ХИМИЯ р-ЭЛЕМЕНТОВ IIIA ГРУППЫ
К элементам IIIA группы относятся бор, алюминий, галлий, индий, и таллий.
Строение внешнего электронного слоя атомов подгруппы ns2np1; в возбуждённом состоянии ns1np2. В соединениях эти элементы проявляют переменную степень окисления. Для бора, алюминия, галлия и индия наиболее характерна степень окисления +3, для таллия +1. Степень окисления +2 встречается в соединениях галлия и индия, -3 – некоторых соединениях бора.
Металлические свойства рассматриваемых элементов выражены слабее, чем у соответствующих элементов IA и IIA групп. Бор неметалл, остальные – типичные металлы. С увеличением порядкового номера металлические свойства усиливаются.
Для всех элементов характерны гидроксиды типа Э(ОН)3, для таллия TlOH. Химический характер гидроксидов в ряду В(ОН)3 – Tl(OH)3 изменяется довольно закономерно: Н3ВО3 – кислота, Al(OH)3, Ga(OH)3 и In(OH)3 – амфотерные с усиливающимися от Al к In основными свойствами, Tl(OH)3 имеет основный характер, TlOH – растворимое в воде сильное основание. По сравнению с соответствующими соединениями элементов IIA группы основные свойства гидроксидов элементов IIIA группы выражены в меньшей степени.
Гидроксиды Al, Ga, In и Tl получаются осаждением щелочами из растворимых солей соответствующих металлов:
Э(NO3)3 + 3NaOH → Э(ОН)3 + 3NaNO3
Нерастворимые в воде гидроксиды Al, Ga, In и Tl при температурах около 1000С легко теряют воду, переходя в оксиды:
Э(ОН)3 → Э2О3.
Вследствие амфотерности гидроксиды Al, Ga и In растворимы в щелочах
Э(ОН)3 + NaOH → Na[э(OH)4]
При этом образуются алюминаты, галлаты и индаты. Такие соли устойчивы, если в их состав входят катионы активных металлов, но в водных растворах они сильно гидролизованы.
Все элементы IIIA группы образуют комплексные соединения, однако склонность к комплексообразованию более характерна для бора и алюминия. Для бора характерно координационное число 4 (sp3-гибридизация). Для остальных элементов кроме 4, ещё и 6 (sp3d2).
Химия бора
У бора число валентных электронов меньше числа валентных орбиталей и вакантные орбитали существуют не только в невозбуждённых атомах, но и ватомах, полностью использовавших свои электроны для образования связей. Это означает, что после образования трёх ковалентных связей атомы бора, сохраняя валентную орбиталь, остаются ещё координационно ненасыщенными.
В основном состоянии атомы бора имеют конфигурацию 1s22s22p1 с одним неспаренным электроном и двумя вакантными р-орбиталями. В соединениях, как правило, они находятся в состоянии sp2- или sp3-гибридизации с одной вакантной р- или sp3- орбиталью. Использование этой орбитали в донорно-акцепторном взаимодействии позволяет координационному числу атомов бора увеличиться до 4.
В природе содержание бора невелико. Он встречается в виде буры Na2B4O7∙12H2O, борной кислоты Н3ВО3 и боросиликатов. Бор образует два простых вещества – аморфное и кристаллическое. Ни то ни другое не обладает металлическими свойствами. Это очень важно для понимания химии бора. Бор является единственным электроно-дефицитным элементом, простое вещество которого не имеет металлических свойств.
Суммарная энергия ионизации бора велика 6780 кДж/моль, поэтому появление иона В3+ практически исключается. Бор, подобно углероду, склонен образовывать ковалентные связи. В результате кристалл бора имеет совершенно уникальную, только для этого элемента характерную структуру. Основную роль при её образовании играют многоцентровые двухэлектронные связи. Наиболее устойчивая система связей реализуется при таком взаимном расположении атомов бора, которое может быть представлено многогранником, называемым икосаэдром. Это правильный двадцатигранник с 12 вершинами, где и расположены атомы бора.
Кристаллический бор, подобно алмазу и графиту, весьма химически инертен при комнатной температуре. При стандартных условиях кислород, галогены, кислоты, в том числе концентрированная азотная, серная и плавиковая, так же как и щелочи, не действуют на бор. При кипячении он медленно окисляется азотной кислотой и реагирует со щелочами. При высоких температурах (800 – 15000С) бор реагирует с большинством элементов, образуя оксид В2О3, галогениды ВХ3, нитрид ВN, а также многочисленные соединения с металлами – бориды. Бориды имеют не стехиометрический состав (NiB3, AsB6 и т.д.).
Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 494;