Глава 14. ЭЛЕМЕНТЫ III ГРУППЫ

 

IIIА-группа: бор B 2s22p1, алюминий Al 3s23p1 22p1и элементы подгруппы галлия – галлий Ga 4s24p1, индий In 5s25p1, таллий Tl 6s26p1.

IIIB-группа (подгруппа скандия): скандий Sc 3d14s2, иттрий Y 4d15s2, лантан La 5d16s2, актиний Ac 6d17s2. В подгруппу скандия помещают f-элементы Периодической системы: лантаноиды и актиноиды.

 

Бор

 

Для бора наиболее характерны соединения, в которых его степень окисления равна +3; отрицательные степени окисления бора проявляются редко; с металлами бор обычно образует нестехиометрические соединения.

В природе относительно невысокое содержание бора в виде кислородных соединений: борной кислоты Н3ВО3, буры Na2B4O7∙10H2O и минерала ашарита MgНBO3.

Простые вещества. В (бор) – серо-черный (кристаллический) или коричневый (аморфный) тугоплавкий, очень твердый, хрупкий неметалл. Химически пассивный; не реагирует с водородом, водой, разбавленными кислотами, щелочами в разбавленном растворе. Реагирует с водяным паром, горячими концентрированными азотной и серной кислотами, «царской водкой», галогенами, азотом, фторо- и сероводородом, концентрированными щелочами и аммиаком при нагревании.

2B + 3H2O(пар, 700°С) = B2O3 + 3H2

B + 3HNO3(конц., гор.) = H3BO3↓ + 3NO2

2B + 2NaOH(конц.) + 2H2O = 2NaBO2 + 3H2

4B + 3O2(700°С) = 2B2O3

2B + 3Hal2(нагр.) = 2BHal3

2B + 6HCl(нагр.) = BCl3 + 3H2

Получение и применение.Для получения из природных соединений бор переводят в оксид В2О3, в галогениды или бороводороды. Чаще других пользуются метода­ми металлотермии:

В2О3 + 3Mg = 3MgО + 2В

2BCl3 + Zn = 3ZnCl2 + 2B

Более чистый бор получают восстановлением его хлорида или осаждением кристаллического бора на раскаленной проволоке из тантала или вольфрама. Наиболее перспективны методы, основанные на пиролизе боранов:

В2Н6 = 2В + 3Н2

Бор и его соединения применяются в ядерной энергетике в качестве замедлителей ядерных процессов (способен поглощать нейтроны) и в биологической защите. В металлургии бор используют как добавку к стали и некоторым цветным сплавам.

Ортоборная кислота Н3ВО3 и бура Na2B4O7∙10H2O применяется при приготовлении эмалей и глазури, в производстве термически и химически стойких стекол, в качестве дезинфицирующего средства. Буру также используют при сварке, паянии металлов и в качестве удобрения.

Металлические соединения бора. С металлами бор образует бориды среднего состава: М4В, М2В, МВ, М3В4, МВ2, МВ6, МВ12, например, Cr4B, Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB2.

Большинство боридов d- и f-элементов очень тверды, жаростойки (2000–3000° С) и химически устойчивы. Бориды Cr, Zr, Ti, Nb, Ta применяют для изготовления деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин и пр.

Соединения бора (III). Степень окисления +3 у бора проявляется в соединениях с более электроотрицательными, чем он сам, элементами, т.е. в галогенидах, оксиде, сульфиде, нитриде, гидридах и в соответст­вующих анионных борат-комплексах, например [BF3OH], [B(OH)4].

Бинарные соединения бора (III) проявляют кислотные свойства, так, при гидролизе и взаимодействии с оснóвными соединениями:

ВНаl3 + 3Н2О = Н3ВО3 + 3ННаl

BCl3 + 6NH3(ж) = B(NH2)3 + 3NH4Cl

В2О3 + 3Н2О = 2Н3ВО3

В2О3 + 2КОН = 2КВО2 + Н2О

Гидриды бора (бораны) по способу получения и по свойствам подобны силанам. Обычно смесь боранов с водородом получается действием кислот на некоторые химически активные бориды:

6MgВ2 + 12НСl = Н2 + В4Н10 + 6MgCl2 + 8В

Из выделенных в свободном состоянии гидридов бора простейшими представителями являются: диборан В2Н6, тетраборан В4Н10 – газы; В5Н9, В6Н10 – жидкости; В10Н14 – твердое вещество. Их получают косвенным путем.

Бороводороды химически весьма активны. Так, большинство боранов на воздухе самовоспламеняется и сгорает с выделением очень большого количества теплоты (их используют в качестве ракетного топлива); они разлагаются водой, спиртами и щелочами с выделением водорода.

В2Н6 + 6Н2О = 2Н3ВО3 + 6Н2

Большинство боранов имеет отвратительный запах и очень ядовиты.

Кислотные свойства слабой ортоборной кислоты Н3ВО3 обязаны не отщеплению протона, а присоедине­нию ОН-ионов:

В(ОН)3 + НОН ↔ [В(ОН)4] + Н+

Ортоборную кислоту получают гидролизом галогенидов, боранов и др. При нагревании ортоборат водорода теряет воду, переходя в полимерные метабораты водорода НВО2, а затем в В2О3.

Полибораты водорода в растворе легко гидратируются, поэтому при действии на них кислот обычно образуется ортоборная кислота; наоборот, при нейтрализации Н3ВО3 избытком щелочи (т. е. при выделении воды) образуются полибораты, выделяющиеся из растворов в виде кристаллогидратов.

Na2B4O7 + 2H2SO4(конц.) + 5H2O = 4H3BO3↓ + 2NaHSO4

4H3BO3 + 2NaОН + 3Н2O = Na2B4O7∙10H2O

Водные растворы буры Na2B4O7∙10H2O вследствие гидролиза обладают сильнощелочной средой.

Борорганические соединения содержат цепи B–O–B, B–N–B, B–P–B, B–S–B. Особый интерес представляют производные боразола B3N3H6 – по структуре и ряду свойств он близок к бензолу и его образно называют «неорганический бензол». Соединения бора с азотом во многом напоминают органические соединения углерода. Например: H3N–ВH3 (боразан), H2N=ВH2 (боразен), HN≡ВH (боразин).

 






Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 267; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2018 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.007 сек.