Сторінка
1

Загальна характеристика елементів головної підгрупи III групи

До елементів головної підгрупи III групи належать Бор В, Алюміній Аl, Галій Ga, Індій In, Талій ТІ.

У цій підгрупі зверху вниз наростають металічні властивості елементів, дднак ці елементи ще мають досить високу електронегативність і тому не утворюють гідрогеновмісних сполук сольової природи. Посилення металічних властивостей із зростанням протонного числа елементів виявляється у влас­тивостях їхніх оксидів і гідроксидів. Так, оксид бору має кислотний характер і є ангідридом боратної кислоти, оксиди і гідроксиди алюмінію, галію й індію — амфотерні, оксид і гідроксид талію(Ш) мають основний характер.

БОР. ДОБУВАННЯ І ВЛАСТИВОСТІ

Загальний вміст Бору у земній корі становить 3 • 10 %. У вільному стані Бор не трапляється. Здебільшого він перебуває у вигляді кальцієвих і магніє­вих солей поліборатних кислот (В2О3)n • (Н2О)m а також бури Na2B4O7 х 10Н2О. Бор у вигляді ортоборатної кислоти виявлено у воді деяких гарячих джерел. Бор входить до складу рослинних і тваринних організмів, він належить до мікроелементів, наявність яких у ґрунті сприяє підвищенню врожайності деяких культур.

Природний Бор складається з двох стабільних нуклідів: 11В (80 %) та 10В (20 %). Технічний бор добувають магнійтермічним відновленням борного ангідриду В2О3:

ЗMg + В2О3 = 3MgO + 2В.

Продуктом реакції є аморфний бор.

Бор можна добути також електролітичним відновленням розплаву суміші боратів і фтороборатів лужних металів.

Чистий кристалічний бор добувають відновленням галогенідів бору вод­нем (на танталовій дротині):

а також термічним розкладанням В2Н6 і BІ3.

Бор існує в аморфній (коричневій) і кристалічній (чорній) формах. Темпе­ратура плавлення бору досягає 2075, температура кипіння — 3700 °С, густи­на — 2,34 г/см3.

У сполуках Бор може мати координаційні числа 3 і 4.

Донорно-акцепторною взаємодією зумовлено утворення міцного комп­лексного тетрафтороборат-іона [BF4]-, який має тетраедричну структуру, а також наявність великої кількості неорганічних полімерів, до складу яких входить Бор.

З воднем бор безпосередньо не взаємодіє. Тому борани добувають непрямими способами. Під дією хлоридної кислоти на Mg3B2 утворюється суміш боранів. Найпростіший із них — диборан В2Н6; В3Н8, В4Н10 є газами, В5Н9, В6Н10 — рідини, В10Н14 — тверда речовина.

АЛЮМІНІЙ. ДОБУВАННЯ І ВЛАСТИВОСТІ

Вміст Алюмінію у земній корі становить 8 %. За поширенням Алюміній займає четверте місце (після О, Н і Si). Алюміній входить до складу алюмо­силікатів, з яких утворена земна кора. Він трапляється у вигляді частково гідратованого оксиду Аl2О3 • nН2О (боксит), а найбільша його кількість вхо­дить до складу алюмосилікатів: KAISi3O8 — польовий шпат, КАl3Н8(SіО4)3 — мусковіт (слюда), Аl2О3 • 2SiO2 • 2Н2О — каолін.

Вперше алюміній був добутий Ф. Велером у 1827 р. відновленням хлориду алюмінію металічним калієм.

Нині великі кількості алюмінію добувають електролізом розплавленої суміші Аl2О3 з кріолітом Na3AlF6. Використання кріоліту дає змогу знизити температуру електролізу. Суміш, що містить 10 % Аl2О3 і 90 % Na3AlF6, пла­виться за температури 960 °С; електропровідність, густина і в'язкість цієї суміші такі, що найбільше сприяють проведенню електролізу.

Для добування алюмінію високого ступеня чистоти (до 99,99999 % Аl) технічний алюміній нагрівають у парі AlF3:

Металічний алюміній, поверхня якого вкрита захисною плівкою Аl2О3, не реагує з водою. Якщо ж цю плівку зруйнувати, наприклад амальгамуванням, то відбуватиметься енергійна взаємодія алюмінію з водою з виділенням водню. Стандартний електродний потенціал алюмінію в кислому розчині дорівнює -1,66, а в лужному -2,36 В. Оскільки алюміній амфотерний, він розчиняється в розбавлених розчинах кислот і лугів з утворенням гексааква-катіонних [Аl(Н2О)6]3+ та гексагідроксоалюмінат-аніонних [Аl(ОН)6]3- комп­лексів:

2Аl + 6НСl + 12Н2О = 2[Аl(Н2О)6]С13 + 3H2;

2Аl + 6NaOH + 6Н2О = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2.

За властивостями Алюміній подібний до Силіцію, цим і пояснюється їх сумісне перебування у різних мінералах. Як активний метал алюміній важче, ніж силіцій, утворює сполуки з іншими металами та з Гідрогеном. Відомі алюмініди: Ni3Al, NiAl, CoAl, LaAl3, деякі з них характеризуються високою термостійкістю. Алюміній безпосередньо не взаємодіє з воднем. Гідрид алюмінію добувають, діючи LiH на А1С13 в етерному розчині:

АlСl3 + 3LiH = АlН3 + 3LiCl.

АlН3 — це білий порошок, (АlН3)n — полімерна сполука, в якій атоми Алюмінію сполучені містковими водневими зв'язками (аналогічно боранам).

Як і Силіцій, Алюміній має велику спорідненість до Оксигену (поверхня алюмінію завжди вкрита тонкою захисною оксидною плівкою).

Під час нагрівання алюмінію оксидна плівка тріскається, тому в атмосфері кисню алюміній займається, енергійно взаємодіючи з ним:

4Аl + 3О2 = 2Аl2О3, H = -3164 кДж.

Al2O3 — амфотерний оксид. Це біла тугоплавка сполука з температурою плавлення 2072 і температурою кипіння 3500 °С. Вивчення структури Аl2О3 показало, що він може мати близько десяти модифікацій. Найбільш вивче­ними і стійкими є -, - і -модифікації. -Модифікація Аl2О3 (корунд) трап­ляється найчастіше і є найстійкішою.

Міцністю зв'язків Аl-О пояснюється хімічна стійкість Аl2О3, його твердість, висока температура плавлення, наявність великої кількості природних сполук, що містять зв'язки Аl-О-Аl. Корунд за кімнатної температури не взаємодіє з водою, лугами, кислотами.

Солі Алюмінію, утворені слабкими кислотами (сульфід, карбонат тощо), повністю гідролізують, тому під дією (NH4)2S на водні розчини солей Алюмінію виділяється не сульфід алюмінію Аl2S3, а гідроксид алюмінію Аl(ОН)3:

2АlСl3 + 3(NH4)2S + 6Н2О = 2Аl(ОН)3 + 6NH4Cl + 3H2S.

Досить поширеними солями Алюмінію та оксигеновмісних кислот є нітрати, перхлорати, сульфати, які добре розчиняються у воді, під час кристалізації утво­рюють кристалогідрати: Al(NO3)3 • 4Н2О, Аl(СlO4)3 • 9Н2О, Al2(SO4)3 • 18Н2О. Остання сіль широко використовується у промисловості при виробництві паперу і в лабораторіях.