficazes (diborano (B2H4), pentaborano, tetraborano, etc.) conhecido plástico Carboran-22.

papel biológico

O boro é um importante oligoelemento necessário para a vida normal das plantas. A falta de boro impede seu desenvolvimento, causa várias doenças nas plantas cultivadas. Isso se baseia em violações dos processos oxidativos e energéticos nos tecidos, diminuição na biossíntese das substâncias necessárias. Com uma deficiência de boro no solo na agricultura, fertilizantes com micronutrientes de boro (ácido bórico, bórax e outros) são usados ​​para aumentar o rendimento, melhorar a qualidade do produto e prevenir várias doenças de plantas.

O papel do boro no corpo animal não foi elucidado. O tecido muscular humano contém (0,33-1) 10 - 4% de boro, tecido ósseo (1,1-3,3) 10 - 4%, sangue - 0,13 mg / l. Todos os dias com comida, uma pessoa recebe 1-3 mg de boro. Dose tóxica - 4g.

Um dos raros tipos de distrofia corneana está associado a um gene que codifica uma proteína transportadora que presumivelmente regula a concentração intracelular de boro.

Os elementos p do grupo III do sistema periódico de D. I. Mendeleev incluem: boro B, alumínio, gálio, índio e tálio Configuração eletrônica dos átomos

Algumas constantes que caracterizam as propriedades dos átomos dos elementos p do grupo em questão e as substâncias metálicas correspondentes são comparadas abaixo:

As propriedades dos elementos - do grupo III são afetadas pela compressão d localizada no sistema periódico em um pequeno período III, em grandes períodos imediatamente após os elementos d). Portanto, o raio atômico diminui um pouco e o primeiro potencial de ionização aumenta. As propriedades dos átomos de tálio também são afetadas pela compressão. É por isso que o raio do átomo é próximo ao raio do átomo e a energia de ionização é um pouco maior.

Bor. De acordo com a estrutura eletrônica do átomo, o boro pode ser monovalente (um elétron desemparelhado no subnível de energia). No entanto, o boro é mais característico de compostos nos quais é trivalente (quando um átomo é excitado, existem três elétrons desemparelhados nos subníveis de energia e -).

O orbital livre no átomo de boro excitado determina as propriedades aceitadoras de muitos de seus compostos, nos quais três ligações covalentes são formadas de acordo com o mecanismo covalente de troca (por exemplo, Esses compostos são propensos à adição de partículas com propriedades doadoras de elétrons , ou seja, à formação de outra ligação covalente ao longo do mecanismo doador-aceitador. Por exemplo:

Dois isótopos de boro são conhecidos: Os núcleos dos átomos do isótopo absorvem facilmente os nêutrons:

A capacidade do boro de absorver nêutrons determina seu uso na engenharia de energia nuclear: as hastes de controle dos reatores nucleares são feitas de materiais que contêm boro.

Cristais de boro preto; eles são refratários (mp. 2300 ° C), diamagnéticos, têm propriedades semicondutoras (gap. A condutividade elétrica do boro, como outros metais, é pequena e aumenta um pouco com o aumento da temperatura.

À temperatura ambiente, o boro é quimicamente inerte e interage diretamente apenas com o flúor; quando aquecido, o boro é oxidado pelo cloro, oxigênio e alguns outros não metais. Por exemplo:

Em compostos com não metais, o estado de oxidação do boro é que todos esses compostos são covalentes.

O trióxido de boro é uma substância cristalina (mp 450°C, pb 2250°C) caracterizada por alta entalpia e energia de Gibbs de formação. Ao interagir com a água, transforma-se em ácido bórico:

Um ácido monobásico muito fraco. A dissociação eletrolítica com a eliminação de apenas um íon é explicada pelas propriedades aceitadoras do boro descritas anteriormente: o orbital livre do átomo de boro é fornecido ao doador de elétrons formado durante a dissociação das moléculas. O processo ocorre de acordo com o esquema

O ânion complexo tem uma estrutura tetraédrica (-hibridização de orbitais de elétrons).

As propriedades aceitadoras do boro em compostos com estado de oxidação também se manifestam na química de seus halogenetos. Por exemplo, as reações

em que a ligação química entre e ou é formada pelo mecanismo doador-aceitador. A propriedade dos haletos de boro de serem aceptores de elétrons determina sua ampla aplicação como catalisadores nas reações de síntese de compostos orgânicos.

O boro não interage diretamente com o hidrogênio, mas forma boretos com metais - geralmente compostos não estequiométricos

Os hidretos de boro (boranos) são muito venenosos e têm um odor muito desagradável. Eles são obtidos indiretamente, na maioria das vezes

na interação de boretos reativos com ácidos ou haletos de boro com hidretos de metais alcalinos:

O composto mais simples de boro com hidrogênio não existe em condições normais. -A hibridização de orbitais de elétrons no átomo de boro leva à insaturação de coordenação da partícula, como resultado da qual duas dessas partículas se combinam em uma molécula de diborano:

No diborano, o boro está no estado de hibridização, com cada átomo de boro tendo um dos quatro orbitais híbridos vazios, enquanto os outros três são sobrepostos por orbitais de átomos de hidrogênio. As ligações entre grupos em uma molécula são formadas na forma de uma ligação de hidrogênio devido ao deslocamento da densidade eletrônica de um átomo de hidrogênio do grupo para o orbital vazio de outro grupo Outros boranos também são conhecidos, que podem ser representados em duas linhas

Os boretos de β-metal são reativos e são freqüentemente usados ​​para produzir uma mistura de boranos por tratamento com ácidos. A maioria dos boretos e resistente ao calor, muito duro, quimicamente resistente. Eles são amplamente utilizados diretamente na forma de ligas para a fabricação de peças de motores a jato, pás de turbinas a gás. Alguns boretos são usados ​​para fazer cátodos para dispositivos eletrônicos.

Alumínio. A configuração eletrônica de um átomo de alumínio é expressa pela fórmula Há um elétron desemparelhado na camada externa de elétrons do átomo:

Portanto, o alumínio pode apresentar uma valência igual a um. No entanto, esta valência não é típica do alumínio. Em todos os compostos estáveis, o estado de oxidação do alumínio é igual à Valência, igual a três, corresponde ao estado excitado do átomo

Em termos de prevalência, o alumínio ocupa o quarto lugar entre todos os elementos (depois de O, H e Si) e é o metal mais comum na natureza. A maior parte do alumínio está concentrada em aluminossilicatos: feldspatos, micas, etc.

O alumínio é uma luz branca prateada e um metal extremamente dúctil com alta condutividade térmica e elétrica.

O alumínio é reativo; reage com cloro e bromo à temperatura ambiente e com iodo - quando aquecido ou na presença de água como catalisador. A 800 °C, o alumínio interage com o nitrogênio e, a 2.000 °C, com o carbono. O alumínio exibe uma alta afinidade química com o oxigênio:

No ar, o alumínio é coberto por um filme de óxido fino muito forte, que enfraquece um pouco o brilho metálico do alumínio. Graças ao filme de óxido, a superfície do alumínio adquire alta resistência à corrosão. Isso se manifesta principalmente na indiferença do alumínio à água e ao vapor. Devido à formação de uma película protetora, o alumínio é resistente aos ácidos nítrico e sulfúrico concentrados. Esses ácidos passivam o alumínio no frio. A tendência à passivação permite aumentar a resistência à corrosão do alumínio tratando sua superfície com agentes oxidantes fortes (por exemplo,) ou usando oxidação anódica. Nesse caso, a espessura do filme de óxido aumenta para 0. Em altas temperaturas, a resistência do filme protetor diminui drasticamente. Se o filme de óxido for removido por ação mecânica, o alumínio torna-se extremamente reativo. Reage vigorosamente com água e soluções aquosas de ácidos e álcalis, deslocando o hidrogênio e formando cátions ou ânions. A interação do alumínio com soluções ácidas ocorre de acordo com a equação da reação

e com soluções alcalinas

Cátions e ânions de alumínio passam facilmente um para o outro quando o pH da solução muda:

Compostos mistos também podem ser formados em solução,

Por exemplo

Este último é facilmente (especialmente quando aquecido) desidratado e convertido em hidróxido

A mais ampla aplicação do alumínio na engenharia é baseada em suas valiosas propriedades físicas e químicas e em sua alta prevalência na crosta terrestre. Devido à sua alta condutividade elétrica e baixa densidade,

usado para fazer fios elétricos. A alta ductilidade do alumínio permite produzir a partir dele a folha mais fina, que é usada em capacitores e substitui o chumbo nas bainhas de cabos por alumínio. Devido à não magnetização, as ligas de alumínio são usadas na engenharia de rádio.

A maior parte do alumínio é usada para produzir ligas leves - duralumínio, o resto é silumin, o resto, etc. O alumínio também é usado como aditivo de liga para ligas para dar resistência ao calor. O alumínio e suas ligas ocupam um dos principais lugares como materiais estruturais na construção de aeronaves, foguetes, engenharia mecânica, etc. A resistência à corrosão do alumínio (especialmente anodizado) excede significativamente a resistência à corrosão do aço. Por isso, suas ligas são utilizadas como materiais estruturais e na construção naval. Com os elementos d, o alumínio forma compostos químicos - intermetalídeos (aluminetos): etc., que são usados ​​como materiais resistentes ao calor. O alumínio é usado em aluminotermia para obter vários metais e para soldagem por termita. A aluminotermia é baseada na alta afinidade do alumínio pelo oxigênio. Por exemplo, em uma reação procedendo de acordo com a equação

cerca de 3500 kJ de calor são liberados e a temperatura se desenvolve até

O óxido de alumínio é conhecido na forma de várias modificações. O mais estável é Esta modificação é encontrada na crosta terrestre na forma de corindo mineral, a partir do qual são preparados discos de moagem e pós de esmeril. O uso do corindo como material abrasivo é baseado em sua alta dureza, perdendo apenas para a dureza do diamante, carborundo e borazona.Os rubis artificiais são obtidos por fusão. Eles são usados ​​para fazer pedras de apoio em mecanismos precisos. Recentemente, rubis artificiais têm sido usados ​​em geradores quânticos (lasers). Os produtos de são usados ​​como refratários e dielétricos.

O hidróxido de alumínio é um composto polimérico. Tem uma rede cristalina em camadas. Cada camada consiste em octaedros (Fig. IX. 10); existe uma ligação de hidrogênio entre as camadas. O hidróxido de alumínio obtido pela reação de troca é um precipitado branco gelatinoso, facilmente solúvel em ácidos e álcalis. Em repouso, o precipitado "envelhece" e perde sua atividade química. Ao ser calcinado, o hidróxido perde água e se transforma em óxido.Uma das formas de hidróxido desidratado, o gel de alumínio, é utilizado na tecnologia como adsorvente.

Compostos de grande interesse

Arroz. IX. 10. Estrutura da camada formada pelas unidades estruturais octaédricas do composto

alumínio - zeólitos relacionados com aluminossilicatos. Sua composição pode ser expressa pela fórmula geral onde ou (raramente ).

INTRODUÇÃO

O subgrupo boro é o principal subgrupo do grupo III. De acordo com a nova classificação IUPAC: grupo 13 da Tabela Periódica de Elementos Químicos de D. I. Mendeleev, que inclui boro B, alumínio Al, gálio Ga, índio In e tálio Tl. Todos os elementos deste subgrupo, com exceção do boro, são metais.

CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS ELEMENTOS DO III GRUPO, O SUBGRUPO PRINCIPAL

químico boro tálio alumínio

Grupo III inclui boro, alumínio, gálio, índio, tálio (o subgrupo principal), bem como escândio, ítrio, lantânio e lantanídeos, actínio e actinídeos (subgrupo lateral).

No nível eletrônico externo dos elementos do subgrupo principal, há três elétrons cada (s 2 p 1). Eles doam facilmente esses elétrons ou formam três elétrons desemparelhados devido à transição de um elétron para o nível p. Boro e alumínio são caracterizados por compostos apenas com um estado de oxidação de +3. Os elementos do subgrupo do gálio (gálio, índio, tálio) também possuem três elétrons no nível eletrônico externo, formando a configuração s 2 p 1, mas estão localizados após a camada de 18 elétrons. Portanto, ao contrário do alumínio, o gálio tem propriedades claramente não metálicas. Essas propriedades nas séries Ga, In, Tl enfraquecem e as propriedades metálicas são aprimoradas.

A estrutura eletrônica da camada de valência dos actinídeos em muitos aspectos se assemelha à estrutura eletrônica da camada de valência dos lantanídeos. Todos os lantanídeos e actinídeos são metais típicos.

Todos os elementos do grupo III têm uma afinidade muito forte pelo oxigênio, e a formação de seus óxidos é acompanhada pela liberação de uma grande quantidade de calor.

Os elementos do III grupo encontram as mais diversas aplicações.

O boro foi descoberto por J. Gay-Lussac e L. Tenard em 1808. Seu conteúdo na crosta terrestre é de 1,2 10-3%.

Compostos de boro com metais (boretos) possuem alta dureza e resistência ao calor. Portanto, eles são usados ​​para obter ligas especiais superduras e resistentes ao calor. Carboneto de boro e nitreto de boro têm alta resistência ao calor. Este último é usado como um lubrificante de alta temperatura. O tetraborato de sódio hidratado Na 2 B 4 O 7 10H 2 O (bórax) tem uma composição constante, suas soluções são usadas em química analítica para determinar a concentração de soluções ácidas.

Compostos de gálio com elementos do grupo VI (enxofre, selênio, telúrio) são semicondutores. Termômetros de alta temperatura são preenchidos com gálio líquido.

O índio foi descoberto por T. Richter e F. Reich em 1863. Seu conteúdo na crosta terrestre é de 2,5 10-5%. A adição de índio às ligas de cobre aumenta a resistência destas à ação da água do mar. A adição deste metal à prata aumenta o brilho da prata e evita que ela embace no ar. Os revestimentos de índio protegem os metais da corrosão. Faz parte de algumas ligas usadas em odontologia, assim como algumas ligas fusíveis (uma liga de índio, bismuto, chumbo, estanho e cádmio funde a 47°C). Compostos de índio com vários não-metais têm propriedades semicondutoras.

O tálio foi descoberto por W. Crookes em 1861. Seu conteúdo na crosta terrestre é de 10-4%. Uma liga de tálio (10%) com estanho (20%) e chumbo (70%) tem uma resistência ácida muito alta, resiste à ação de uma mistura de ácidos sulfúrico, clorídrico e nítrico. O tálio aumenta a sensibilidade das fotocélulas à radiação infravermelha proveniente de objetos aquecidos. Os compostos de tálio são altamente tóxicos e causam queda de cabelo.

Gálio, índio e tálio são oligoelementos. Seu conteúdo em minérios, via de regra, não ultrapassa milésimos de um por cento.

À medida que a massa atômica aumenta, a natureza metálica dos elementos aumenta. O boro é um não metal, os demais elementos (um subgrupo do alumínio) são metais. O boro difere significativamente em propriedades de outros elementos e é mais semelhante ao carbono e ao silício. Os elementos restantes são metais de baixo ponto de fusão, In e Tl - extremamente macios.

Propriedades físicas dos elementos do subgrupo principal do grupo III

Todos os elementos do grupo são trivalentes , mas com o aumento do número atômico, a valência 1 torna-se mais característica(Tl é predominantemente monovalente).

Na série B-Al-Ga-In-Tl, a acidez diminui e a basicidade dos hidróxidos R(OH) 3 aumenta. H 3 BO 3 - ácido, Al (OH) 3 e Ga (OH) 3 - bases anfotéricas, In (OH) 3 e Tl (OH) 3 - bases típicas. TlOH é uma base forte.

Vamos considerar as propriedades de apenas dois elementos: em detalhes - o alumínio, como representante típico dos p-metais, extremamente utilizado na prática, e esquematicamente - o boro, como representante dos "semimetais" e exibindo propriedades anômalas em comparação com todos os outros elementos do subgrupo.

O alumínio é o metal mais comum na Terra (3º lugar entre todos os elementos; 8% da composição da crosta terrestre). Não ocorre na natureza como um metal livre; faz parte da alumina (Al 2 O 3), bauxita (Al 2 O 3 xH 2 O). Além disso, o alumínio é encontrado como silicatos em rochas como argilas, micas e feldspatos.

O alumínio tem um único isótopo estável, o boro, dois: 19,9% e 80,1%.

recebimento;

1. Eletrólise do AlCl 3 fundido:

2AlCl 3 \u003d 2Al + 3Cl 2

2. O principal método industrial é a eletrólise de uma fusão de Al 2 O 3 (alumina) em criolita 3NaF AlF 3:

2Al 2 O 3 \u003d 4AI + 3O 2

3. Vácuo térmico:

AlCl 3 + ZK \u003d Al + 3KCl

Propriedades físicas.

O alumínio de forma livre é um metal branco prateado com alta condutividade térmica e elétrica. O alumínio tem baixa densidade - cerca de três vezes menos que o ferro ou o cobre e, ao mesmo tempo, é um metal durável.

O boro existe em várias modificações alotrópicas. O boro amorfo é um pó marrom escuro. Boro cristalino - preto acinzentado, com brilho metálico. Em termos de dureza, o boro cristalino ocupa o segundo lugar (depois do diamante) entre todas as substâncias. À temperatura ambiente, o boro é um mau condutor de eletricidade; assim como o silício, tem propriedades semicondutoras.

Propriedades quimicas.

Superfície alumínio geralmente coberto por uma forte película de óxido de Al 2 O 3 , que o protege da interação com o meio ambiente. Se esta película for removida, o metal pode reagir vigorosamente com a água:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + ZN 2.

Na forma de aparas ou pó, queima intensamente no ar, liberando grande quantidade de calor:

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

Esta circunstância é usada para obter vários metais de seus óxidos por aluminotermia. É assim que eles chamam a redução por alumínio em pó daqueles metais em que o calor de formação dos óxidos é menor que o calor de formação do Al 2 O 3, por exemplo:

Cr 2 O 3 + 2Al \u003d 2Cr + Al 2 O 3 + 539 kJ.

Bor, ao contrário do alumínio, é quimicamente inerte (especialmente cristalino). Assim, reage com o oxigênio apenas em temperaturas muito altas (> 700 ° C) com a formação de anidrido bórico B 2 O 3:

2V + ZO 2 \u003d 2V 2 O 3,

O boro não reage com a água em nenhuma circunstância. A uma temperatura ainda mais elevada (> 1200°C), reage com o azoto para dar nitreto de boro (utilizado para o fabrico de materiais refractários):

O boro reage apenas com o flúor à temperatura ambiente, as reações com cloro e bromo ocorrem apenas com forte aquecimento (400 e 600 ° C, respectivamente); em todos esses casos, forma trihalogenetos de BHal 3 - líquidos voláteis fumegantes no ar, facilmente hidrolisados ​​pela água:

2B + 3Hal 2 = 2BHal 3.

Como resultado da hidrólise, o ácido ortobórico (bórico) H 3 BO 3 é formado:

BHal 3 + 3H 2 O \u003d H 3 BO 3 + ZHNal.

Ao contrário do boro, alumínio já à temperatura ambiente reage ativamente com todos os halogênios, formando haletos. Quando aquecido, interage com enxofre (200 °C), nitrogênio (800 °C), fósforo (500 °C) e carbono (2000 °C):

2Al + 3S \u003d Al 2 S 3 (sulfeto de alumínio),

2Al + N 2 = 2AlN (nitreto de alumínio),

Al + P = AlP (fosfeto de alumínio),

4Al + 3C = Al 4 C 3 (carboneto de alumínio).

Todos esses compostos são completamente hidrolisados ​​​​com a formação de hidróxido de alumínio e, conseqüentemente, sulfeto de hidrogênio, amônia, fosfina e metano.

O alumínio é facilmente solúvel em ácido clorídrico de qualquer concentração:

2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + ZN 2.

Os ácidos sulfúrico e nítrico concentrados no frio não atuam sobre o alumínio. Quando aquecido, o alumínio é capaz de reduzir esses ácidos sem liberar hidrogênio:

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

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

Em ácido sulfúrico diluído, o alumínio se dissolve com a liberação de hidrogênio:

2Al + 3H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Em ácido nítrico diluído, a reação prossegue com a liberação de óxido nítrico (II):

Al + 4HNO 3 \u003d Al (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

O alumínio se dissolve em soluções de álcalis e carbonatos de metais alcalinos com a formação de tetrahidroxoaluminatos:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na [Al (OH) 4] + 3H 2.

Os ácidos que não são agentes oxidantes não reagem com o boro e apenas o HNO 3 concentrado o oxida a ácido bórico:

B + HNO 3 (conc) + H 2 O \u003d H 3 BO 3 + NO

Compostos com um estado de oxidação de +3. Os compostos de boro mais importantes são hidretos, haletos, óxidos, ácidos bóricos e seus sais.

óxido de boro- B 2 O 3 - massa vítrea quebradiça incolor, óxido ácido, liga-se vigorosamente à água para formar o ácido ortobórico:

B 2 O 3 + 3H 2 O \u003d 2H 3 BO 3

H 3 BO 3 é um ácido monobásico muito fraco e suas propriedades ácidas se manifestam não devido à eliminação do cátion hidrogênio, mas devido à ligação do ânion hidróxido:

H 3 BO 3 + H 2 O H + + -; pKa = 9,0

Quando aquecido, o ácido bórico perde gradualmente água, formando primeiro ácido metabórico e depois óxido de boro:

H 3 BO 3 ¾® HBO 2 ¾® B 2 O 3

Ao interagir com álcalis, forma tetraboratos - sais do hipotético ácido tetrabórico:

4H 3 BO 3 + 2NaOH \u003d Na 2 B 4 O 7 + 7H 2 O

A maioria dos sais - boratos - são insolúveis em água, com exceção dos boratos do elemento s. Mais do que outros, o tetraborato de sódio Na 2 B 4 O 7 é usado. A maioria dos boratos são poliméricos, são isolados de soluções na forma de hidratos cristalinos. Os ácidos bóricos poliméricos não podem ser isolados da solução, devido ao fato de serem facilmente hidratados. Portanto, quando os ácidos atuam sobre os poliboratos, o ácido bórico geralmente é liberado ( esta reação é usada para produzir um ácido):

Na 2 B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O \u003d 4H 3 BO 3 + Na 2 SO 4

Os metaboratos anidros são obtidos pela fusão de óxido de boro ou ácido bórico com óxidos metálicos:

CaO + B 2 O 3 \u003d Ca (BO 2) 2

Os compostos de alumínio mais importantesé o óxido de alumínio e o hidróxido de alumínio.

O óxido de alumínio Al2O3 é uma substância cristalina refratária branca, insolúvel em água. Em condições de laboratório, o óxido de alumínio é extraído pela queima do alumínio ou pela decomposição térmica do hidróxido de alumínio:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

2Al (OH) 3 → Al2O3 + 3H2O.

As propriedades químicas do óxido de alumínio são anfotéricas. Reage com ácidos, mostrando as propriedades dos óxidos básicos:

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O.

Reage com álcalis, exibe as propriedades dos óxidos ácidos. Em soluções alcalinas, compostos complexos são formados:

Al2O3 + 2KOH + 3H2O = 2K.

Quando fundidos, sais de ácido metaalumínico são formados, por exemplo, metaaluminato de potássio:

Al2O3 + 2KOH→2KAlO2 + H2O.

A modificação cristalina natural do óxido de alumínio (corindo) é usada em DIFERENTE campos da ciência e da produção. O rubi, por exemplo, é um material para fazer pedras de trabalho para mecanismos de precisão. Os cristais de corindo são os corpos de trabalho dos lasers. Rubis e safiras são usados ​​para decorar joias. O óxido de alumínio é o principal componente do esmeril - um material abrasivo. A refratariedade e a resistência à corrosão do óxido de alumínio predeterminam seu uso na fabricação de pratos químicos resistentes ao calor, tijolos para assentamento de fornos de vidro.

Hidróxido de alumínio Al (OH) 3 é uma substância cristalina insolúvel em água de cor branca. No laboratório, o hidróxido de alumínio é extraído de sais de alumínio solúveis quando interagem com soluções alcalinas, por exemplo:

AlCl3 + 3KOH \u003d Al (OH) 3 ↓ + 3KCl.

O hidróxido de alumínio resultante tem a aparência de um precipitado gelatinoso.

Hidróxido de alumínio exibe propriedades anfotéricas e se dissolve em ácidos e álcalis:

Al (OH) 3 + 3HCl →AlCl3 + 3H2O

Al (OH) 3 + NaOH → Na.

Quando o hidróxido de alumínio é fundido com hidróxido de sódio, o metaaluminato de sódio é formado:

Al (OH) 3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O.

A capacidade do hidróxido de alumínio de reagir com ácidos é usada na terapia. Faz parte de medicamentos usados ​​para reduzir a acidez e reduzir a azia.

Reação com cloreto de bário. Os íons borato, ao interagir com o cloreto de bário em soluções aquosas, formam um precipitado cristalino branco de metaborato de bário Ba (BO 2) 2

Reações analíticas do cátion alumínio Al 3+

1. Reação com álcalis:

A1 3+ + 3 OH→A1(OH) 3 ↓ (branco)

2. Reação com nitrato de cobalto - formação de azul -thenar.

O azul tenar é um óxido misto de alumínio e azul cobalto.

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.

O boro é um oligoelemento de impureza, sua fração de massa no corpo humano é 10 -5 %. O boro está concentrado principalmente nos pulmões (0,34 mg), glândula tireóide (0,30 mg), baço (0,26 mg), fígado, cérebro (0,22 mg), rins, músculo cardíaco (0,21 mg) . O efeito biológico do boro ainda não foi suficientemente estudado. Boro é conhecido por estar presente em dentes e ossos, aparentemente na forma de sais pouco solúveis de ácido bórico com cátions metálicos.

Tabela 19 - Características dos elementos 3Ap/grupo

O alumínio está no subgrupo principal do Grupo III da Tabela Periódica. Os átomos dos elementos do subgrupo no estado fundamental têm a seguinte estrutura da camada eletrônica externa: ns 2 np 1 . No nível de energia externa dos átomos, existem orbitais p livres, o que permite que os átomos passem para um estado excitado. No estado excitado, os átomos desses elementos formam três ligações covalentes ou doam completamente três elétrons de valência, apresentando um estado de oxidação de +3.

O alumínio é o metal mais comum na Terra: sua fração de massa na crosta terrestre é de 8,8%. A maior parte do alumínio natural faz parte dos aluminossilicatos - substâncias cujos principais componentes são os óxidos de silício e alumínio. Os aluminossilicatos fazem parte de muitas rochas e argilas.

Propriedades: Al é um metal branco prateado, é um metal fusível e leve. Possui alta plasticidade, boa condutividade elétrica e térmica. Al é um metal reativo. No entanto, sua atividade em condições normais é um pouco reduzida devido à presença de uma fina película de óxido que se forma na superfície do metal quando ele entra em contato com o ar.

1. Interação com não-metais. Em condições normais, o alumínio reage com cloro e bromo:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

Quando aquecido, o alumínio interage com muitos não metais:

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

2Al + N 2 = 2AlN

4Al + 3C \u003d Al 4 C 3

2. Interação com a água. Devido ao filme protetor de óxido na superfície, o alumínio é estável na água. No entanto, quando esse filme é removido, ocorre uma interação energética:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2

2. Interação com ácidos. O alumínio interage com os ácidos clorídrico e sulfúrico diluído:

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

2Al + 3H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

Os ácidos nítrico e sulfúrico concentrado passivam o alumínio: sob a ação desses ácidos, a espessura da película protetora do metal aumenta e não se dissolve.

4. Interação com álcalis. O alumínio interage com soluções alcalinas com a liberação de hidrogênio e a formação de um sal complexo:

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

5. Recuperação de óxidos metálicos. O alumínio é um bom agente redutor para muitos óxidos metálicos:

2Al + Cr 2 O 3 \u003d Al 2 O 3 + 2Cr

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

óxido e hidróxido de alumínio. Óxido de alumínio, ou alumina, Al 2 O 3 é um pó branco. O óxido de alumínio pode ser obtido pela queima de metal ou pela calcinação de hidróxido de alumínio:

2Al(OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O

O óxido de alumínio é praticamente insolúvel em água. O hidróxido Al (OH) 3 correspondente a este óxido é obtido pela ação de hidróxido de amônio ou soluções alcalinas, tomadas em deficiência, sobre soluções de sais de alumínio:

AlCl 3 + 3NH 3 ∙ H 2 O \u003d Al (OH) 3 ↓ + 3NH 4 Cl

O óxido e o hidróxido deste metal são anfóteros, ou seja, apresentam propriedades básicas e ácidas.

Propriedades básicas:

Al 2 O 3 + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2 O

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

Propriedades ácidas:

Al 2 O 3 + 6KOH + 3H 2 O \u003d 2K 3

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

Al 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaAlO 2 + H 2 O

Produção. O alumínio é produzido pelo método eletrolítico. Não pode ser isolado de soluções aquosas de sais, porque é um metal muito ativo. Portanto, o principal método industrial para obtenção do alumínio metálico é a eletrólise de um fundido contendo óxido de alumínio e criolita.

Aplicativo. O alumínio metálico é amplamente utilizado na indústria, em termos de produção ocupa o segundo lugar depois do ferro. A maior parte do alumínio vai para a fabricação de ligas:

Duralumínio é uma liga de alumínio contendo cobre e pequenas quantidades de magnésio, manganês e outros componentes. Os duralumínios são ligas leves, fortes e resistentes à corrosão. Usado em aeronaves e engenharia mecânica.

Magnalin é uma liga de alumínio e magnésio. Usado em aeronaves e engenharia mecânica, na construção. Resistente à corrosão na água do mar, por isso é usado na construção naval.

Silumin é uma liga de alumínio contendo silício. Bom para fundição. Esta liga é utilizada na engenharia automotiva, aeronáutica e mecânica, na produção de instrumentos de precisão.

O alumínio é um metal dúctil, por isso é usado para fazer folhas finas usadas na fabricação de produtos de engenharia de rádio e para embalagens de mercadorias. Os fios são feitos de alumínio, tintas prateadas.

Atribuições com foco profissional

1. Para limpar as raízes da pele após a lavagem, elas são escaldadas com uma solução fervente de carbonato de sódio (W = 4%). Com excesso de ácido clorídrico no suco gástrico, os animais são alimentados com solução de bicarbonato de sódio. Escreva as fórmulas dessas substâncias. Cite outras áreas de aplicação dos sais de sódio e potássio na prática agrícola, na vida cotidiana.

2. O iodeto de potássio é amplamente utilizado para alimentar animais com microelementos e para remover o excesso de flores em macieiras. Escreva uma equação para a reação de obtenção do iodeto de potássio, indique o agente oxidante e o agente redutor.

3. Por que as cinzas de madeira (as cinzas contêm íons de potássio K + e íons de carbonato - CO 3 2-) usadas para fertilizar campos são recomendadas para serem armazenadas em ambientes fechados ou sob um dossel? Escreva as equações para as reações que ocorrem quando as cinzas são umedecidas.

4. Muita acidez do solo tem um efeito prejudicial na planta. Neste caso, é necessário realizar a calagem do solo. A introdução de calcário CaCO 3 no solo reduz a acidez. Escreva a equação para a reação que ocorre neste caso.

5. A acidez do solo não muda com a introdução de superfosfato. No entanto, a acidez do superfosfato contendo excesso de ácido fosfórico é prejudicial às plantas. CaCO 3 é adicionado para neutralizá-lo. É impossível adicionar Ca (OH) 2, porque o superfosfato se transformará em um composto de difícil digestão para as plantas. Escreva equações para as reações correspondentes.

6. Para combater as pragas de grãos, frutas e vegetais, o cloro é usado na proporção de 35 g por 1 m 3 da sala. Calcule a massa de cloreto de sódio suficiente para tratar 300 m 3 da sala com cloro obtido por eletrólise de um fundido deste sal.

7. Por cada 100 quintais de tubérculos e topos de beterraba sacarina, retiram-se do solo cerca de 70 kg de óxido de potássio. Que massa de silvinita KCl Na Cl contendo cloreto de potássio com uma fração de massa de 0,56 pode compensar essas perdas?

8. Para a alimentação de batatas, é utilizada uma solução de cloreto de potássio com fração de massa de 0,04. Calcule a massa de fertilizante potássico (KCl) necessária para obter 20 kg dessa solução.

9. Ao obter uma solução nutritiva para nutrição de plantas, 1 g de KNO 3, 1 g de MgSO 4, 1 g de KH 2 PO 4, 1 g de Ca (NO 3) 2 são retirados por 400 ml de água. Calcule a fração de massa (em%) de cada substância na solução resultante.

10. Para preservar o grão úmido da decomposição, ele é tratado com hidrossulfato de sódio NaHSO 4. Calcule a massa de hidrossulfato de sódio, obtida pela reação de 120 g de hidróxido de sódio com uma solução de ácido sulfúrico.

11. Qual fertilizante contém mais potássio: nitrato de potássio (KNO 3), potássio (K 2 CO 3) ou cloreto de potássio (KCl)?

12. A cianamida cálcica é utilizada para a desfolhagem pré-colheita do algodão durante a colheita mecanizada. Encontre a fórmula desse composto, sabendo que as frações mássicas de cálcio, carbono e nitrogênio são 0,5, respectivamente; 0,15; 0,35.

13. Ao analisar a cinza de madeira utilizada na pecuária como alimento para o gado, verificou-se que 70 g de cinza contém 18,4 g de cálcio, 0,07 g de fósforo e 2,3 g de sódio. Calcule a fração de massa (em%) de cada elemento na cobertura especificada.

14. Quanto de calcário contendo 90% de carbonato de cálcio deve ser aplicado por 30 hectares se a calagem for feita na proporção de 4 toneladas de CaO por hectare.

15. São eles: a) nitrato de amônio puro, b) silvinita técnica contendo 33% de potássio. Com a mistura desses materiais, é necessário obter uma tonelada de fertilizante nitrogenado-potássico contendo 15% de nitrogênio. Que quantidades de ambos os materiais devem ser misturadas e que porcentagem de potássio essa mistura conterá?

4.9 Seção: Principais metais de transição

Objetivo: Estudar as propriedades de metais de subgrupos secundários e seus compostos

Os metais de transição são elementos de subgrupos secundários do sistema periódico.