|
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 + НNОЗ(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+, АIЗ+, F- и О2-. На электродах идут процессы:
катод: А13 + Зе = А1; анод: 2О2- - 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); НNОЗ(разб) НNОЗ(конц) - пассивирует А1): А1 +4НNОЗ(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; просмотров: 48 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Вопрос 54 | | | Вопрос 56 |