Оксид бора и борная кислота

С кислородом бор реагирует только при нагревании, образуя единственный оксид В2О3. В В2О3 атом бора имеет вакантную орбиталь, а атом кислорода – две неподелённые пары электронов. В результате создаются идеальные условия для донорно-акцепторного взаимодействия, которое гораздо более эффективно в полимерной структуре, чем в изолированной молекуле. Поэтому молекулы В2О3 существуют только в газовой фазе при температуре 20000С, при обычных условиях В2О3 твёрдое полимерное вещество, построенное из тетраэдров ВО4, в которых все атомы кислорода являются мостиковыми.

Оксид бора легко и обратимо реагирует с водой, образуя борную кислоту:

В2О3 + 3Н2О = Н3ВО3

Борная кислота – твёрдое вещество, заметно растворимое в воде (5г/100 г воды при 200С) и некоторых органических растворителях. Кристаллы борной кислоты имеют слоистую структуру, в которой молекулы связаны прочными водородными связями.

Особенностью борной кислоты является то, что её кислотные свойства определяются не диссоциацией с отщеплением протона, а образованием гидроксокомплекса с участием вакантной р-орбитали:

Н3ВО3 + Н2О = В(ОН)4 + Н+

Н3ВО3 очень слабая кислота (Ка = 1∙10-9), является акцептором ионов ОН-. Нормальные (средние) бораты могут быть получены только сплавлением кислоты со щелочами или основными оксидами и отвечают простейшей формуле М(ВО2)n, где М катион n-зарядный. Например Са(ВО2)2.

Из растворов, получаемых при нейтрализации борной кислоты, не образуются ортобораты, содержащие ион (ВО3)3_, а получаются тетрабораты, метабораты или соли других полиборных кислот. Наиболее распространённой из них является бура (или гептаоксотетраборат натрия) Na2B4O7 ∙ 10H2O:

4 Н3ВО3 + 2NaOH + 3H2O = Na2B4O7 ∙ 10H2O

Под действием кислот на раствор буры реакция протекает в обратном направлении:

Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = Na2SO4 + 4H3BO3

Всё, сказанное выше, говорит о том, что оксид бора и борная кислота резко отличаются по свойствам от оксидов и гидроксидов азота и углерода.

Наличие вакантной орбитали у атома бора приводит к образованию донорно-акцепторной связи О → В, что невозможно ни в соединениях углерода, ни в соединениях азота. Именно поэтому оксиды углерода и азота газообразны, а оксид бора – труднолетучее вещество.

Качественной реакцией на Н3ВО3 и соли борных кислот является взаимодействие с концентрированной серной кислотой и метанолом при нагревании. При этом образуется борнометиловый эфир В(ОСН3)3, который при поджигании горит очень красивым яркозелёным пламенем.

В заключение отметим, что доза в 5 г В(ОН)3 может привести к смерти человека; очень малые дозы, периодически вводимые в организм, вызывают сильное исхудание.

Однако широкое применение находит борная кислота и осорбенно бура. Она используется в медицине как дезинфицирующее средство, а также в стекольной и керамической промышленности.

 

Алюминий

В основном состоянии атом алюминия имеет конфигурацию 3s23p1. У атома алюминия имеется один неспаренный электрон и две вакантные р-АО. Даже в валентном состоянии 3s13p2 одна из р-АО остаётся вакантной, кроме того у него незаполнены 3d-АО. Всё это создаёт условия для значительного донорно-акцепторного взаимодействия.

Алюминий – серебристо-белый металл, Тпл= 6600С, Ткип= 23270С. Плотность 2,7 г/см3. Алюминий очень мягок, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в фольгу. На воздухе алюминий покрывается тончайшей плёнкой Al2O3 (~10-5 мм), плёнка отличается большой прочностью. Оксид очень твёрд, прочно связан с поверхность металла, вода с ним не реагирует, а кислород через него практически не диффундирует. Поверхностный слой оксида надёжно защищает ме6талл от дальнейшего окисления. Чем металл чище, тем прочнее защитный слой на его поверхности.

Несмотря на наличие защитной оксидной плёнки, реакционная способность алюминия велика. При стандартных условиях металл реагирует с галогенами, кислородом, серой, водой:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3; 4Al + 3O2 = 2Al2O3; 2Al + 3S = Al2S3;

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (металл освобождён от оксидной плёнки).

Алюминий легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑; 2Al + 3H2SO4(РАЗБ.) = Al2(SO4)3 + 3H2↑.

Но концентрированная серная и азотная кислоты его пассивируют, упрочняя оксидную плёнку на его поверхности. При нагревании эти кислоты взаимодействуют с алюминием:

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

8Al + 30HNO3(очень разб.) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O;

2Al + 6H2SO4(конц.) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Алюминий взаимодействует как с расплавами, так и с водными растворами щелочей. Во всех случаях выделяется водород, однако состав, образующихся солей различен. В водных растворах образуются комплексные гидроксосоли с разным числом гидроксогрупп и молекул воды во внутренней сфере комплекса. Обычно это записывают в упрощённой форме в виде тетрагидроксокомплекса:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)3] + 3H2

Роль окислителя в этом случае выполняют молекулы воды, а щёлочь создаёт среду:

Al0 – 3e → Al+3 │2

2H+ + 2e → H20 │3

[Фактически растворение алюминия в щелочах протекает в три стадии:

А) растворение оксидной плёнки: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4];

Б) взаимодействие Al с водой: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 ↓ + 3H2↑;

В) взаимодействие Al(OH)3 со щелочью: Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4].]

 

Подобным образом алюминий растворяется в водных растворах карбонатов щелочных металлов (среда щелочная); довольно энергично он разЪедается раствором NH4OH.

При сплавлении со щелочами алюминий образует метаалюминаты:

2Al + 6NaOH (крист.) = 2NaAlO2 + 2Na2O + 3H2↑.

 


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Соединения бора с водород | Соединения с водородом




Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 86; 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 - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.