Главная подгруппа третьей группы

Элементы главной подгруппы третьей группы — бор, алюминий, галлий, индий и таллий — характеризуются наличием трех элек­тронов в наружном электронном слое атома. Второй снаружи электронный слой атома бора содержит два электрона, атома алю­миния— восемь, галлия, индия и таллия — по восемнадцать элек­тронов. Важнейшие свойства этих элементов приведены в табл. 35.

Таблица 35. Некоторые свойства бора, алюминия и его аналогов

	в	А1	Ga	In	Tl
Строение внешнего электрон­	2.s^3'2 р^1	3s^y3p^l	4s^24p'	5.?^25р'	6s^26p'
ного слоя атома
Радиус атома, нм	0,091	0,143	0,139	0,166	0,171
Энергия ионизации
Э->Э +, эВ	8,30	5,9Э	6,00	5,79	6,11
Э+ эВ	25,15	18,8	20,5	18,9	20,4
:-)- -►:->••. эВ	37,9	28,4	30,7	28,0	29,8
Радиус иона Э^3+, нм	0,020	0,057	0.062	0,092	0,105
Стандартная энтальпия атоми-	561,6	329,1	272,9	233,1	181,0
зации, кДж па 1 моль ато­
мов
Плотность, г/см^3	2,34	2,70	5,90	7,31	11,85
Температура плавления, °С			29,8	156,4
Температура кипения, °С

Металлические свойства рассматриваемых элементов выражены слабее, чем у соответствующих элементов главных подгрупп вто­рой и особенно первой группы, а у бора преобладают неметалли­ческие свойства. В соединениях они проявляют степень окислен­ности +3. Однако с возрастанием атомной массы появляются и более низкие степени окисленности. Для последнего элемента под­группы— таллия — наиболее устойчивы соединения, в которых его степень окисленности равна +1.

С увеличением порядкового номера металлические свойства рассматриваемых элементов, как и в других главных подгруппах, заметно усиливаются. Так, оксид бора имеет кислотный характер, оксиды алюминия, галлия и индия — амфотерны, а оксид тал­лия (III) имеет основной характер.

В практическом отношении наиболее важными из элементов третьей группы являются бор иалюминий.

217. Бор (Borum). Бор сравнительно мало распространен в при­роде; общее содержание его в земной коре составляет около 10-³ % (масс.).

К главным природным соединениям бора относятся борная кис­лота Н3ВО3 и соли борных кислот, из которых наиболее известна бура Na2B407-10H20.

Хотя бор расположен в третьей группе периодической системы, он по своим свойствам наиболее сходен не с другими элементами этой группы, а с элементом четвертой группы — кремнием. В этом проявляется «диагональное сходство», уже отмечавшееся при рассмотрении бериллия. Так, бор, подобно кремнию, образует сла­бые кислоты, не проявляющие амфотерных свойств, тогда как А1(ОН)3 — амфотерное основание. Соединения бора и кремния с водородом, в отличие от твердого гидрида алюминия, — летучие вещества, самопроизвольно воспламеняющиеся на воздухе. Как и кремний, бор образует соединения с металлами, многие из которых отличаются большой твердостью и высокими температурами плав­ления.

Свободный бор получают восстановлением борного ангидрида В2О3 магнием. При этом бор выделяется в виде аморфного по­рошка, загрязненного примесями. Чистый кристаллический бор по­лучают термическим разложением или восстановлением его гало- генидов, а также разложением водородных соединений бора. Он имеет черный цвет и среди простых веществ по твердости уступает только алмазу.

Природный бор состоит из двух стабильных изотопов: 10В и ПВ. Первый из них сильно поглощает медленные нейтроны. Поэтому бор и его соединения применяются в ядерной технике. Из них изго­товляют регулирующие стержни реакторов, а также используют их в качестве материалов, защищающих от нейтронного облучения.

В металлургии бор применяется как добавка к стали и к неко­торым цветным сплавам. Присадка очень небольших количеств бора уменьшает размер зерна, что приводит к улучшению механи­ческих свойств сплавов. Применяется также поверхностное насы­щение стальных изделий бором — борирование, повышающее твер­дость и стойкость против коррозии.

Вода не действует на бор; концентрированные же серная и азотная кислоты окисляют его в борную кислоту. Например: В + 3HNO3 = н3во3 + 3N0 ₂f

При комнатной температуре бор соединяется только с фтором, на воздухе он не окисляется. Если нагреть аморфный бор до 700 °С, то он загорается и горит красноватым пламенем, превращаясь в оксид; при этом выделяется большое количество теплоты: 4В + 30₂ = 2В₂О_э + 2508 кДж

При высокой температуре бор соединяется со многими метал­лами, образуя бор иды, например, борид магния Mg3B2. Многие бориды очень тверды и химически устойчивы, причем сохраняют эти свойства при высоких температурах. Для них характерна так­же тугоплавкость. Например, борид циркония ZrB2 плавится при 3040 С. Благодаря таким свойствам бориды некоторых металлов применяются для изготовления деталей реактивных двигателей и лопаток газовых турбин.

При накаливании смеси бора с углем образуется карбид бора В4С. Это тугоплавкое вещество (темп, плавл. около 2350 °С), обла­дающее очень высокой твердостью и химической стойкостью. Кар­бид бора применяется для обработки твердых сплавов; его меха­нические свойства сохраняются при высоких температурах.

С галогенами бор также реагирует при нагревании и образует вещества общей формулы ВГ3. Как уже было показано на примере BF3 (см. стр. 131), в этих соединениях бор находится в состоянии $р2-гибридизации, образуя с галогенами плоские молекулы с угла­ми между связями Г—В—Г, равными 120°.

Галогениды бора, как и другие соединения бора неполимерного строения, являются электронодефицитными (см. стр. 590). Так, в молекуле фторида бора во внешнем электронном слое атома бора находятся всего шесть электронов:

F

• • к •«

г F: В: F:

• • ••

В этом состоянии атом бора может, следовательно, быть акцеп­тором электронной пары. Действительно, BF₃ соединяется по до- норно-акцепторному способу с водой, аммиаком и другими веще­ствами; известен также комплексный анион BFJ". Во всех подоб­ных соединениях ковалентность и координационное число бора равны четырем, а атом бора находится в состоянии гибридизации sp^b и образует тетраэдрические структуры.

Бороводороды (б ораны). При действии соляной кисло­ты на борид магния Mg₃B2 получается сложная смесь различных бороводородов, анлогичных угле- и кремневодородам. Из этой смеси выделены в чистом виде следующие бороводороды:

Дата добавления: 2015-08-21