Общая характеристика. В III главную подгруппу входят элементы: бор (В), алюминий (Аl), галлий (Gа), индий (In) и таллий (Тl)

ЛЕКЦИЯ 4 р-ЭЛЕМЕНТЫ III группы

В III главную подгруппу входят элементы: бор (В), алюминий (Аl), галлий (Gа), индий (In) и таллий (Тl). Электронная формула валентной зоны данных атомов в невозбуждённом со­стоянии – ns²nр¹, то есть они содержат в наружном электронном слое три электрона. Данные элементы в своих соединени­ях проявляют валентность III, и только тал­лий в своих соединениях может быть одно- или трёхвалентен. Для таллия более устойчива валентность 1, поэтому соединения трехвалентного таллия обладают сильными окислительными свойствами (φ⁰ = +1,25 В).

Бор неметалл, а остальные элементы являются металлами, при этом в ряду Al–Ga–In–Т1 металлические свойства простых ве­ществ усиливаются. Оксид бора проявляет кислотные свойства, оксиды алюминия, галлия и индия – амфотерные, а оксиды таллия – основные.

2 Бор представляет собой кристаллическое вещество чёрного цве­та, по

твёрдости уступающее лишь алмазу.

Бор применяется в металлургии как добавка к стали и некоторым цветным сплавам. Применяется также насыщение поверхности стальных изделий бором (борирование), значительно повышающее твердость и коррозионную стойкость поверхностного слоя. Борирование проводится при повышенной температуре бором или его соединениями в атмосфере водорода. При высокой температуре бор взаимодействует со многими металлами с образованием боридов, являющихся твердыми и коррозионно-стойкими соединениями и сохраняющими эти свойства при высоких температурах, что позволяет их использовать в ракетной технике

При нагревании бора до температуры 700 ^оС он сгорает с образованием оксида бора и выделением большого количества тепла:

2В_(к) + 3∕2О_2(г) = В₂О_3(г), H⁰₂₉₈ = –1270,43 кДж/моль.

Оксид бора растворяется в воде с образованием ортоборной кислоты:

В₂О₃ + 3Н₂О = 2Н₃ВО₃.

Особенностью борной кислоты является то, что при её нейтрализации рас­твором щёлочи образуется соль не ортоборной, а тетраборной кислоты (Н₂В₄О₇):

4Н₃ВО₃ + 2NаОН = Nа₂В₄О₇ + 7Н₂О.

Соли тетраборной кислоты называются тетрабораты. Десятиводный кристаллогидрат тетрабората натрия Nа₂В₄О₇·10Н₂О называется бура. Применяется при сварке, резании и паянии металлов, в производстве легкоплавкой глазури, для эмалирования различных изделий.

При накаливании смеси бора с углем образуется очень тугоплавкое и твердое вещество – карбид бора (В₄С).

С азотом бор образует нитрид, существующий в алмазоподобной или графитоподобной модификациях. Алмазоподобная кристаллическая модификация по твердости немного уступает алмазу, но значительно превосходит его по термостойкости. Выдерживает нагревание на воздухе до 2000 ^оС, в то время как алмаз сгорает уже при температуре 800 ^оС. Графитоподобная кристаллическая модификация, как и графит, является высококачественным смазочным материалом, но в отличие от графита бесцветна и неэлектропроводна.

При действии соляной кислоты на борид магния образуются бороводороды (бораны), летучие жидкости с неприятным запахом и легко воспламеняющиеся на воздухе.

3 Алюминий – самый распространенный на земле металл. В природе встречается преимущественно в виде алюмосиликатов.

В свободном состоянии это серебристо-белый металл, покрытый прочной оксидной плёнкой, которая защищает его от дальнейше­го окисления.

В кислотах и щелочах оксидная плёнка растворяется:

Аl₂О₃ + 6НСl = 2А1Сl₃ + 3Н₂О,

Аl₂О₃ + 2КОН + 3Н₂О = 2К[А1(ОН)₄] (в растворе).

Лишённый оксидной пленки алюминий вытесняет водо­род даже из воды:

2А1⁰ + 6Н⁺¹₂О = 2 А1⁺³(ОН)₃ + 3Н⁰₂

Аl⁰ – 3е = Аl⁺³ – 3 · 2 = – 6е,

2Н⁺¹ + 2е = Н₂ +2 · 3 = +6е.

В исходном состоянии толщина оксидной пленки составляет примерно

25 мкм, что не обеспечивает необходимой коррозионной стойкости, поэтому на практике посредством оксидирования доводят толщину оксидной пленки до 250 мкм.

Алюминий в порошкообразном состоянии или в виде металлической

фольги сгорает на воздухе с выделением большого количества тепла:

2А1 + 3∕2О₂ = А1₂О₃, ΔН⁰₂₉₈ = – 1676 кДж ∕моль.

Дата добавления: 2014-01-11