Subgrupul de bor este principalul subgrup al grupului III. Conform noii clasificări IUPAC: al 13-lea grup de elemente din Tabelul periodic al elementelor chimice al lui D. I. Mendeleev, care include bor B, aluminiu Al, galiu Ga, indiu In și taliu Tl. Toate elementele acestui subgrup, cu excepția borului, sunt metale.

Grupa III include bor, aluminiu, galiu, indiu, taliu (subgrupul principal), precum și scandiu, ytriu, lantan și lantanide, actiniu și actinide (subgrup lateral).

La nivelul electronic exterior al elementelor subgrupului principal, există câte trei electroni (s 2 p 1). Ei donează cu ușurință acești electroni sau formează trei electroni nepereche datorită tranziției unui electron la nivelul p. Borul și aluminiul se caracterizează prin compuși numai cu o stare de oxidare de +3. Elementele subgrupului galiu (galiu, indiu, taliu) au, de asemenea, trei electroni la nivelul electronic exterior, formând configurația s 2 p 1, dar sunt localizați după stratul de 18 electroni. Prin urmare, spre deosebire de aluminiu, galiul are proprietăți clar nemetalice. Aceste proprietăți din seria Ga, In, Tl slăbesc, iar proprietățile metalice cresc.

Structura electronică a stratului de valență al actinidelor seamănă în multe privințe cu structura electronică a stratului de valență al lantanidelor. Toate lantanidele și actinidele sunt metale tipice.

Toate elementele grupei III au o afinitate foarte puternică pentru oxigen, iar formarea oxizilor lor este însoțită de eliberarea unei cantități mari de căldură.

Elementele din grupa III găsesc o mare varietate de aplicații.

Borul a fost descoperit de J. Gay-Lussac și L. Tenard în 1808. Conținutul său în scoarța terestră este de 1,2 10-3%.

Compușii de bor cu metale (boruri) au duritate mare și rezistență la căldură. Prin urmare, sunt folosite pentru a obține aliaje speciale superdure și rezistente la căldură. Carbura de bor și nitrura de bor au o rezistență mare la căldură. Acesta din urmă este folosit ca lubrifiant la temperatură ridicată. Tetraboratul de sodiu hidratat Na 2 B 4 O 7 10H 2 O (borax) are o compoziție constantă, soluțiile sale sunt utilizate în chimia analitică pentru determinarea concentrației soluțiilor acide.

Compușii de galiu cu elemente din grupa VI (sulf, seleniu, teluriu) sunt semiconductori. Termometrele de înaltă temperatură sunt umplute cu galiu lichid.

Indiul a fost descoperit de T. Richter și F. Reich în 1863. Conținutul său în scoarța terestră este de 2,5·10-5%. Adaosul de indiu la aliajele de cupru crește rezistența acestora din urmă la acțiunea apei de mare. Adăugarea acestui metal la argint mărește strălucirea argintului și împiedică pătarea acestuia în aer. Acoperirile cu indiu protejează metalele împotriva coroziunii. Face parte din unele aliaje utilizate în stomatologie, precum și din unele aliaje cu punct de topire scăzut (un aliaj de indiu, bismut, plumb, staniu și cadmiu se topește la 47 ° C). Compușii de indiu cu diferite nemetale au proprietăți semiconductoare.

Taliul a fost descoperit de W. Crookes în 1861. Conținutul său în scoarța terestră este de 10-4%. Un aliaj de taliu (10%) cu staniu (20%) și plumb (70%) are rezistență foarte mare la acizi; poate rezista la acțiunea unui amestec de acizi sulfuric, clorhidric și azotic. Taliul crește sensibilitatea fotocelulelor la radiațiile infraroșii emanate de obiectele încălzite. Compușii de taliu sunt foarte toxici și provoacă căderea părului.

Galiul, indiul și taliul sunt oligoelemente. Conținutul lor în minereuri, de regulă, nu depășește miimi de procent.

PROPRIETĂȚI CHIMICE ALE BORULUI. APLICARE

Semimetal tare, fragil, negru strălucitor.

Din punct de vedere chimic, borul în condiții obișnuite este destul de inert și interacționează doar activ cu fluorul, iar borul cristalin este mai puțin activ decât borul amorf.

Pe măsură ce temperatura crește, activitatea borului crește și se combină cu oxigenul, sulful și halogenii. Când este încălzit în aer la 700°C, borul arde cu o flacără roșiatică, formând anhidridă borică B 2 O 3 - o masă sticloasă incoloră.

Când sunt încălzite peste 900 °C, borul și azotul formează nitrură de bor BN; când sunt încălzite cu cărbune, carbură de bor B 4 C 3; cu metale, boruri.

Borul nu reacționează vizibil cu hidrogenul; hidrurile sale (borohidruri) se obţin indirect. La o temperatură de căldură roșie, borul interacționează cu vaporii de apă:

2B + 3H2O = B2O3 + 3H2.

Borul reacţionează numai cu acidul azotic, sulfuric şi acva regia fierbinte pentru a forma acid boric H 3 BO 3 .

Se dizolvă încet în soluții alcaline concentrate pentru a forma borați.

Când este încălzit puternic, borul prezintă proprietăți de restaurare. Este capabil, de exemplu, să reducă siliciul sau fosforul din oxizii lor:

Această proprietate a borului poate fi explicată prin rezistența foarte mare a legăturilor chimice din oxidul de bor B2O3.

Aplicație.

Bor elementar

Borul (sub formă de fibre) servește ca agent de întărire pentru multe materiale compozite.

De asemenea, borul este adesea folosit în electronică pentru a schimba tipul de conductivitate a siliciului.

Borul este folosit în metalurgie ca element de microaliere, ceea ce mărește semnificativ călibilitatea oțelurilor.

Compuși de bor.

Carbura de bor este utilizată într-o formă compactă pentru fabricarea rulmenților gazodinamici.

Perborați/peroxoborați (conțin ion 2-) Produsul tehnic conține până la 10,4% „oxigen activ”, pe baza acestora se produc înălbitori „fără clor” („Persil”, „Persol”, etc.).

Separat, merită subliniat și faptul că aliajele bor-carbon-siliciu au duritate ultra-înaltă și pot înlocui orice material de măcinare (cu excepția nitrurii de carbon, diamantului, nitrurii de bor din punct de vedere al microdurității), cât și din punct de vedere al costului și al eficienței de măcinare. (economice) depășesc toate materialele abrazive cunoscute omenirii.

Un aliaj de bor cu magneziu (diborură de magneziu MgB2) are, în prezent, o temperatură critică record pentru trecerea la starea supraconductivă între supraconductorii de tip I. Apariția articolului de mai sus a stimulat o mare creștere a lucrărilor pe această temă.

Acidul boric (H 3 BO 3) este utilizat pe scară largă în inginerie nucleară ca absorbant de neutroni în reactoarele nucleare de tip VVER (PWR) pe neutroni „termici” („lenti”). Datorită caracteristicilor sale neutronice și a capacității de a se dizolva în apă, utilizarea acidului boric face posibilă controlul ușor (nu în trepte) a puterii unui reactor nuclear prin modificarea concentrației acestuia în lichidul de răcire - așa-numitul „control al borului” .

Borhidruri și compuși organoborici

O serie de derivați organici de bor (borohidruri) sunt combustibili pentru rachete extrem de eficienți (diboran (B2H4), pentaboran, tetraboran etc.), iar unii compuși polimerici cu hidrogen și carbon sunt extrem de rezistenți la atacul chimic și la temperaturi ridicate, de exemplu, cunoscutul plastic Carboran- 22.

Rolul biologic

Borul este un oligoelement important necesar pentru viața normală a plantelor. Lipsa borului oprește dezvoltarea lor, provoacă diferite boli la plantele cultivate. Acest lucru se bazează pe încălcări ale proceselor oxidative și energetice în țesuturi, o scădere a biosintezei substanțelor necesare. Cu o deficiență de bor în sol în agricultură, îngrășămintele cu micronutrienți cu bor (acid boric, borax și altele) sunt utilizate pentru a crește randamentele, a îmbunătăți calitatea produsului și a preveni o serie de boli ale plantelor.

Rolul borului la animale nu este clar. Țesutul muscular uman conține (0,33-1) 10 - 4% bor, țesutul osos (1,1-3,3) 10 - 4% și sânge - 0,13 mg/l. În fiecare zi, o persoană primește 1-3 mg de bor din alimente. Doza toxică - 4 g.

Unul dintre rarele tipuri de distrofie a corneei este asociat cu o genă care codifică o proteină transportoare care, probabil, reglează concentrațiile de bor intracelular.

Elementele p din grupa III din tabelul periodic al lui D. I. Mendeleev includ: bor B, aluminiu, galiu, indiu și taliu Configurația electronică a atomilor

Mai jos sunt comparate câteva constante care caracterizează proprietățile atomilor elementelor p ale grupului luat în considerare și substanțele metalice corespunzătoare:

Proprietățile -elementelor din grupa III sunt afectate de d-comprimarea situată în sistemul periodic într-o perioadă mică III, în perioade mari imediat după d-elemente). Astfel, raza atomică scade ușor, iar primul potențial de ionizare crește. În plus, compresia afectează și proprietățile atomilor de taliu. De aceea, raza atomului este aproape de raza atomului, iar energia de ionizare este ceva mai mare.

Bor. În conformitate cu structura electronică a atomului, borul poate fi monovalent (un electron nepereche la subnivelul energetic). Cu toate acestea, borul este cel mai caracteristic compușilor în care este trivalent (atunci când un atom este excitat, există trei electroni nepereche în subnivelele de energie și -).

Orbitul liber din atomul de bor excitat determină proprietățile acceptoare ale multor compuși ai săi, în care se formează trei legături covalente conform mecanismului covalent de schimb (de exemplu, Acești compuși sunt predispuși la adăugarea de particule cu proprietăți donor de electroni). , adică la formarea unei alte legături covalente de-a lungul mecanismului donor-acceptor. De exemplu:

Sunt cunoscuți doi izotopi ai borului: nucleele atomilor izotopului absorb cu ușurință neutronii:

Capacitatea borului de a absorbi neutroni determină utilizarea sa în inginerie nucleară: tijele de control ale reactoarelor nucleare sunt fabricate din materiale care conțin bor.

Cristalele de bor sunt negre; sunt refractare (mp. 2300 ° C), diamagnetice, au proprietăți semiconductoare (band gap. Conductivitatea electrică a borului, ca și alte metale, este mică și crește oarecum odată cu creșterea temperaturii.

La temperatura camerei, borul este inert chimic și interacționează direct doar cu fluorul; când este încălzit, borul este oxidat de clor, oxigen și alte nemetale. De exemplu:

În compușii cu nemetale, starea de oxidare a borului este aceea că toți acești compuși sunt covalenți.

Trioxidul de bor este o substanță cristalină (p.t. 450°C, bp 2250°C) caracterizată prin entalpie ridicată și energie de formare Gibbs. Când interacționează cu apa, aceasta se transformă în acid boric:

Un acid monoprotic foarte slab. Disocierea electrolitică cu eliminarea unui singur ion se explică prin proprietățile acceptoare descrise anterior ale borului: orbitalul liber al atomului de bor este furnizat donorului de electroni format în timpul disocierii moleculelor Procesul se desfășoară conform schemei.

Anionul complex are o structură tetraedrică (-hibridarea orbitalilor electronilor).

Proprietățile acceptoare ale borului în compușii cu stare de oxidare se manifestă și în chimia halogenurilor sale. De exemplu, reacțiile sunt ușor de fezabil

în care legătura chimică dintre şi sau este formată prin mecanismul donor-acceptor. Proprietatea halogenurilor de bor de a fi acceptoare de electroni determină aplicarea lor largă ca catalizatori în reacțiile de sinteză a compușilor organici.

Borul nu interacționează direct cu hidrogenul, ci formează boruri cu metale - de obicei compuși nestoichiometrici

Hidrururile de bor (boranele) sunt foarte otrăvitoare și au un miros foarte neplăcut. Ele sunt obținute indirect, cel mai adesea

în interacțiunea borurilor reactive cu acizi sau halogenuri de bor cu hidruri de metale alcaline:

Cea mai simplă combinație de bor și hidrogen nu există în condiții obișnuite. -Hibridizarea orbitalilor de electroni în atomul de bor duce la nesaturarea coordonării particulei, în urma căreia două astfel de particule se combină într-o moleculă de diboran:

În diboran, borul se află în stare de hibridizare, fiecare atom de bor având unul dintre cei patru orbitali hibrizi gol, în timp ce ceilalți trei sunt suprapusi de -orbitali ai atomilor de hidrogen. Legăturile dintre grupurile dintr-o moleculă se formează sub forma unei legături de hidrogen datorită deplasării densității electronilor de la un atom de hidrogen al grupului la orbitalul gol al altui grup Se cunosc și alți borani, care pot fi reprezentați în două rânduri.

Borurile β-metalice sunt reactive și sunt adesea folosite pentru a produce un amestec de borani prin tratare cu acizi. Majoritatea borurilor sunt rezistente la căldură, foarte dure și stabile din punct de vedere chimic. Ele sunt utilizate pe scară largă direct sub formă de aliaje pentru fabricarea pieselor de motoare cu reacție, palete de turbine cu gaz. Unele boruri sunt folosite pentru a face catozi ai dispozitivelor electronice.

Aluminiu. Configurația electronică a unui atom de aluminiu este exprimată prin formula. Stratul de electroni exterior al atomului are un electron nepereche:

Prin urmare, aluminiul poate prezenta o valență egală cu unu. Cu toate acestea, această valență nu este tipică pentru aluminiu. În toți compușii stabili, starea de oxidare a aluminiului este egală, valența egală cu trei corespunde stării excitate a atomului.

În ceea ce privește abundența sa, aluminiul ocupă locul al patrulea dintre toate elementele (după O, H și Si) și este cel mai comun metal din natură. Cea mai mare parte a aluminiului este concentrată în aluminosilicați: feldspați, mica etc.

Aluminiul este un metal alb-argintiu, ușor și extrem de ductil, cu o conductivitate termică și electrică ridicată.

Aluminiul este activ din punct de vedere chimic; Reacționează cu clorul și bromul la temperatura camerei și cu iodul - atunci când este încălzit sau în prezența apei ca catalizator. La 800 °C, aluminiul reacţionează cu azotul, iar la 2000 °C - cu carbonul. Aluminiul prezintă o mare afinitate chimică pentru oxigen:

În aer, aluminiul este acoperit cu o peliculă de oxid foarte durabilă, subțire, care slăbește oarecum luciul metalic al aluminiului. Datorită peliculei de oxid, suprafața de aluminiu capătă o rezistență ridicată la coroziune. Acest lucru se manifestă în primul rând prin indiferența aluminiului față de apă și vapori de apă. Datorită formării unei pelicule de protecție, aluminiul este rezistent la acizii azotic și sulfuric concentrați. Acești acizi pasivează aluminiul la rece. Tendința la pasivare face posibilă creșterea rezistenței la coroziune a aluminiului prin tratarea suprafeței sale cu agenți oxidanți puternici (de exemplu) sau folosind oxidarea anodică. În acest caz, grosimea peliculei de oxid crește până la.La temperaturi ridicate, rezistența peliculei de protecție scade brusc. Dacă filmul de oxid este îndepărtat prin forță mecanică, aluminiul devine extrem de reactiv. Reacționează energic cu apa și cu soluții apoase de acizi și alcalii, înlocuind hidrogenul și formând cationi sau anioni. Interacțiunea aluminiului cu soluțiile acide are loc conform ecuației reacției

si cu solutii alcaline

Cationii și anionii de aluminiu se transformă cu ușurință unul în altul atunci când pH-ul soluției se modifică:

Compușii amestecați se pot forma și în soluție,

De exemplu

Acesta din urmă se deshidratează ușor (mai ales când este încălzit) și se transformă în hidroxid

Cea mai largă aplicare a aluminiului în inginerie se bazează pe proprietățile sale fizice și chimice valoroase și pe prevalența sa ridicată în scoarța terestră. Datorită conductivității sale electrice ridicate și densității scăzute, acesta

folosit pentru a face fire electrice. Ductilitatea ridicată a aluminiului face posibilă producerea celei mai subțiri folii din acesta, care este utilizată în condensatoare și înlocuiește plumbul din mantaua cablurilor cu aluminiu. Datorită nemagnetizabilității, aliajele de aluminiu sunt folosite în inginerie radio.

Cea mai mare parte a aluminiului este folosită pentru a produce aliaje ușoare - duraluminiu, restul este silumin, restul etc. Aluminiul este, de asemenea, folosit ca aditiv de aliaj pentru aliaje pentru a le oferi rezistență la căldură. Aluminiul și aliajele sale ocupă unul dintre locurile principale ca materiale structurale în construcția de aeronave, rachete, inginerie mecanică etc. Rezistența la coroziune a aluminiului (în special anodizat) depășește semnificativ rezistența la coroziune a oțelului. Prin urmare, aliajele sale sunt folosite ca materiale structurale și în construcțiile navale. Cu elementele d, aluminiul formează compuși chimici - intermetalide (aluminuri): etc., care sunt utilizate ca materiale rezistente la căldură. Aluminiul este folosit în aluminotermie pentru a obține un număr de metale și pentru sudarea cu termiți. Aluminotermia se bazează pe afinitatea ridicată a aluminiului pentru oxigen. De exemplu, într-o reacție care se desfășoară conform ecuației

se eliberează aproximativ 3500 kJ de căldură și temperatura se dezvoltă la

Oxidul de aluminiu este cunoscut sub forma mai multor modificări. Cea mai stabilă este Această modificare se găsește în scoarța terestră sub formă de corindon mineral, din care se prepară discuri de măcinat și pulberi de smirghel. Utilizarea corindonului ca material abraziv se bazează pe duritatea sa ridicată, a doua după duritatea diamantului, carborindonului și borazonului.Rubinele artificiale sunt obținute prin fuziune. Sunt folosite pentru realizarea pietrelor de sprijin în mecanisme de precizie. Recent, rubinele artificiale au fost folosite în generatoarele cuantice (lasere). Produsele realizate din sunt folosite ca refractare și dielectrice.

Hidroxidul de aluminiu este un compus polimeric. Are o rețea cristalină stratificată. Fiecare strat este format din octaedre (Fig. IX. 10); Există o legătură de hidrogen între straturi. Hidroxidul de aluminiu obținut prin reacția de schimb este un precipitat alb gelatinos, foarte solubil în acizi și baze. Când stă în picioare, sedimentul „îmbătrânește” și își pierde activitatea chimică. Când este calcinat, hidroxidul pierde apă și se transformă într-un oxid.Una dintre formele de hidroxid deshidratat, gelul de aluminiu, este folosită în tehnologie ca adsorbant.

Compușii prezintă un interes extrem de mare

Orez. IX. 10. Structura stratului format din unități structurale octaedrice ale compusului

aluminiu - zeoliți înrudiți cu aluminosilicați. Compoziția lor poate fi exprimată prin formula generală unde sau (mai puțin frecvent).

INTRODUCERE

Subgrupul de bor este principalul subgrup al grupului III. Conform noii clasificări IUPAC: 13 grup de elemente din Tabelul periodic al elementelor chimice al lui D.I. Mendeleev, care include bor B, aluminiu Al, galiu Ga, indiu In și taliu Tl. Toate elementele acestui subgrup, cu excepția borului, sunt metale.

CARACTERISTICI GENERALE ALE ELEMENTELOR GRUPULUI III, SUBGRUPUL PRINCIPAL

chimic bor taliu aluminiu

Grupa III include bor, aluminiu, galiu, indiu, taliu (subgrupul principal), precum și scandiu, ytriu, lantan și lantanide, actiniu și actinide (subgrup lateral).

La nivelul electronic exterior al elementelor subgrupului principal, există câte trei electroni (s 2 p 1). Ei donează cu ușurință acești electroni sau formează trei electroni nepereche datorită tranziției unui electron la nivelul p. Borul și aluminiul se caracterizează prin compuși numai cu o stare de oxidare de +3. Elementele subgrupului galiu (galiu, indiu, taliu) au, de asemenea, trei electroni la nivelul electronic exterior, formând configurația s 2 p 1, dar sunt localizați după stratul de 18 electroni. Prin urmare, spre deosebire de aluminiu, galiul are proprietăți clar nemetalice. Aceste proprietăți din seria Ga, In, Tl slăbesc, iar proprietățile metalice cresc.

Structura electronică a stratului de valență al actinidei este în multe privințe similară cu structura electronică a stratului de valență al lantanidei. Toate lantanidele și actinidele sunt metale tipice.

Toate elementele grupei III au o afinitate foarte puternică pentru oxigen, iar formarea oxizilor lor este însoțită de eliberarea unei cantități mari de căldură.

Elementele din grupa III găsesc o mare varietate de aplicații.

Borul a fost descoperit de J. Gay-Lussac și L. Tenard în 1808. Conținutul său în scoarța terestră este de 1,2 10-3%.

Compușii de bor cu metale (boruri) au duritate mare și rezistență la căldură. Prin urmare, sunt folosite pentru a obține aliaje speciale superdure și rezistente la căldură. Carbura de bor și nitrura de bor au o rezistență mare la căldură. Acesta din urmă este folosit ca lubrifiant la temperatură ridicată. Tetraboratul de sodiu hidratat Na 2 B 4 O 7 10H 2 O (borax) are o compoziție constantă, soluțiile sale sunt utilizate în chimia analitică pentru determinarea concentrației soluțiilor acide.

Compușii de galiu cu elemente din grupa VI (sulf, seleniu, teluriu) sunt semiconductori. Termometrele de înaltă temperatură sunt umplute cu galiu lichid.

Indiul a fost descoperit de T. Richter și F. Reich în 1863. Conținutul său în scoarța terestră este de 2,5·10-5%. Adaosul de indiu la aliajele de cupru crește rezistența acestora din urmă la acțiunea apei de mare. Adăugarea acestui metal la argint mărește strălucirea argintului și împiedică pătarea acestuia în aer. Acoperirile cu indiu protejează metalele împotriva coroziunii. Face parte din unele aliaje utilizate în stomatologie, precum și din unele aliaje cu punct de topire scăzut (un aliaj de indiu, bismut, plumb, staniu și cadmiu se topește la 47 ° C). Compușii de indiu cu diferite nemetale au proprietăți semiconductoare.

Taliul a fost descoperit de W. Crookes în 1861. Conținutul său în scoarța terestră este de 10-4%. Un aliaj de taliu (10%) cu staniu (20%) și plumb (70%) are rezistență foarte mare la acizi; poate rezista la acțiunea unui amestec de acizi sulfuric, clorhidric și azotic. Taliul crește sensibilitatea fotocelulelor la radiațiile infraroșii emanate de obiectele încălzite. Compușii de taliu sunt foarte toxici și provoacă căderea părului.

Galiul, indiul și taliul sunt oligoelemente. Conținutul lor în minereuri, de regulă, nu depășește miimi de procent.

Pe măsură ce masa atomică crește, caracterul metalic al elementelor crește. Borul este un nemetal, elementele rămase (un subgrup de aluminiu) sunt metale. Borul are proprietăți semnificativ diferite față de alte elemente și este mai asemănător cu carbonul și siliciul. Elementele rămase sunt metale cu punct de topire scăzut, In și Tl sunt extrem de moi.

Proprietățile fizice ale elementelor subgrupului principal al grupei III

Toate elementele grupului sunt trivalente , dar cu creșterea numărului atomic, valența 1 devine mai caracteristică(Tl este predominant monovalent).

În seria B-Al-Ga-In-Tl, aciditatea scade și bazicitatea hidroxizilor R(OH) 3 crește. H3VO3 este un acid, Al(OH)3 şi Ga(OH)3 sunt baze amfotere, In(OH)3 şi Tl(OH)3 sunt baze tipice. ТlON este o bază puternică.

Să luăm în considerare proprietățile doar a două elemente: în detaliu - aluminiu, ca reprezentant tipic al metalelor p, extrem de utilizat pe scară largă în practică, și schematic - bor, ca reprezentant al „semi-metale” și care prezintă proprietăți anormale în comparație cu toate celelalte elemente ale subgrupului.

Aluminiul este cel mai comun metal de pe Pământ (locul 3 între toate elementele; 8% din compoziția scoarței terestre). Nu apare în natură ca un metal liber; face parte din alumină (Al2O3), bauxită (Al2O3xH2O). În plus, aluminiul se găsește ca silicați în roci precum argile, mica și feldspați.

Aluminiul are un singur izotop stabil, borul are doi: 19,9% și 80,1%.

chitanta;

1. Electroliza topiturii de AlCl3:

2AlCl3 = 2Al + 3CI2

2. Principala metodă industrială este electroliza topiturii de Al 2 O 3 (alumină) în criolit 3NaF AlF 3:

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

3. Vacuum termic:

AlCI3 + ZK = Al + 3KCI

Proprietăți fizice.

Aluminiul în forma sa liberă este un metal alb-argintiu cu conductivitate termică și electrică ridicată. Aluminiul are o densitate scăzută - de aproximativ trei ori mai mică decât cea a fierului sau a cuprului și, în același timp, este un metal durabil.

Borul există în mai multe modificări alotrope. Borul amorf este o pulbere maro închis. Borul cristalin este gri-negru, cu un luciu metalic. În ceea ce privește duritatea, borul cristalin ocupă locul al doilea (după diamant) între toate substanțele. La temperatura camerei, borul este un slab conductor de electricitate; la fel ca siliciul, are proprietăți semiconductoare.

Proprietăți chimice.

Suprafaţă aluminiu acoperit de obicei cu o peliculă durabilă de oxid de Al 2 O 3, care îl protejează de interacțiunea cu mediul. Dacă această peliculă este îndepărtată, metalul poate reacționa puternic cu apa:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + ZH2.

Sub formă de ras sau pulbere, arde puternic în aer, eliberând o cantitate mare de căldură:

2Al + 3/2O2 = Al2O3 + 1676 kJ.

Această împrejurare este folosită pentru a obține un număr de metale din oxizii lor prin aluminotermie. Așa au numit reducerea prin pulbere de aluminiu a acelor metale în care căldura de formare a oxizilor este mai mică decât căldura de formare a Al 2 O 3, de exemplu:

Cr203 + 2Al = 2Cr + Al203 + 539 kJ.

Bor, spre deosebire de aluminiu, este inert din punct de vedere chimic (în special cristalin). Deci, reacționează cu oxigenul numai la temperaturi foarte ridicate (> 700 ° C) cu formarea anhidridei borice B 2 O 3:

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

Borul nu reacționează cu apa sub nicio formă. La o temperatură și mai mare (> 1200°C), reacţionează cu azotul pentru a da nitrură de bor (folosită pentru fabricarea materialelor refractare):

Borul reacţionează numai cu fluorul la temperatura camerei, reacțiile cu clorul și bromul apar numai cu încălzire puternică (400, respectiv 600 °C); în toate aceste cazuri, formează trihalogenuri BHal 3 - lichide volatile care emană fum în aer și sunt ușor hidrolizate de apă:

2B + 3Hal 2 = 2BAl 3.

Ca rezultat al hidrolizei, se formează acidul ortoboric (boric) H 3 BO 3:

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

Spre deosebire de bor, aluminiu Deja la temperatura camerei, reacţionează activ cu toţi halogenii, formând halogenuri. Când este încălzit, reacţionează cu sulf (200 °C), azot (800 °C), fosfor (500 °C) şi carbon (2000 °C):

2Al + 3S = Al 2 S 3 (sulfură de aluminiu),

2Al + N 2 = 2AlN (nitrură de aluminiu),

Al + P = AlP (fosfură de aluminiu),

4Al + 3C = Al 4 C 3 (carbură de aluminiu).

Toți acești compuși sunt complet hidrolizați pentru a forma hidroxid de aluminiu și, în consecință, hidrogen sulfurat, amoniac, fosfină și metan.

Aluminiul se dizolvă ușor în acid clorhidric de orice concentrație:

2Al + 6HCI = 2AlCI3 + ZN2.

Acizii sulfuric și azotic concentrați nu au niciun efect asupra aluminiului la rece. Când este încălzit, aluminiul este capabil să reducă acești acizi fără a elibera hidrogen:

2Al + 6H2SO4 (conc) = Al2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H2O,

Al + 6HNO3(conc) = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

Aluminiul se dizolvă în acid sulfuric diluat, eliberând hidrogen:

2Al + 3H2S04 = Al2(SO4)3 + 3H2.

În acidul azotic diluat, reacția are loc cu eliberarea de oxid azotic (II):

Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O.

Aluminiul se dizolvă în soluții de alcalii și carbonați de metale alcaline pentru a forma tetrahidroxialuminați:

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na[Al(OH)4] + 3H2.

Acizii care nu sunt agenți oxidanți nu reacționează cu borul și doar HNO3 concentrat îl oxidează la acid boric:

B + HNO3 (conc) + H20 = H3VO3 + NO

Compuși cu stare de oxidare +3. Cei mai importanți compuși ai borului sunt hidruri, halogenuri, oxid, acizi boric și sărurile acestora.

Oxid de bor- B 2 O 3 - o masă sticloasă incoloră, fragilă, un oxid acid, adaugă viguros apă pentru a forma acid ortoboric:

B2O3 + 3H2O = 2H3BO3

H 3 BO 3 este un acid monoprotic foarte slab, iar proprietățile sale acide se manifestă nu datorită eliminării cationului hidrogen, ci datorită legării anionului hidroxid:

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

Când este încălzit, acidul boric pierde apa treptat, formând mai întâi acid metaboric și apoi oxid de bor:

H 3 BO 3 ¾® HBO 2 ¾® B 2 O 3

Când interacționează cu alcalii, formează tetraborați - săruri ale acidului tetraboric ipotetic:

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

Majoritatea sărurilor - borații - sunt insolubile în apă, cu excepția boraților cu element s. Tetraboratul de sodiu Na 2 B 4 O 7 este folosit mai mult decât altele. Majoritatea boraților sunt polimerici, sunt izolați din soluții sub formă de hidrați cristalini. Acizii boric polimerici nu pot fi izolați din soluție, datorită faptului că se hidratează ușor. Prin urmare, atunci când acizii acționează asupra poliboraților, acidul boric este de obicei eliberat ( această reacție este folosită pentru a produce acid):

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

Metaborații anhidri se obțin prin topirea oxidului de bor sau acidului boric cu oxizi metalici:

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

Cei mai importanți compuși de aluminiu este oxid de aluminiu și hidroxid de aluminiu.

Oxidul de aluminiu Al2O3 este o substanță cristalină albă refractară, insolubilă în apă. În condiții de laborator, oxidul de aluminiu este extras prin arderea aluminiului sau prin descompunerea termică a hidroxidului de aluminiu:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

2Al (OH)3 → Al2O3 + 3H2O.

Conform proprietăților chimice, oxidul de aluminiu este amfoter. Reacționează cu acizii, prezentând proprietățile oxizilor bazici:

Al2O3 + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2O.

Reacționează cu alcalii, prezintă proprietățile oxizilor acizi. Compușii complecși se formează în soluții alcaline:

Al2O3 + 2KOH + 3H2O = 2K.

Când sunt topite, se formează săruri ale acidului metaaluminiu, de exemplu metaaluminatul de potasiu:

Al2O3 + 2KOH→2KAlO2 + H2O.

Modificarea cristalină naturală a oxidului de aluminiu (corindon) este utilizată în VARIAT domenii ale științei și producției. Rubinul, de exemplu, este un material pentru fabricarea pietrelor de lucru pentru mecanisme de precizie. Cristalele de corindon sunt mediul de lucru al laserelor. Rubinele și safirele sunt folosite pentru finisarea bijuteriilor. Oxidul de aluminiu este componenta principală a smirghelului - un material abraziv. Refractaritatea și rezistența la coroziune a oxidului de aluminiu predetermina utilizarea sa pentru fabricarea de vase chimice rezistente la căldură, cărămizi pentru așezarea cuptoarelor de sticlă.

Hidroxidul de aluminiu Al (OH) 3 este o substanță cristalină insolubilă în apă de culoare albă. Hidroxidul de aluminiu este produs în laborator din sărurile de aluminiu solubile atunci când interacționează cu soluții alcaline, de exemplu:

AlCI3 + 3KOH = Al (OH)3↓+ 3KCI.

Hidroxidul de aluminiu rezultat are aspectul unui precipitat gelatinos.

Hidroxidul de aluminiu prezintă proprietăți amfotere și se dizolvă atât în ​​acizi, cât și în alcalii:

Al(OH)3 + 3HCI →AlCI3 + 3H2O

Al (OH)3 + NaOH → Na.

Când hidroxidul de aluminiu fuzionează cu hidroxidul de sodiu, se formează metaaluminatul de sodiu:

Al (OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O.

Capacitatea hidroxidului de aluminiu de a reacționa cu acizii este utilizată în terapie. Face parte din medicamentele care sunt folosite pentru a reduce aciditatea și arsurile la stomac.

Reacția cu clorură de bariu. Ionii de borat, atunci când interacționează cu clorura de bariu în soluții apoase, formează un precipitat cristalin alb de metaborat de bariu Ba(BO 2) 2

Reacții analitice ale cationului de aluminiu Al 3+

1. Reacția cu alcalii:

A1 3+ + 3 OH→A1(OH) 3 ↓ (alb)

2. Reacția cu azotat de cobalt - formarea albastrului -tenar.

Albastrul Thenar este un albastru amestecat de aluminiu și oxid de cobalt.

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.

Borul este un oligoelement; fracția sa de masă în corpul uman este de 10 -5 %. Borul este concentrat în principal în plămâni (0,34 mg), glanda tiroidă (0,30 mg), splină (0,26 mg), ficat, creier (0,22 mg), rinichi, mușchiul inimii (0,21 mg). Efectul biologic al borului nu a fost încă suficient studiat. Se știe că borul este inclus în compoziția dinților și a oaselor, aparent sub formă de săruri puțin solubile ale acidului boric cu cationi metalici.

Tabelul 19 - Caracteristicile elementelor 3Ап/grup

Aluminiul se află în subgrupul principal al Grupului III al Tabelului Periodic. Atomii elementelor subgrupului în starea fundamentală au următoarea structură a învelișului electronilor exterior: ns 2 np 1. La nivelul energetic exterior al atomilor există orbitali p liberi, ceea ce permite atomilor să intre într-o stare excitată. În starea excitată, atomii acestor elemente formează trei legături covalente sau renunță complet la trei electroni de valență, prezentând o stare de oxidare de +3.

Aluminiul este cel mai abundent metal de pe Pământ: fracțiunea sa de masă în scoarța terestră este de 8,8%. Cea mai mare parte a aluminiului natural face parte din aluminosilicați - substanțe ale căror componente principale sunt siliciul și oxizii de aluminiu. Aluminosilicații se găsesc în multe roci și argile.

Proprietăți: Al este un metal alb-argintiu, este un metal fuzibil și ușor. Are ductilitate ridicată, conductivitate electrică și termică bună. Al este un metal reactiv. Totuși, activitatea sa în condiții normale este oarecum redusă din cauza prezenței unei pelicule subțiri de oxid care se formează pe suprafața metalului când intră în contact cu aerul.

1. Interacțiunea cu nemetale. În condiții normale, aluminiul reacționează cu clorul și bromul:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

Când este încălzit, aluminiul reacționează cu multe nemetale:

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

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

2Al + N2 = 2AlN

4Al + 3C = Al4C3

2. Interacțiunea cu apa. Datorită filmului protector de oxid de pe suprafață, aluminiul este rezistent la apă. Cu toate acestea, atunci când acest film este îndepărtat, are loc o interacțiune puternică:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2

2. Interacțiunea cu acizii. Aluminiul reacționează cu acizii clorhidric și sulfuric diluați:

2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2

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

Acizii nitric și sulfuric concentrat pasivează aluminiul: acțiunea acestor acizi crește grosimea peliculei de protecție pe metal și nu se dizolvă.

4. Interacțiune cu alcalii. Aluminiul reacționează cu soluțiile alcaline pentru a elibera hidrogen și a forma o sare complexă:

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

5. Reducerea oxizilor metalici. Aluminiul este un bun agent reducător pentru mulți oxizi metalici:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

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

Oxid și hidroxid de aluminiu. Oxidul de aluminiu, sau alumina, Al2O3 este o pulbere albă. Oxidul de aluminiu poate fi produs prin arderea metalului sau calcinarea hidroxidului de aluminiu:

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Oxidul de aluminiu este practic insolubil în apă. Hidroxidul Al(OH)3 corespunzător acestui oxid se obține prin acțiunea hidroxidului de amoniu sau a soluțiilor de alcaline, luate în deficiență, asupra soluțiilor de săruri de aluminiu:

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

Oxidul și hidroxidul acestui metal sunt amfoter, adică. prezintă atât proprietăți bazice, cât și acide.

Proprietăți de bază:

Al203 + 6HCI = 2AlCI3 + 3H20

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

Proprietăți acide:

Al2O3 + 6KOH + 3H2O = 2K3

2Al(OH)3 + 6KOH = K3

Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

Productie. Aluminiul este produs prin metoda electrolitică. Nu poate fi izolat din soluții apoase de săruri, deoarece este un metal foarte activ. Prin urmare, principala metodă industrială de producere a aluminiului metalic este electroliza unei topituri care conține oxid de aluminiu și criolit.

Aplicație. Aluminiul metalic este utilizat pe scară largă în industrie și ocupă locul al doilea ca volum de producție după fier. Cea mai mare parte a aluminiului este folosită pentru a face aliaje:

Duraluminul este un aliaj de aluminiu care conține cupru și cantități mici de magneziu, mangan și alte componente. Duraluminii sunt aliaje ușoare, durabile și rezistente la coroziune. Folosit în aeronave și inginerie mecanică.

Magnalinul este un aliaj de aluminiu și magneziu. Folosit în aeronave și inginerie mecanică, în construcții. Este rezistent la coroziune în apa de mare, motiv pentru care este utilizat în construcțiile navale.

Silumin este un aliaj de aluminiu care conține siliciu. Bine castabil. Acest aliaj este utilizat în automobile, aeronave și inginerie mecanică și în producția de instrumente de precizie.

Aluminiul este un metal ductil, astfel încât din el se face folie subțire, utilizată în producția de produse de inginerie radio și pentru ambalarea mărfurilor. Firele și vopselele argintii sunt realizate din aluminiu.

Sarcini cu accent profesional

1. Pentru a curăța legumele rădăcinoase după spălare, acestea se opăresc cu o soluție clocotită de sodă (W = 4%). Dacă există un exces de acid clorhidric în sucul gastric, animalelor li se administrează o soluție de bicarbonat de sodiu. Scrieți formulele acestor substanțe. Numiți alte domenii de aplicare a sărurilor de sodiu și potasiu în practica agricolă și în viața de zi cu zi.

2. Iodura de potasiu este utilizată pe scară largă pentru a hrăni animalele cu oligoelemente și pentru a îndepărta excesul de flori de pe meri. Scrieți o ecuație pentru reacția de a produce iodură de potasiu, indicați agentul de oxidare și agentul reducător.

3. De ce cenusa de lemn (cenusa contine ioni de potasiu K + si carbonat – ioni CO 3 2-), folosita la fertilizarea campurilor, recomandata a fi depozitata in interior sau sub baldachin? Scrieți ecuațiile pentru reacțiile care apar atunci când cenușa este umezită.

4. Prea multă aciditate în sol are un efect dăunător asupra plantei. În acest caz, este necesară calcarea solului. Adăugarea de calcar CaCO 3 în sol reduce aciditatea. Scrieți ecuația pentru reacția care are loc în acest caz.

5. Aciditatea solului nu se modifică odată cu adăugarea de superfosfat. Cu toate acestea, aciditatea superfosfatului care conține acid fosforic în exces este dăunătoare plantelor. Pentru a o neutraliza, se adaugă CaCO3. Este imposibil să se adauge Ca(OH) 2, deoarece superfosfatul se va transforma într-un compus greu de asimilat de plante. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile corespunzătoare.

6. Pentru a controla dăunătorii cerealelor, fructelor și legumelor, clorul este utilizat în doză de 35 g pe 1 m 3 de cameră. Se calculează masa de clorură de sodiu suficientă pentru a trata 300 m 3 de încăpere cu clor obținut prin electroliza unei sări topite.

7. Pentru fiecare 100 de cenți din recolta de rădăcini și blaturi de sfeclă de zahăr, aproximativ 70 kg de oxid de potasiu sunt îndepărtate din sol. Ce masă de silvinită KCl NaCl care conține clorură de potasiu cu o fracție de masă de 0,56 poate compensa aceste pierderi?

8. Pentru a hrăni cartofii, utilizați o soluție de clorură de potasiu cu o fracție de masă de 0,04. Calculați masa de îngrășământ cu potasiu (KCl) necesară pentru a obține 20 kg dintr-o astfel de soluție.

9. Când pregătiți o soluție nutritivă pentru hrănirea plantelor, luați 1 g KNO 3, 1 g MgSO 4, 1 g KN 2 PO 4, 1 g Ca(NO 3) 2 la 400 ml apă. Calculați fracția de masă (în%) a fiecărei substanțe din soluția rezultată.

10. Pentru a păstra boabele umede de putrezire, se tratează cu sulfat acid de sodiu NaHSO 4. Calculați masa de sulfat acid de sodiu, care se obține prin reacția a 120 g hidroxid de sodiu cu o soluție de acid sulfuric.

11. Ce îngrășământ conține mai mult potasiu: azotat de potasiu (KNO 3), potasiu (K 2 CO 3) sau clorură de potasiu (KCl)?

12. Cianamida de calciu este utilizată pentru defolierea înainte de recoltare a bumbacului în timpul recoltării mecanice. Găsiți formula acestui compus, știind că fracțiunile de masă ale calciului, carbonului și azotului sunt, respectiv, 0,5; 0,15; 0,35.

13. Analizând cenușa de lemn folosită în creșterea animalelor ca hrană pentru animale, s-a constatat că cenușa cu o greutate de 70 g conține 18,4 g calciu, 0,07 g fosfor și 2,3 g sodiu. Calculați fracția de masă (în %) a fiecărui element din îngrășământul specificat.

14. Cât calcar conținând 90% carbonat de calciu trebuie aplicat pe 30 de hectare dacă se efectuează vararea în proporție de 4 tone de CaO la hectar.

15. Există: a) azotat de amoniu pur, b) silvinită tehnică care conţine 33% potasiu. Amestecând aceste materiale, trebuie să obțineți o tonă de îngrășământ cu azot-potasiu care conține 15% azot. Ce cantități din ambele materiale trebuie amestecate și ce procent de potasiu va conține un astfel de amestec?

4.9 Secțiunea: Principalele metale de tranziție

Scop: Studierea proprietăților metalelor subgrupurilor laterale și compușilor acestora

Metalele de tranziție sunt elemente ale subgrupurilor secundare ale tabelului periodic.