Вопрос 55

Элементы главной подгруппы 3 группы: В, А 1, Ga, In, Т1

O бщая характеристика

К элементам главной (3-А) подгруппы относятся В, А1, Ga, In, Т1 Атомы металлов 3-А подгруппы имеют валентную электронную конфигурацию, обоэначаемую пs² р¹, где п - номер периода, в котором находится элемент. У атомов этих элементов впервые в своем ряду начинается заполнение р-подуровня.

Бор и алюминий: получение, свойства, применение Бор

Чаще всего в промышленности или в лаборатории имеют дело с аморфным бором - коричневым комковатым порошком. Но бор может существовать и в кристаллической форме, тогда он характеризуется высокой температурой плавления и большой твердостью.

Бор можно получать путем восстановления его галогенидов водородом при высокой температуре
2ВВг₃ + ЗН₂ = 2В + HBr активными металлами из его оксида: В₂0₃ + З М = 2 В + З МО,
электролизом расплава В₂0₃

Свойства

Бор при нормальных условиях довольно пассивен, он не растворяется в разбавленных кислотах. Концентрированные серная и азотная кислоты при нaгревании бор растворяют:

2В + ЗН₂SО₄ = 2Н₃В0₃ +3SО₂,..В + НNО_З(конц) +H₂O = Н₃В0₃ + NО

При нагревании бор реагирует с неметаллами: галогенами, кислородом, серой, азотом, фосфором, углеродом: 2В + ЗСI₂ = 2ВС1₃, В +N₂ = 2BN

Качественной реакцией на бор является окрашивание пламени его летучими органическими соединениями в зеленый цвет.
Алюминий…Если тускло-серую поверхность алюминия очистить от окисной пленки, то можно увидеть, что алюминий - серебристый металл. Он обладает малой плотностью, но высокой электро- и тепло-проводностью.
Получают алюминий электролизом расплавленной смеси А1₂О₃ и Nа₃[А1(F₆)] (криолит используют для растворения А1₂О₃, чтобы понизить его слишком высокую температуру плавления). В расплаве присутствуют ионы Nа⁺, АI^З+, F^- и О^2-. На электродах идут процессы:
катод: А1^{3 +} Зе = А1; анод: 2О^2- - 4е = O₂

Свойства.Если с поверхности алюминия удалить очень прочную оксидную пленку, то он ведет себя как активный металл. Поскольку его гидроксид обладает амфотерными свойствами, то алюминий способен растворяться в кислотах, в щелочах и даже в воде с выделением водорода:

2А1 + 6НСI = 2АIСI₃ + ЗН₂, 2А1 + 2МеОН + 6Н₂О = 2 Ме[А1(ОН₄1 + ЗН₂, 2А1 + 6Н₂О = 2А1(ОН)₃ + 3Н₂

При растворении алюминия в кислотах-окислителях водород не выделяется: (Н₂SО₄(конц); НNО_З(разб) НNО_З(конц) - пассивирует А1): А1 +4НNО_З(разб) = А1(NО₃)₃ + NО + 2Н₂О

С галогенами (Г) А1 реагирует при обычных условиях: 2А1 + 3Г = 2АIГ₃

а с серой, азотом и углеродом при нагревании: 2А1 + ЗS = А1₂S₃, 4А1 + ЗС = А1₄С₃,
А1 реагирует с кислородом: 4А1 + ЗО₂ = 2А1₂0₃

Как активный металл А1 способен восстанавливать многие другие металлы из их оксидов (реакция алюмотермии): 3Fе₃О₄ + 8А1 = 4А1₂О₃ + 9 Fе

Смесь порoшкообразного алюминия и оксида металла поджигают горящим Мg. Реакция идет с сильным разогревом и очень быстро. Ее обычно проводят в специальных тугоплавких тиглях.
Алюминий широко используется в электротехнике, для получения легких и прочных сплавов, которые применяются в авиации, в домашнем хозяйстве и т.д.

Соединения бора и алюминия. Получение, свойства и применение

Соединения бора

Водородные соединения бора (бораны) являются особым классом соединений, но поскольку их изучение не входит в школьную программу, мы останавливаться на них не будем.
Галогениды бора относятся к классу галогенангидридов, так как при их гидролизе получают сразу две кислоты: борную и галогенводородную: + 3Н₂0 = Н₃В0₃ + ЗНГ

Кислородные соединения бора.Оксид бора

Он может быть получен взаимодействием бора и кислорода или при нагревании борной кислоты:

4 В + 30₂ = 2В₂0₃, 2 Н₃ВО₃ = В₂О₃ + 3Н₂О

Свойства

В₂О₃ - это кислотный оксид, который медленно растворяясь в воде, дает борную кислоту:
В₂О₃ + 3 Н₂О = 2Н₃ВО₃
В₂О₃ реагирует с основными оксидами, основаниями и солями.

Борная кислота

Обычно ее получают из буры, вытесняя более сильными кислотами:

Nа₂В₄О₇ + Н₂SО₄ + 5Н₂О = 4Н₃ВО₃ + Nа₂SО₄.

Н₃ВО₃ - очень слабая кислота, которая при нагревании может переходить в метаборную.
Борная кислота используется как консервирующее и дезинфицирующее средство.
Очень устойчив нитрид бора: кристаллический ВГ по твердости сравним с алмазом и является ценным абразивом, так как может использоваться при высоких температурах.

Кислородные соединения алюминия

Окись алюминия получают разложением гидроксида алюминия при нагревании:

2А1(ОН)₃ = А1₂О₃ + З Н₂О,

путем взаимодействия алюминия с кислородом: 4 А1 + 30₂ = 2А1₂0₃

Свойства..А1₂О₃ - амфотерный оксид, не растворимый в воде. Он может реагировать как с кислотами, так и со щелочами. Кристаллический оксид алюминия (в виде корунда) обладает высокой химической стойкостью. да и с порошкообразным А12О3 реакции обычно проводят при нагревании методом сплавления: А1₂О₃ + 2 КОН = 2 КАIО₂ + H₂O,,,А1₂О₃ + К₂С0₃ = 2 КАIО₂ + CO₂

и при этом получают метааллюминаты.
Реакции с А1₂О₃ можно провести и в растворе: А1₂О₃ + 2 КОН + З Н₂О = 2 К[А1(ОН)₄],
А1₂О₃ + 3Н₂5О₄ = А1₂(50₄)₃ + З Н₂0

При электролизе раствора А1₂0₃ в криолите получают алюминий. Оксид алюминия применяют в качестве огнеупорного и абразивного материала.

Гидроксиды алюминия..Гидроксиды алюминия обладают амфотерными свойствами. Обе формы гидроксида алюминия: А1(ОН)₃ - ортогидроксид алюминия и НА10₂ - метагидроксид алюминия в воде малорастворимы. А1₂О₃ не растворим в воде, и поэтому гидроксиды алюминия получают осаждением из растворимых солей алюминия действием щелочей или кислот:

А1Сl₃ + З NаОН = А1(ОН)₃+ З NаС1. …А1Сl₃ + ЗNаНСО₃ = А1(ОН)₃ + 3С0₂ + ЗNаСI

При дальнейшем прибавлении NаОН выпавший белый осадок растворяется:

А1(ОН)3 +NaOH =Nа[А1(ОН)₄

Если к этой комплексной соли алюминия добавлять кислоту, то процесс пойдет в обратном порядке: Nа[А1(ОН)₄] + НСI = А1(ОН)₃ + NaСI +Н₂0

При дальнейшем прибавлении НСI выпавший белый осадок растворится:

А1(ОН)₃ + ЗНСI = А1С1₃ + ЗН₂О

Ортогидроксид алюминия является очень слабой кислотой и его вытесняет из раствора его солей даже такая слабая кислота, как угольная: Nа[А1(ОН)₄] + Н₂С0₃ = А1(ОН)₃. +NаНСО₃ + Н₂О

дополнительное пропускание СО₂ через такой раствор с осадком не приводит к растворению

гидроксида алюминия. Соли алюминия и слабых кислот в водных растворах полностью гидролизуются:А1₂(СО₃)_З + 6Н₂О = 2А1(ОН)з + ЗН₂О + 3CO₂

Пример 3. Ацетат алюминия

1. Определяем тип гидролиза.

Al(CH₃COO)₃ = Al ³⁺ + 3 CH₃COO ^–

Соль слабого основания и слабой кислоты – совместный гидролиз.

2. Ионные уравнения гидролиза, среда.

Al³⁺ + H-OH  AlOH²⁺ + H⁺;

CH₃COO^– + H-OH  CH₃COOH + OH^–

Учитывая, что гидроксид алюминия очень слабое основание, предположим, что гидролиз по катиону будет протекать в большей степени, чем по аниону, следовательно, в растворе будет избыток ионов водорода и среда будет кислая.

Не стоит пытаться составлять здесь “суммарное" уравнение реакции. Обе реакции обратимы, никак друг с другом не связаны, и такое суммирование бессмысленно.

3. Составляем молекулярное уравнение.

Al(CH₃COO)₃ + H₂O  AlOH(CH₃COO)₂ + CH₃COOH

Тоже как формальное упражнение, для тренировки в составлении формул солей и их номенклатуре. Полученную соль назовем ацетат гидроксоалюминия.

БОР

Бор ускоряет ряд процессов в растении, особенно положительно влияет на прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок в цветках. Недостаток его чаще сказывается на карбонатных, заболоченных, а также произвесткованных почвах, особенно в засушливые годы. Дефицит бора усугубляется при внесении азотных удобрений в избыточном количестве и извести.
Борное голодание сопровождается нарушением углеводного и белкового обмена, вследствие чего в тканях накапливаются сахара и аммиачный азот. Это выражается в отмирании верхушечных почек и мелких корешков, осыпании завязи, изменении окраски листьев в красную или и бронзовую, в появлении пятен на плодах.

Недостаток бора растения могут испытьвать при низком содержании его в почве, а также вследствие способности переходить в труднодоступные для растений соединения.
У картофеля от недостатка бора замедляется рост, угнетается точка роста, междоузлия укорачиваются, листья желтеют, черешки становятся ломкими, с антоциановой окраской. Клубни мельчают, часто трескают, в их пяточной части появляются коричневатые сосудистые кольца.
У помидоров чернеют точки роста стебля. Растения производят впечатление кустящихся из-за появления новых листьев в нижней части стебля. Черешки молодых листьев ломкие. Плоды темнеют (образуются участки с отмершими тканями в виде бурых пятен), могут иметь уродливую форму.
Соцветия цветной капусты темнеют и чернеют, в стебле образуется дупло с почерневшими краями.
У малины при недостатке бора листья удлиненные, тонкие, с глубокими вырезами, при слабой недостаточности изогнутые, с неровной поверхностью, закручены. Земляника отличается низкорослостью, листья имеют чашевидную форму, сморщенные и коричневые по краям. Усы и корни растут плохо.
Как недостаток, так и избыток бора вредны для растений. Избыток проявляется в задержке роста растения и появлении по краям старых листьев сначала желтой каемки, затем эти ткани отмирают, края закручиваются вверх или вниз. Листья приобретают куполообразную форму, а потом засыхают и опадают. Урожайность растений низкая. Особенно чувствительны к избытку бора картофель и огурцы.

Нахождение в природе

Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа ²⁷Al со следами ²⁶Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядер аргона протонами космических лучей.По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры^[3].В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из них:

Бокситы — Al₂O₃ · H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃)

Нефелины — KNa₃[AlSiO₄]₄

Алуниты — (Na,K)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·4Al(OH)₃

Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO₂, известняком CaCO₃, магнезитом MgCO₃)

Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al₂O₃

Полевые шпаты — (K,Na)₂O·Al₂O₃·6SiO₂, Ca[Al₂Si₂O₈]

Каолинит — Al₂O₃·2SiO₂ · 2H₂O

Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al₂О₃ · 6SiO₂

Хризоберилл (александрит) — BeAl₂O₄.

Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование самородного алюминия^[4].

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л, в морской воде 0,01 мг/л^[5].

Дата добавления: 2015-08-13