5V 1초 2 2초 2 2p 1

13 알 3s 2 3p 1

31 Ga3d 10 4s 2 4p 1

49 4d 10 5s 2 5p 1

81 틸 4f 14 5d 10 6s 2 6p 1

핵 전하가 증가함에 따라 원자 반경을 포함하여 요소의 가장 중요한 특성 중 많은 부분이 비단조적으로 변경됩니다. 따라서 이러한 원소의 단순 물질, 산화물, 수산화물 및 기타 화합물의 특성은 모호한 변화 특성을 갖습니다. 하위 그룹의 첫 번째 요소는 특히 s 2 p 1 요소 중 유일한 비금속 인 붕소로 두드러집니다. 붕소는 IV족의 주요 하위 그룹인 실리콘 Si와 대각선 유사성을 나타냅니다.

알루미늄 - 필수 요소하위 그룹에는 한편으로는 붕소, 다른 한편으로는 갈륨 하위 그룹과 구별되는 여러 가지 특정 기능이 있습니다.

특징적인 연결

			수산화물
	성격	물과의 관계		성격	물과의 관계
	산	가용성이 높은	H3BO3 시간	약산 1-메인	가용성이 높은
	양쪽성의	불용성	Al(OH) 3 H3AlO3 HA1O2 시간	양쪽성의	불용성
	양쪽성의	불용성	Ga(OH)3 H3GaO3 HGaO2	양쪽성(이상적인 양쪽성 전해질)	불용성
	양성의 약한 징후가 있는 염기성	불용성		양쪽성(기본 특성이 우세함)	불용성
	기초적인	녹는		염기(알칼리와 유사)	가용성이 높은

알류미늄

13 알 3s 2 3p 1

1개의 안정 동위원소 27 Al

클라크는 가장 일반적인 금속인 지각에 8.8%의 질량을 함유하고 있습니다. 자유 형식에서는 찾을 수 없습니다.
자연에서 발생하는 주요 형태는 Al 2 O 3 (다양한 규산염, 장석 및 점토로 구성)입니다. KAl(SO 4) 2, Na 3 등의 이중염 형태로도 발견됩니다.

물리적 특성

알루미늄 단체는 가볍고 은백색의 상자성 금속으로 성형, 주조 및 가공이 용이합니다. 알루미늄은 더 이상의 상호 작용으로부터 표면을 보호하는 강력한 산화막이 빠르게 형성되기 때문에 열 및 전기 전도성이 높고 부식에 대한 저항력이 높습니다. 알루미늄은 전기 전도성과 열 전도성이 높으며 반사율이 높습니다. 전기전도도에서는 Cu, Ag, Au에 이어 4위를 차지합니다.

획득 방법

1. AlCl 3 용융물의 전기분해:

2AlCl3 = 2Al + 3Cl2

2. 주요 산업적 방법은 3NaF AlF 3 빙정석의 Al 2 O 3 (알루미나) 용융물을 전기 분해하는 것입니다.

2Al2O3 = 4AI + 3O2

3. 진공 열:

AlCl3 + ZK = Al + 3KCl

화학적 특성

Al은 화학적으로 매우 활동적인 금속이지만 정상적인 조건에서는 매우 불활성으로 작용합니다. 즉, 발화 온도가 높고 고온에서만 많은 물질과 반응합니다. Al과 관련된 모든 반응은 초기 느린 기간을 거칩니다. 알루미늄의 이러한 화학적 거동은 표면에 매우 얇고 내구성이 있으며 가스 및 방수에 강한 Al 2 O 3 필름이 존재하기 때문에 설명됩니다. 이 필름의 무결성이 손상되면 AI는 활성 환원제로서 많은 물질과 반응합니다.

Al 0 - Ze - → Al 3+

대부분의 화합물에서 알루미늄 원자는 이온 결합으로 이웃 원자와 연결됩니다.

1. 산소 및 기타 비금속(할로겐, 황, 질소, 탄소)과의 상호 작용. Al 분말(알루미늄 분말)이 가장 활발하게 반응합니다.

a) 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

상온에서는 반응이 표면에서만 일어난다. 발화 온도까지 가열한 후, 분쇄된 Al은 높은 발열 효과로 연소됩니다.

b) 2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 염화물

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3 브롬화물

2Al + 3I 2 = 2AlI 3 요오드화물

I 2와의 반응은 물이 있을 때 일어납니다. F 2를 사용하면 반응이 없습니다. 왜냐하면 첫 번째 순간에 AlF3의 강한 표면층이 형성되기 때문입니다.

c) 2Al + 3S = Al 2 S 3 황화물

2Al + N 2 = 2AlN 질화물

4Al + ZS = AlC3 탄화물

d) C H 2 알루미늄은 직접 결합되지 않습니다.

2. 알칼리 존재 하에서 물과의 상호작용.

알칼리의 역할.

1) 산화막 Al 2 O 3의 용해;

2) 불용성 수산화물 Al(OH) 3의 형성을 방지합니다.

2Al + 6H2O + 2NaOH = 2Na + 3H2

Na - 나트륨 테트라히드록소알루미네이트

알칼리가 없는 경우 알루미늄은 다음 조건에서 물에서 H2를 대체할 수 있습니다.

1) 표면이 융합된 경우(수은으로 코팅된 경우)

2) 산화막에서 금속 표면을 예비 세척 한 후 진공 또는 불활성 가스 환경에서.

3. "비산화" 산(HCl, H 2 SO 4 dil 등)과의 상호작용

2Al + 6H + → 2Al 3+ + 3H 2

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

4. 고농축 HNO 3 와 H 2 SO 4 와의 상호작용

상온에서는 원자 또는 분자 산소의 도입 및 Al과의 불용성 화합물의 형성과 관련하여 Al 표면의 패시베이션이 발생하기 때문에 반응이 일어나지 않습니다.

가열되면 반응이 매우 활발하게 진행됩니다.

Al + 6HNO 3 농도 = Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

8Al + 15H 2 SO 4 농도 = 4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

5. 묽은 HNO3와의 상호작용

반응은 상온에서는 천천히 진행되고 가열되면 더욱 빠르게 진행됩니다.

Al + 4HNO 3 = Al(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

8Al + 30HNO 3 순수 희석 = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9 2 O

6. 유기산과의 상호작용

가열하면 묽은 아세트산 및 구연산과 반응이 일어나고 NaCl이 있으면 가속됩니다.

Al + 6CH 3 COOH = 2(CH 3 COO) 3 Al + 3H 2

7. 산화물로부터 금속의 환원(알루미늄열요법)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3

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주기율표의 세 번째 그룹은 주 및 이차 하위 그룹의 원소 외에도 일련 번호 58-71(란타넘족) 및 일련 번호 90-103( 악티늄족). 우리는 란탄족 원소와 악티늄족 원소를 이들의 2차 하위 그룹 원소와 함께 고려할 것입니다. 알루미늄 갈륨 인듐

세 번째 그룹의 주요 하위 그룹인 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 탈륨의 원소는 원자의 외부 전자층에 3개의 전자가 존재하는 것이 특징입니다.

알루미늄은 주기율표 III족의 주요 하위 그룹 금속의 주요 대표자입니다. 갈륨, 인듐 및 탈륨과 같은 유사체의 특성은 알루미늄의 특성과 유사합니다. 왜냐하면 이러한 모든 요소는 외부 수준 ns 2 nр 1의 동일한 전자 구성을 가지며 +3 산화 상태를 나타낼 수 있기 때문입니다.

주요 하위 그룹 요소의 전자 구조III여러 떼

그룹의 모든 요소는 3가이지만 원자 번호가 증가함에 따라 원자가 1이 더욱 특징적이 됩니다(Tl은 주로 1가임).

B--Al--Ga--In--Tl 계열에서는 산도가 감소하고 수산화물 R(OH) 3의 염기도가 증가합니다. H 3 VO 3 는 산, Al(OH) 3 및 Ga(OH) 3 은 양쪽성 염기, In(OH) 3 및 Tl(OH) 3 은 대표적인 염기입니다. ТlON은 강력한 기반입니다.

다음으로 우리는 요소의 특성을 자세히 고려할 것입니다. - p-금속의 전형적인 대표자인 알루미늄, 실제로 매우 널리 사용되는 "반금속"의 대표자로서 모든 금속과 비교하여 변칙적인 특성을 나타내는 붕소 하위 그룹의 다른 요소.

알루미늄은 지구상에서 가장 풍부한 금속입니다(모든 원소 중 3위, 전체 구성의 8%). 지각). 이는 자연에서 자유 금속으로 발생하지 않습니다. 알루미나(Al 2 O 3), 보크사이트(Al 2 O 3 * xH 2 O)의 일부입니다. 또한, 알루미늄은 점토, 운모, 장석과 같은 암석에서 규산염으로 발견됩니다.

물리적 특성.

자유 형태의 알루미늄은 열 전도성과 전기 전도성이 높은 은백색 금속입니다. 알루미늄은 철이나 구리보다 밀도가 약 3배 낮으면서 동시에 내구성이 뛰어난 금속입니다.

붕소는 여러 가지 동소체 변형으로 존재합니다. 비정질 붕소는 진한 갈색 분말입니다. 결정성 붕소는 회흑색이며 금속성 광택을 냅니다. 경도 측면에서 결정성 붕소는 모든 물질 중에서 다이아몬드 다음으로 두 번째입니다. 실온에서 붕소는 잘 전도되지 않습니다. 전기; 실리콘과 마찬가지로 반도체 특성을 가지고 있습니다.

화학적 특성.

알루미늄 표면은 일반적으로 내구성이 뛰어난 Al 2 O 3 산화물 필름으로 덮여 있어 다음과의 상호 작용으로부터 보호합니다. 환경. 이 필름을 제거하면 금속이 물과 격렬하게 반응할 수 있습니다.

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 ^.

부스러기나 가루 형태로 공기 중에서 밝게 타면서 많은 양의 열을 방출합니다.

2Al + 3/2O 2 = Al 2 O 3 + 1676 kJ.

이러한 상황은 알루미늄열요법에 의해 산화물로부터 다수의 금속을 얻는 데 사용됩니다. 이것은 산화물 형성 열이 Al 2 O 3 형성 열보다 작은 금속의 분말 알루미늄으로 환원되는 이름입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

Cr 2 O 3 + 2Al = 2Cr + Al 2 O 3 + 539 kJ.

붕소는 알루미늄과 달리 화학적으로 불활성(특히 결정질)입니다. 따라서 매우 높은 온도(> 700°C)에서만 산소와 반응하여 무수붕산 B 2 O 3 가 형성됩니다.

2B + ZO2 = 2B2O3,

붕소는 어떤 상황에서도 물과 반응하지 않습니다. 훨씬 더 높은 온도(> 1200°C)에서는 질소와 반응하여 질화붕소(내화물 제조에 사용됨)를 생성합니다.

붕소는 실온에서 불소와만 반응하는 반면, 염소 및 브롬과의 반응은 강한 가열(각각 400°C 및 600°C)에서만 발생합니다. 이 모든 경우에 BHal 3 삼할로겐화물(공기 중에서 연기가 나고 물에 의해 쉽게 가수분해되는 휘발성 액체)을 형성합니다.

2B + 3Hal 2 = 2BAl 3.

가수분해의 결과로 오르토붕산(붕산) H 3 BO 3이 형성됩니다.

VNal ​​3 + 3H 2 O = H 3 VO 3 + ZNNAl.

붕소와 달리 이미 실온에 있는 알루미늄은 모든 할로겐과 적극적으로 반응하여 할로겐화물을 형성합니다. 가열하면 황(200°C), 질소(800°C), 인(500°C) 및 탄소(2000°C)와 반응합니다.

2Al + 3S = Al 2 S 3 (황화알루미늄),

2Al + N 2 = 2AlN(질화알루미늄),

Al + P = AlP(인화알루미늄),

4Al + 3C = Al 4 C 3 (알루미늄 카바이드).

이 모든 화합물은 완전히 가수분해되어 수산화알루미늄을 형성하고 이에 따라 황화수소, 암모니아, 포스핀 및 메탄을 형성합니다.

알루미늄은 모든 농도의 염산에 쉽게 용해됩니다.

2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + ZH 2 ^.

농축된 황산과 질산은 추위에 노출된 알루미늄에 아무런 영향을 미치지 않습니다. 가열하면 알루미늄은 수소를 방출하지 않고 이러한 산을 환원할 수 있습니다.

2Al + 6H 2 SO 4 (농도) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O,

Al + 6HNO 3(농도) = Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

알루미늄은 묽은 황산에 용해되어 수소를 방출합니다.

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2.

묽은 질산에서는 산화질소(II)가 방출되면서 반응이 진행됩니다.

Al + 4HNO 3 = Al(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

알루미늄은 알칼리 및 알칼리 금속 탄산염 용액에 용해되어 테트라하이드록시알루미네이트를 형성합니다.

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 ^.

산화제가 아닌 산은 붕소와 반응하지 않으며 농축된 HNO 3만이 이를 붕산으로 산화시킵니다.

B + HNO3(농도) + H2O = H3BO3 + NO^.

갈륨(위도 갈륨), Ga, D.I. Mendeleev 주기율표의 III족 화학 원소, 일련 번호 31, 원자 질량 69.72; 은백색의 부드러운 금속. 질량수가 69(60.5%)와 71(39.5%)인 두 개의 안정 동위원소로 구성됩니다.

갈륨(“eka-aluminium”)의 존재와 그 기본 특성은 1870년 D.I. Mendeleev에 의해 예측되었습니다. 이 원소는 피레네아 아연 혼합물의 스펙트럼 분석을 통해 발견되었으며 1875년 프랑스 화학자 P. E. Lecoq de Boisbaudran에 의해 분리되었습니다. 프랑스 (lat. Gallia)의 이름을 따서 명명되었습니다. 갈륨의 특성과 예측된 특성의 정확한 일치는 주기율표의 첫 번째 승리였습니다.

지각의 갈륨 평균 함량은 1.5·10 -3 질량%로 상대적으로 높으며 이는 납 및 몰리브덴 함량과 동일합니다. 갈륨은 전형적인 미량 원소입니다. 갈륨의 유일한 광물인 갈라이트 CuGaS 2는 매우 드뭅니다. 갈륨의 지구화학은 알루미늄의 지구화학과 밀접한 관련이 있는데, 이는 알루미늄의 물리화학적 특성이 유사하기 때문입니다. 암석권에 있는 갈륨의 주요 부분은 알루미늄 광물에 포함되어 있습니다. 보크사이트와 네펠린의 갈륨 함량은 0.002~0.01%입니다. 갈륨 농도의 증가는 섬아연석(0.01-0.02%), 경탄(게르마늄과 함께) 및 일부 철광석에서도 관찰됩니다.

갈륨의 물리적 특성.갈륨은 매개변수 a = 4.5197E, b = 7.6601E, c = 4.5257E를 갖는 사방정계(의사-사각형) 격자를 갖습니다. 고체 금속의 밀도(g/cm3)는 5.904(20°C)이고 액체 금속은 6.095(29.8°C)입니다. 즉, 응고되면 갈륨의 부피가 증가합니다. 녹는점 29.8°C, 끓는점 2230°C. 구별되는 특징갈륨은 액체 상태 범위가 넓고(2200°C) 최대 1100~1200°C의 온도에서 증기압이 낮습니다. 고체 갈륨의 비열 용량은 376.7 J/(kg K), 즉 0~24°C 범위에서 0.09 cal/(g deg), 액체 갈륨의 비열 용량은 각각 410 J/(kg K ), 즉 29-100°C 범위에서 0.098 cal /(g deg)입니다. 고체 갈륨의 전기 저항률(ohm·cm)은 53.4·10 -6(0°C), 액체는 27.2·10 -6(30°C)입니다. 점도(포이즈 = 0.1n sec/m2): 1.612(98°C), 0.578(1100°C), 표면 장력 0.735n/m(735dyne/cm)(H2 대기에서 30°C). 파장 4360E와 5890E에 대한 반사 계수는 각각 75.6%와 71.3%입니다. 열중성자 포획 단면적은 2.71반(2.7·10 -28m2)이다.

갈륨의 화학적 성질.

갈륨은 상온에서 공기 중에서 안정적입니다. 260°C 이상에서는 건조 산소에서 느린 산화가 관찰됩니다(산화막이 금속을 보호함). 갈륨은 황산과 염산에 천천히 녹고 불화수소산에는 빠르게 녹으며 질산에는 저온에서 안정하다. 갈륨은 뜨거운 알칼리 용액에 천천히 용해됩니다. 염소와 브롬은 추위에 갈륨과 반응하고, 가열하면 요오드와 반응합니다. 300°C 이상의 온도에서 용융된 갈륨은 모든 구조용 금속 및 합금과 상호 작용합니다.

가장 안정적인 것은 갈륨의 3가 화합물로, 여러 측면에서 알루미늄 화합물과 특성이 유사합니다. 또한, 1가 및 2가 화합물이 알려져 있습니다. 고급 산화물 Ga 2 O 3는 흰색 물질로 물에 불용성입니다. 상응하는 수산화물은 흰색 젤라틴 침전물 형태로 갈륨염 용액으로부터 침전됩니다. 그것은 뚜렷한 양쪽 성 특성을 가지고 있습니다. 알칼리에 용해되면 갈레이트 (예 : Na)가 형성되고 산에 용해되면 갈륨 염이 형성됩니다 : Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 등. 수산화 갈륨의 산성 특성은 수산화 갈륨의 산성 특성보다 더 두드러집니다. 수산화알루미늄 [Al 방출 범위(OH)3는 pH 범위 = 10.6-4.1 내에 있고 Ga(OH)3는 pH 범위 = 9.7-3.4 내에 있음].

Al(OH)3와 달리 수산화 갈륨은 강알칼리뿐만 아니라 암모니아 용액에도 용해됩니다. 끓이면 암모니아 용액에서 수산화 갈륨이 다시 침전됩니다.

갈륨염에서 가장 높은 가치 GaCl 3 염화물(녹는점 78°C, 끓는점 200°C)과 Ga 2 (SO 4) 3 황산염이 있습니다. 후자는 알칼리 금속 및 암모늄의 황산염과 함께 명반 유형의 이중 염을 형성합니다(예: (NH 4)Ga(SO 4) 2 12H 2 O. 갈륨은 페로시안화물 Ga 4 3을 형성하며 이는 물에 잘 녹지 않고 희석됩니다. Al 및 기타 여러 원소로부터 분리하는 데 사용할 수 있는 산입니다.

갈륨 획득. 갈륨을 얻는 주요 원천은 알루미늄 생산입니다. Bayer 방법을 사용하여 보크사이트를 처리할 때 갈륨은 Al(OH) 3 분리 후 순환 모액에 농축됩니다. 갈륨은 수은 음극에서 전기분해를 통해 이러한 용액으로부터 분리됩니다. 아말감을 물로 처리한 후 얻은 알칼리성 용액에서 Ga(OH)3가 침전되고 이를 알칼리에 용해시키고 전기분해를 통해 갈륨을 분리한다.

보크사이트 또는 하석광을 처리하는 소다석회 방법에서 갈륨은 탄화 과정에서 방출되는 퇴적물의 마지막 부분에 농축됩니다. 추가 농축을 위해 수산화물 침전물을 석회유로 처리합니다. 이 경우 대부분의 Al은 퇴적물에 남아 있고 갈륨은 용액에 들어가고 CO 2를 통과시켜 갈륨 정광(6-8% Ga 2 O 3)이 분리됩니다. 후자는 알칼리에 용해되고 갈륨은 전해적으로 분리됩니다.

갈륨 공급원은 3층 전기분해 방법을 사용하는 Al 정련 공정에서 발생하는 잔류 양극 합금일 수도 있습니다. 아연 생산에서 갈륨 공급원은 아연 콘크리트 침출 광미 처리 중에 형성된 승화물(Welz 산화물)입니다.

물과 산(HCl, HNO3)으로 세척하고 알칼리 용액을 전기분해하여 얻은 액체 갈륨에는 99.9-99.95% Ga가 포함되어 있습니다. 더 순수한 금속은 진공 용융, 구역 용융 또는 용융물에서 단결정을 끌어내어 얻습니다.

갈륨의 응용.갈륨의 가장 유망한 응용은 반도체 특성을 갖는 GaAs, GaP, GaSb와 같은 화합물의 형태입니다. 이는 차단층의 광전 효과를 사용할 수 있는 고온 정류기 및 트랜지스터, 태양 전지 및 기타 장치는 물론 적외선 복사 수신기에도 사용할 수 있습니다. 갈륨은 반사율이 높은 광학 거울을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 의학에 사용되는 자외선 램프의 음극으로 수은 대신에 갈륨과 알루미늄의 합금이 제안되었습니다. 고온 온도계(600~1300°C) 및 압력 게이지 제조에 액체 갈륨 및 그 합금을 사용하는 것이 제안되었습니다. 흥미로운 점은 갈륨 및 그 합금을 전력 원자로의 액체 냉각제로 사용하는 것입니다(이는 작동 온도에서 구조 재료와 갈륨의 활성 상호 작용으로 인해 방해를 받습니다. 공융 Ga-Zn-Sn 합금은 순수 합금보다 부식 효과가 적습니다. 갈륨).

인듐(위도 인듐), In, 멘델레예프 주기율표 III족의 화학 원소; 원자 번호 49, 원자 질량 114.82; 흰색 빛나는 부드러운 금속. 이 원소는 113 In(4.33%)과 115 In(95.67%)이라는 두 가지 동위원소의 혼합물로 구성됩니다. 후자의 동위원소는 매우 약한 β-방사능을 갖는다(반감기 T S = 6·10 14년).

1863년 독일 과학자 F. Reich와 T. Richter는 아연 혼합물에 대한 분광학 연구 중에 알려지지 않은 원소에 속하는 스펙트럼의 새로운 선을 발견했습니다. 이 선의 밝은 파란색(남색)을 기반으로 새로운 원소의 이름이 인듐으로 명명되었습니다.

자연 속의 인도 분포. 인듐은 전형적인 미량 원소이며 암석권의 평균 함량은 1.4·10 -5 질량%입니다. 마그마 과정 동안 화강암과 기타 산성 암석에 인듐이 약간 축적됩니다. 지각에서 인도 농도의 주요 과정은 열수 침전물을 형성하는 뜨거운 수용액과 관련이 있습니다. 인듐은 Zn, Sn, Cd 및 Pb와 연관되어 있습니다. 섬아연석, 황동석, 석석은 인듐이 평균 100배(함량 약 1.4·10 -3%) 풍부합니다. 인도의 세 가지 광물은 천연 인듐, 로케사이트 CuInS 2 및 인디라이트 In 2 S 4로 알려져 있지만 모두 극히 드뭅니다. 섬아연석(최대 0.1%, 때로는 1%)에 인도가 축적되는 것은 실질적으로 중요합니다. 인도의 농축은 태평양 광석 벨트의 퇴적물에서 전형적입니다.

물리적 특성 인도.

인도의 결정 격자는 매개변수 a = 4.583E 및 c = 4.936E를 갖는 정방형 면 중심입니다. 원자 반경 1.66E; 이온 반경 In 3+ 0.92E, In + 1.30E; 밀도 7.362g/cm3. 인듐은 가용성이며 녹는점은 156.2°C입니다. 끓는점 2075 °C. 선팽창 온도계수 33·10 -6 (20 °C); 0-150°C에서의 비열 용량 234.461 J/(kg K) 또는 0.056 cal/(g °C); 0°C에서의 전기 저항률 8.2·10 -8 ohm·m 또는 8.2·10 -6 ohm·cm; 탄성 계수 11 n/m 2 또는 1100 kgf/mm 2; 브리넬 경도 9 Mn/m 2 또는 0.9 kgf/mm 2

화학적 성질 인도.

원자 4d 10 5s 2 5p 1의 전자 구성에 따라 화합물의 인듐은 원자가 1, 2 및 3(주로)을 나타냅니다. 공기 중에서 고체 컴팩트 상태의 인듐은 안정적이지만 고온에서 산화되며 800 ° C 이상에서는 보라색-청색 불꽃으로 연소되어 In 2 O 3 산화물-노란색 결정을 생성하며 산에 잘 용해됩니다. 가열되면 인듐은 할로겐과 쉽게 결합하여 가용성 할로겐화물 InCl 3, InBr 3, InI 3을 형성합니다. HCl 기류 속에서 인도를 가열하면 InCl 2 염화물이 얻어지고, 가열된 In에 InCl 2 증기를 통과시키면 InCl이 생성된다. 황과 함께 인듐은 황화물 In 2 S 3, InS를 형성합니다. 그들은 InS·In 2 S 3 및 3InS·In 2 S 3 화합물을 제공합니다. 산화제가 있는 물에서 인듐은 표면에서 천천히 부식됩니다: 4In + 3O 2 + 6H 2 O = 4In(OH) 3. 인듐은 산에 용해되고 정상 전극 전위는 -0.34V이며 알칼리에는 거의 용해되지 않습니다. 인도염은 쉽게 가수분해됩니다. 가수분해 생성물 - 염기성 염 또는 수산화물 In(OH) 3. 후자는 산에 잘 녹고 알칼리 용액에 잘 녹지 않습니다 (염-인데이트 형성): In(OH) 3 + 3KOH = K 3. 산화 상태가 낮은 인듐 화합물은 매우 불안정합니다. 할로겐화물 InHal과 흑색 산화물 In 2 O는 매우 강력한 환원제입니다.

인도 영수증.

인듐은 아연, 납, 주석을 생산할 때 나오는 폐기물과 중간 생성물에서 얻습니다. 이 원료에는 인도가 1/1000에서 10%까지 포함되어 있습니다. 인도의 추출은 세 가지 주요 단계로 구성됩니다. 농축된 제품을 얻는 것(인도 농축물); 정광을 거친 금속으로 가공하는 단계; 정제. 대부분의 경우 공급원료는 황산으로 처리되고 인듐은 용액으로 옮겨지며 가수분해 침전을 통해 농축물이 분리됩니다. 거친 인듐은 주로 아연이나 알루미늄의 접합에 의해 분리됩니다. 정제는 화학적, 전기화학적, 증류 및 결정물리학적 방법으로 수행됩니다.

신청 인도.

인듐과 그 화합물(예: InN 질화물, InP 인화물, InSb 안티몬화물)은 반도체 기술에 가장 널리 사용됩니다. 인듐은 다양한 부식 방지 코팅(베어링 코팅 포함)에 사용됩니다. 인듐 코팅은 반사율이 높아 거울과 반사경을 만드는 데 사용됩니다. 일부 인듐 합금은 저융점 합금, 유리를 금속에 접착하는 납땜 등을 포함하여 산업적으로 중요합니다.

탈륨(위도 탈륨), Tl, 멘델레예프 주기율표 III족의 화학 원소, 원자 번호 81, 원자 질량 204.37; 신선한 컷에는 회색으로 반짝이는 금속이 있습니다. 희귀한 미량원소를 말합니다. 본질적으로 이 원소는 두 개의 안정 동위원소 203 Tl(29.5%) 및 205 Tl(70.5%)과 방사성 동위원소 207 Tl - 210 Tl - 방사성 계열의 구성원으로 표시됩니다. 방사성 동위원소 202 Tl(TS = 12.5일), 204 Tl(TS = 4.26년), 206 Tl(TS = 4.19분) 등이 인공적으로 획득됐다. 탈륨은 1861년 W. Crookes에 의해 스펙트럼의 특징적인 녹색 선을 따라 분광법을 사용하여 황산 생산 슬러지에서 발견되었습니다(따라서 이름: 그리스 탈로스에서 유래 - 어린 녹색 가지). 1862년에 프랑스의 화학자 C. O. 라미(C. O. Lamy)가 처음으로 탈륨을 분리하고 그 금속성 성질을 확립했습니다.

자연에서의 탈륨 분포. 지각(클라크)에 있는 탈륨의 평균 함량은 질량 기준으로 4.5·10 -5%이지만 극단적인 분산으로 인해 자연 과정에서 탈륨의 역할은 작습니다. 자연에서는 1가 및 드물게는 3가 탈륨의 화합물이 주로 발견됩니다. 알칼리 금속과 마찬가지로 탈륨은 지각 상부에 집중되어 있습니다. 화강암 층(평균 함량 1.5 10 -4%), 기본 암석에서는 더 적고(2 10 -5%) 초염기 암석에서는 1 10 -6%. 탈륨 광물은 7개(예: 크룩사이트, 로란다이트, 브르바이트 등)만 알려져 있으며 모두 극히 희귀합니다. 탈륨은 Pb, Ag, Cu, Bi뿐만 아니라 K, Rb, Cs와 가장 큰 지구화학적 유사성을 가지고 있습니다. 탈륨은 생물권에서 쉽게 이동합니다. 자연수에서는 석탄, 점토, 수산화망간에 흡수되고 물이 증발하는 동안 축적됩니다(예: Sivash 호수에서는 최대 5·10 -8 g/l).

탈륨의 물리적 성질

탈륨은 부드러운 금속으로 공기 중에서 쉽게 산화되고 빠르게 변색됩니다. 0.1 Mn/m2(1 kgf/cm2)의 압력과 233 °C 미만의 온도에서 탈륨은 육각형 밀집 격자(a = 3.4496E; c = 5.5137E)를 가지며 233 °C 이상에서는 체심형입니다. 입방체 (a = 4.841E), 고압 3.9 H/m 2 (39,000 kgf/cm 2) - 면심 입방체; 밀도 11.85g/cm 3 ; 원자 반경 1.71 E, 이온 반경: Tl + 1.49 E, Tl 3+ 1.05 E; 융점 303.6 °C; 끓는점 1457 °C, 비열 용량 20-100 °C에서 0.130 kJ/(kg K); 선형 팽창 온도 계수는 20°C에서 28·10-6이고 240-280°C에서 41.5·10-6입니다. 열전도율 38.94W/(m-K). 0°C에서의 전기 저항률(18·10 -6 ohm -cm); 전기 저항의 온도 계수 5.177·10 -3 - 3.98·10 -3 (0-100 °C). 초전도 상태로의 전이 온도는 2.39K입니다. 탈륨은 반자성이며 비자화율은 -0.249·10-6(30°C)입니다.

탈륨의 화학적 성질.

원자 T1 6s 2 6р 1 의 외부 전자 껍질 구성; 화합물의 산화 상태는 +1과 +3입니다. 탈륨은 이미 실온에서 산소 및 할로겐과 반응하고 가열되면 황 및 인과 반응합니다. 질산에는 잘 녹고 황산에는 덜 녹으며 할로겐화수소, 포름산, 옥살산 및 아세트산에는 녹지 않습니다. 알칼리 용액과 상호작용하지 않습니다. 산소를 포함하지 않은 새로 증류수는 탈륨에 영향을 미치지 않습니다. 산소를 함유한 주요 화합물은 산화물(I) Tl 2 O 및 산화물(III) Tl 2 O 3입니다. 탈륨(I) 산화물 및 Tl(I) 염(질산염, 황산염, 탄산염)은 가용성입니다. 크롬산염, 중크롬산염, 할로겐화물(불화물 제외) 및 산화 탈륨(III)은 물에 약간 용해됩니다. Tl(III)은 무기 및 유기 리간드와 함께 다수의 착화합물을 형성합니다. Tl(III) 할로겐화물은 물에 잘 녹습니다. Tl(I) 화합물은 실제적으로 가장 중요합니다.

탈륨 얻기.

산업적 규모에서 공업용 탈륨은 비철금속 및 철의 황화물 광석 처리 과정에서 부산물로 얻어집니다. 납, 아연, 구리 생산의 반제품에서 추출됩니다. 원료 가공 방법의 선택은 구성에 따라 다릅니다. 예를 들어, 납 생산 분진에서 탈륨과 기타 유용한 성분을 추출하기 위해 물질은 300~350°C의 유동층에서 황산염화됩니다. 생성된 황산염 덩어리를 물로 침출시키고 요오드를 함유한 등유에 용해된 50% 트리부틸 인산염 용액을 사용하여 용액에서 탈륨을 추출한 다음 3% 수소를 첨가하여 황산(300g/l)으로 다시 추출합니다. 과산화물. 금속은 아연 시트에 접합하여 재추출물로부터 분리됩니다. 가성소다 층 아래에서 녹인 후 순도 99.99%의 탈륨을 얻습니다. 더 깊은 금속 정제를 위해 전해 정제 및 결정화 정제가 사용됩니다. 알루미늄, 갈륨, 인듐

탈륨의 적용.

기술적으로 탈륨은 주로 화합물 형태로 사용됩니다. 할로겐화물 TlBr - TlI 및 TlCl - TlBr(기술적으로 KRS-5 및 KRS-6으로 알려짐)의 고용체 단결정은 적외선 장치의 광학 부품 제조에 사용됩니다. TlCl 및 TlCl-TlBr- 결정은 Cherenkov 카운터용 라디에이터로 사용됩니다. Tl 2 O는 일부 광학 유리의 구성 요소입니다. 황화물, 옥시황화물, 셀렌화물, 텔루르화물 - 포토레지스터, 반도체 정류기, 비디콘 제조에 사용되는 반도체 재료의 구성 요소입니다. 포름산과 말로네이트 탈륨(무거운 Clerici 액체) 혼합물의 수용액은 밀도에 따라 광물을 분리하는 데 널리 사용됩니다. -59°C에서 경화되는 탈륨 아말감은 저온 온도계에 사용됩니다. 탈륨 금속은 베어링 및 저융점 합금을 생산하는 데 사용되며 산소 측정기에 물 속의 산소를 측정하는 데에도 사용됩니다. 204 Tl은 방사성 동위원소 장치에서 베타 방사선의 공급원으로 사용됩니다.

보레(lat. Borum), B, 멘델레예프 주기율표 III족의 화학 원소, 원자 번호 5, 원자 질량 10.811; 결정은 회흑색이다(매우 순수한 붕소는 무색이다). 천연 붕소는 10B(19%)와 11B(81%)의 두 가지 안정 동위원소로 구성됩니다.

이전에 알려진 붕소 화합물인 붕사(borax)는 연금술사의 저서에서 아랍어 이름 "부락"과 라틴어 붕사로 언급되어 있으며 "붕사"라는 이름이 유래되었습니다. 유리 붕소(불순)는 1808년 프랑스 화학자 J. Gay-Lussac과 L. Thénard가 무수 붕산 B 2 O 3 를 칼륨 금속과 가열하여 처음 얻었습니다. 지각의 총 붕소 함량은 3·10-4질량%입니다. 붕소는 자유 상태의 자연에서는 발견되지 않습니다. 많은 붕소 화합물은 특히 낮은 농도로 널리 분포되어 있습니다. 붕규산염, 붕산염, 보로알루미노규산염의 형태로 그리고 다른 광물의 동형 불순물인 붕소는 많은 화성암과 퇴적암의 일부입니다. 붕소 화합물은 기름수, 바닷물, 염호, 온천, 화산 및 언덕 진흙, 그리고 많은 토양에서 발견됩니다.

붕소의 물리적 특성.

붕소의 몇 가지 결정 변형이 알려져 있는데, 그 중 두 가지에 대해서는 X선 회절 분석을 통해 결정 구조를 완전히 결정하는 데 성공했는데, 두 경우 모두 매우 복잡한 것으로 밝혀졌습니다. 붕소 원자는 다이아몬드의 탄소 원자와 유사하게 이러한 구조에서 3차원 골격을 형성합니다. 이것은 붕소의 높은 경도를 설명합니다. 그러나 보어 구조의 골격 구조는 다이아몬드의 구조보다 훨씬 더 복잡합니다. 보어 결정의 주요 구조 단위는 20면체(20면체)이며 각 꼭지점에는 12개의 붕소 원자가 있습니다. 정이십면체는 직접적으로 그리고 정이십면체의 일부가 아닌 중간 보어 원자를 통해 서로 연결됩니다. 이 구조를 사용하면 결정의 붕소 원자가 4, 5, 6 및 5 + 2(5개의 가까운 "이웃"과 2개의 더 먼 것)의 서로 다른 배위수를 갖는 것으로 나타났습니다. 보어 원자의 외부 껍질에는 3개의 전자만 포함되어 있으므로(전자 구성 2s 2 2p 1), 결정질 붕소에 존재하는 각 결합에 대해 2개보다 훨씬 적은 전자가 있습니다. 현대 개념에 따르면, 붕소 결정에서 특별한 유형의 공유 결합, 즉 전자 결핍이 있는 다중 중심 결합이 발생합니다. 이온 화합물에서 붕소는 3가입니다. B 2 O 3 를 금속 나트륨 또는 칼륨으로 환원하여 얻은 소위 "비정질" 붕소의 밀도는 1.73 g/cm 3 입니다. 순수한 결정질 붕소는 밀도가 2.3g/cm 3, 융점은 2030°C, 끓는점은 3860°C입니다. 광물학적 규모의 붕소 경도는 9이고 미세 경도는 34 Gn/m2(3400kgf/mm2)입니다. 결정질 붕소는 반도체입니다. 정상적인 조건에서는 전기가 잘 통하지 않습니다. 800°C로 가열되면 보어의 전기 전도도는 몇 자릿수로 증가하고 전도도의 부호가 변경됩니다(저온에서는 전자, 고온에서는 구멍).

붕소의 화학적 성질.

화학적으로 정상적인 조건에서 붕소는 매우 불활성이며(불소와만 활발하게 상호작용함) 결정질 붕소는 비정질 붕소보다 덜 활성입니다. 온도가 증가함에 따라 붕소의 활성도가 증가하고 산소, 황 및 할로겐과 결합됩니다. 붕소는 공기 중에서 700°C로 가열되면 붉은 불꽃을 일으키며 연소되어 무수붕산 B 2 O 3(무색 유리질 덩어리)을 형성합니다. 900°C 이상으로 가열하면 질소와 함께 붕소가 질화붕소 BN을 형성하고, 석탄(탄화붕소 B 4 C 3)과 금속 - 붕화물과 함께 가열하면 질화붕소 BN을 형성합니다. 붕소는 수소와 눈에 띄게 반응하지 않습니다. 수소화물(보로하이드라이드)은 간접적으로 얻어집니다. 뜨거운 온도에서 붕소는 수증기와 상호작용합니다: 2B + 3H 2 O = B 2 O 3 + 3H 2. 붕소는 붕산 H 3 BO 3으로 산화되는 농축 질산을 제외하고 상온에서 산에 용해되지 않습니다. 농축된 알칼리 용액에 천천히 용해되어 붕산염을 형성합니다.

BF 3 불화물 및 기타 할로겐화물에서 붕소는 3개의 공유 결합으로 할로겐에 연결됩니다. BX 3 할로겐화물의 보어 원자에는 안정적인 8전자 껍질을 완성하기 위한 전자쌍이 부족하기 때문에 할로겐화물 분자, 특히 BF 3 는 암모니아와 같이 자유 전자쌍을 갖는 다른 물질의 분자를 부착합니다.

이러한 복합 화합물에서 붕소 원자는 4개의 원자(또는 원자 그룹)로 둘러싸여 있으며 이는 해당 화합물에서 붕소의 특성인 배위수 4에 해당합니다. 붕소의 중요한 복합 화합물은 보로하이드라이드(예: Na)와 붕소산 또는 불화수소산입니다. BF 3 및 HF로부터 형성된 산 H; 이 산의 대부분의 염(플루오로보레이트)은 물에 용해됩니다(염 K, Rb, Cs 제외). 붕소 자체와 그 화합물의 일반적인 특징은 실리콘 및 그 화합물과 유사하다는 것입니다. 그래서, 붕산는 실리콘과 마찬가지로 약한 산성 특성을 가지며 HF에 용해되어 기체 BF 3를 형성합니다(실리콘은 SiF 4를 제공합니다). 보로하이드라이드는 규산수소와 유사하고, 탄화붕소는 탄화규소 등과 유사합니다. 흥미로운 점은 BN 질화물의 변형과 흑연 또는 다이아몬드의 특히 유사성입니다. 이는 B와 N 원자가 전자 구성에서 2개의 C 원자를 공동으로 모방하기 때문입니다(B에는 3개의 원자가 전자가 있고, N에는 5개, 2개의 C 원자에는 각각 4개가 있음). 이 비유는 붕소와 질소를 모두 포함하는 다른 화합물에도 일반적입니다. 따라서, 보라잔 BH 3 -NH 3 는 에탄 CH 3 -CH 3 와 유사하고, 보라젠 BH 2 =NH 2 및 가장 단순한 보라진 BH·NH는 각각 에틸렌 CH 2 =CH 2 및 아세틸렌 CH·CH 와 유사하다. 아세틸렌 C 2 H 2의 삼량체화가 벤젠 C 6 H 6을 생성하는 경우 유사한 과정이 보라진 BHNH에서 보라졸 B 3 N 3 H 6으로 이어집니다.

붕소 얻기.

원소 붕소는 여러 단계를 거쳐 천연 원료로부터 얻어집니다. 붕산염을 뜨거운 물이나 황산(용해도에 따라 다름)으로 분해하여 붕산을 얻고, 탈수하면 무수붕산을 얻습니다. 금속 마그네슘으로 B 2 O 3 를 환원하면 붕소가 진한 갈색 분말 형태로 생성됩니다. 질산과 불화수소산으로 처리하여 불순물을 정제합니다. 반도체 생산에 필요한 매우 순수한 붕소는 할로겐화물에서 얻습니다. BCl 3는 1200°C에서 수소로 환원되거나 BBr 3 증기는 1500°C로 가열된 탄탈 와이어에서 분해됩니다. 순수한 붕소는 또한 보로하이드라이드의 열분해에 의해 얻어집니다.

붕소의 적용. 붕소는 기계적 특성을 개선하기 위해 강철 및 일부 합금에 소량(분수)으로 첨가됩니다. 이미 강철에 0.001-0.003% 붕소를 첨가하면 강도가 증가합니다(붕소는 일반적으로 페로보론 형태, 즉 10-20% 붕소를 함유한 철 합금으로 강철에 도입됩니다). 붕소(0.1-0.5mm 깊이)로 강철 부품의 표면 포화는 기계적 특성뿐만 아니라 강철의 부식 저항성을 향상시킵니다. 10V 동위원소는 열중성자를 흡수하는 능력으로 인해 제어봉 제조에 사용됩니다. 원자로, 핵분열 반응을 멈추거나 늦추는 역할을 합니다. 기체 BF 3 형태의 붕소는 중성자 계수기에 사용됩니다. (10V 핵이 중성자와 상호작용하면 전하를 띤 6개 입자가 형성되며 이는 등록하기 쉽습니다. 6개 입자의 수는 카운터에 들어가는 중성자의 수와 같습니다: 10 5 V + 1 0 n = 7 3 Li + 4 2 b). 붕소 자체와 그 화합물(BN 질화물, B 4 C 3 탄화물, BP 인화물 등)은 유전체 및 반도체 재료로 사용됩니다. 붕산 및 그 염(주로 붕사), 붕화물 및 기타 물질이 널리 사용됩니다. BF 3는 일부 유기 반응의 촉매제입니다.

체내의 붕소

. 붕소는 식물과 동물의 조직에서 매우 적은 양(건조 중량의 1000분의 1~10000%)으로 발견되는 화학 원소 중 하나입니다. 붕소는 정상적인 식물 수명을 유지하는 데 필요합니다. 붕소 결핍의 가장 중요한 증상은 원줄기의 생장점이 죽고 이어서 겨드랑이 싹이 죽는 것입니다. 동시에 잎자루와 잎이 부서지기 쉽고 꽃이 나타나지 않거나 과일이 형성되지 않습니다. 따라서 붕소가 부족하면 종자 수확량이 감소합니다. 붕소 결핍과 관련된 많은 질병이 알려져 있는데, 예를 들어 사탕무의 심장 부패, 테이블 비트의 검은 반점, 루타바가와 콜리플라워의 심장 갈변, 아마 윗부분의 건조, 알팔파 윗부분의 황달, 사탕무의 갈색 반점 등이 있습니다. 살구, 사과의 하위화. 붕소 결핍으로 인해 설탕 산화, 탄수화물 대사 생성물의 아미노화 및 세포 단백질 합성이 느려집니다. 그러나 붕소가 필수 요소인 효소는 아직 알려져 있지 않습니다. 식물에서 붕소가 결핍되면 아데노신 삼인산의 함량이 감소하고 산화적 인산화 과정도 중단되어 호흡 중에 방출되는 에너지가 필요한 물질의 합성에 사용될 수 없습니다. 토양에 붕소가 부족하면 붕소 비료를 첨가합니다. 토양에 붕소가 과잉 존재하는 생지화학적 지역(예: 카자흐스탄 북서부)에서는 붕소의 축적으로 인해 형태학적 변화와 식물 질병(거대증, 왜소증, 성장점 교란 등)이 발생합니다. 붕소 염분이 강한 토양에는 초목이 없는 지역, 즉 보라 퇴적물의 탐사 징후 중 하나인 "대머리 패치"가 있습니다. 동물에서 붕소의 중요성은 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 인간과 동물(양, 낙타)에서 붕소 함량이 과다한(60-600 mg/kg 이상의 건조물) 식물을 섭취하면 신진대사가 중단되고(특히 단백질 분해 효소의 활성) 풍토병이 나타납니다. 위장관- 붕산 장염.

알류미늄(위도 알루미늄), Al, 멘델레예프 주기율표 III족의 화학 원소; 원자 번호 13, 원자 질량 26.9815; 은백색 경금속. 하나의 안정 동위원소 27 Al로 구성됩니다.

역사적 참고자료. 알루미늄이라는 이름은 라틴어에서 유래되었습니다. 백반 - 기원전 500년으로 거슬러 올라갑니다. 이자형. 알루미늄 명반이라 불리는 이 물질은 직물을 염색하거나 가죽을 태닝하는 데 매염제로 사용되었습니다. 덴마크 과학자 H. K. Oersted는 1825년에 무수 AlCl3에 칼륨 아말감을 작용시킨 다음 수은을 증류하여 상대적으로 순수한 알루미늄을 얻었습니다. 알루미늄 생산을 위한 최초의 산업적 방법은 1854년 프랑스 화학자 A. E. Saint-Clair Deville에 의해 제안되었습니다. 이 방법은 알루미늄과 나트륨 Na 3 AlCl 6의 이중 염화물을 금속 나트륨으로 환원시키는 것으로 구성되었습니다. 은색과 비슷한 색상의 알루미늄은 처음에는 매우 비쌌습니다. 1855년부터 1890년까지 알루미늄 생산량은 200톤에 불과했습니다. 빙정석-알루미나 용융물을 전기분해하여 알루미늄을 생산하는 현대적인 방법은 1886년 미국의 C. Hall과 프랑스의 P. Heroux에 의해 동시에 독립적으로 개발되었습니다.

자연 속의 알루미늄 분포.자연에 존재하는 풍부한 양의 측면에서 알루미늄은 산소, 규소에 이어 3위, 금속 중에서는 1위를 차지합니다. 지각의 함량은 중량 기준으로 8.80%입니다. 알루미늄은 화학적 활성으로 인해 자유 형태로 발생하지 않습니다. 수백 가지의 알루미늄 광물이 알려져 있는데, 주로 알루미노규산염입니다. 보크사이트, 명반석 및 하석은 산업적으로 중요합니다. 네펠린 암석은 보크사이트보다 알루미나 함량이 낮지만 복합적으로 사용하면 소다, 칼륨, 황산과 같은 중요한 부산물이 생성됩니다. 네펠린을 통합적으로 사용하는 방법이 소련에서 개발되었습니다. 소련 형태의 네펠린 광석은 보크사이트와 달리 매장량이 매우 크며 알루미늄 산업 발전을 위한 실질적으로 무한한 기회를 창출합니다.

알루미늄의 물리적 특성.

알루미늄은 낮은 밀도, 높은 열 및 전기 전도성, 높은 연성 및 우수한 내식성 등 매우 귀중한 특성을 결합합니다. 쉽게 단조하고, 스탬프하고, 굴리고, 인발할 수 있습니다. 알루미늄은 가스, 접촉 및 기타 유형의 용접으로 잘 용접됩니다. 알루미늄 격자는 매개변수 a = 4.0413 E를 갖는 면심 입방체입니다. 따라서 모든 금속과 마찬가지로 알루미늄의 특성은 순도에 따라 달라집니다. 고순도 알루미늄의 특성(99.996%): 밀도(20°C에서) 2698.9 kg/m 3 ; t p 660.24°C; 끓는점 약 2500°C; 열팽창 계수 (20° ~ 100°C) 23.86·10 -6 ; 열전도율(190°C에서) 343 W/m·K, 비열 용량(100°C에서) 931.98 J/kg·K. ; 구리에 대한 전기 전도성(20°C에서) 65.5%. 알루미늄은 강도(인장 강도 50-60 Mn/m2), 경도(브리넬 기준 170 Mn/m2) 및 높은 연성(최대 50%)을 가지고 있습니다. 냉간 압연 중에 알루미늄의 인장 강도는 115 MN/m2, 경도는 최대 270 MN/m2, 상대 연신율은 5%(1 MN/m2 ~ 및 0.1 kgf/mm2)로 감소합니다. 알루미늄은 고도로 연마되고 양극 산화 처리되었으며 은에 가까운 반사율이 높습니다(입사광 에너지의 최대 90%를 반사함). 산소에 대한 친화력이 높은 공기 중의 알루미늄은 얇지만 매우 강한 Al 2 O 3 산화물 필름으로 덮여 있어 금속이 더 이상 산화되지 않도록 보호하고 높은 부식 방지 특성을 결정합니다. 수은, 나트륨, 마그네슘, 구리 등의 불순물이 있으면 산화막의 강도와 보호 효과가 크게 감소합니다. 알루미늄은 대기 부식, 바다 및 담수에 강하며 실제로 농축되거나 고도로 희석된 질산과 상호 작용하지 않습니다. 산, 유기산, 식품.

알루미늄의 화학적 성질.

알루미늄 원자의 외부 전자 껍질은 3개의 전자로 구성되며 구조는 3s 2 3p 1입니다. 정상적인 조건에서 화합물의 알루미늄은 3가이지만, 고온에서는 1가가 되어 소위 하위 화합물을 형성할 수 있습니다. 알루미늄 서브할로겐화물인 AlF 및 AlCl은 기체 상태, 진공 또는 불활성 대기에서만 안정하며, 온도가 감소하면 (불균형하게) 순수한 Al과 AlF3 또는 AlCl3로 분해되어 초순수 알루미늄을 생산하는 데 사용할 수 있습니다. . 가열하면 잘게 분쇄되거나 분말화된 알루미늄이 공기 중에서 격렬하게 연소됩니다. 산소 기류 속에서 알루미늄을 연소시키면 3000°C 이상의 온도에 도달할 수 있습니다. 산소와 적극적으로 상호작용하는 알루미늄의 특성은 산화물로부터 금속을 복원하는 데 사용됩니다(알루미노써미). 암적색 열에서 불소는 알루미늄과 에너지적으로 상호작용하여 AlF 3 를 형성합니다. 염소와 액체 브롬은 실온에서 알루미늄, 가열되면 요오드와 반응합니다. 고온에서 알루미늄은 질소, 탄소 및 황과 결합하여 각각 AlN 질화물, Al 4 C 3 탄화물 및 Al 2 S 3 황화물을 형성합니다. 알루미늄은 수소와 상호작용하지 않습니다. 수소화알루미늄(AlH3)X를 간접적으로 얻었다. 큰 관심을 끄는 것은 알루미늄의 이중 수소화물과 소위 알루미늄 수소화물인 MeH n·n AlH 3 주기율표의 I족 및 II족 원소입니다. 알루미늄은 알칼리에 쉽게 용해되어 수소를 방출하고 알루미네이트를 형성합니다. 대부분의 알루미늄염은 물에 잘 녹습니다. 알루미늄염 용액은 가수분해로 인해 산성 반응을 보입니다.

알루미늄 얻기.

산업계에서 알루미늄은 용융된 빙정석 NasAlF 6에 용해된 알루미나 Al 2 O 3를 약 950°C의 온도에서 전기분해하여 생산됩니다. 세 가지 주요 설계의 전해 장치가 사용됩니다. 1) 연속 자체 베이킹 양극 및 측면 전류 공급 장치가 있는 전해 장치 , 2) 동일하지만 더 높은 전류 공급 장치가 있고 3) 구운 양극이 있는 전해조가 있습니다. 전해질 욕조는 철제 케이스로, 내부에는 열 및 전기 절연 재료인 내화 벽돌이 늘어서 있고 석탄 석판과 블록이 늘어서 있습니다. 작업 부피는 6-8% 알루미나와 94-92% 빙정석(보통 AlF3 및 불화칼륨과 불화마그네슘 혼합물 약 5-6% 첨가)으로 구성된 용융 전해질로 채워집니다. 음극은 욕조 바닥이고, 양극은 전해질에 담근 탄탄소 블록이거나 자가 베이킹 전극으로 채워져 있습니다. 전류가 흐르면 용융 알루미늄이 난로에 축적되는 음극과 탄소 양극과 함께 CO 및 CO 2를 형성하는 양극 산소에서 방출됩니다. 주요 소비재인 알루미나는 순도와 입자 크기에 대한 요구 사항이 높습니다. 알루미늄보다 전기양성이 더 강한 원소의 산화물이 그 안에 존재하면 알루미늄이 오염될 수 있습니다. 알루미나 함량이 충분하면 수조는 4~4.5V 정도의 전압에서 정상적으로 작동합니다. 수조는 직류 전원에 직렬(150~160개 수조)로 연결됩니다. 최신 전해조는 최대 150kA의 전류에서 작동합니다. 알루미늄은 일반적으로 진공 국자를 사용하여 욕조에서 제거됩니다. 순도 99.7%의 용융 알루미늄을 틀에 붓습니다. 고순도 알루미늄(99.9965%)은 Fe, Si, Cu 불순물 함량을 줄이는 소위 3층법을 사용하여 1차 알루미늄을 전해 정제하여 얻습니다. 유기전해질을 이용한 알루미늄의 전해정련 공정에 대한 연구는 상대적으로 낮은 에너지 소모로 순도 99.999%의 알루미늄을 얻을 수 있는 근본적인 가능성을 보여주었지만 현재까지 이 방법은 생산성이 낮다. 알루미늄의 심층 정제를 위해 구역 용해 또는 아불화물을 통한 증류가 사용됩니다.

알루미늄을 전해 생산하는 동안 감전, 고온 및 유해 가스가 발생할 수 있습니다. 사고를 방지하기 위해 욕조는 확실하게 단열되어 있으며 작업자는 마른 펠트 부츠와 적절한 보호복을 사용합니다. 효과적인 환기로 건강한 분위기를 유지합니다. 금속 알루미늄 및 그 산화물의 먼지를 지속적으로 흡입하면 폐알루미늄증이 발생할 수 있습니다. 알루미늄 생산에 종사하는 근로자는 상부 호흡기 카타르(비염, 인두염, 후두염)를 겪는 경우가 많습니다. 공기 중 금속 알루미늄, 그 산화물 및 합금 먼지의 최대 허용 농도는 2 mg/m 3 입니다.

알루미늄의 응용.

알루미늄의 물리적, 기계적, 화학적 특성의 조합은 거의 모든 기술 분야, 특히 다른 금속과의 합금 형태에서 알루미늄의 광범위한 사용을 결정합니다. 전기 공학에서 알루미늄은 특히 가공선, 고전압 케이블, 배전반 버스, 변압기 등의 대규모 도체 생산에서 구리를 성공적으로 대체합니다(알루미늄의 전기 전도도는 구리의 전기 전도도의 65.5%에 달하며, 구리보다 3배 이상 가볍습니다. 교차 구역, 동일한 전도성을 제공하면 알루미늄 와이어의 질량은 구리의 절반입니다. 초순수 알루미늄은 전기 커패시터 및 정류기 생산에 사용되며, 그 작용은 알루미늄 산화막이 전류를 한 방향으로만 통과시키는 능력을 기반으로 합니다. 구역 용융으로 정제된 초순수 알루미늄은 반도체 장치 생산에 사용되는 유형 A III B V의 반도체 화합물 합성에 사용됩니다. 순수 알루미늄은 다양한 유형의 거울 반사판 생산에 사용됩니다. 대기 부식(클래딩, 알루미늄 페인트)으로부터 금속 표면을 보호하기 위해 고순도 알루미늄이 사용됩니다. 중성자 흡수 단면적이 상대적으로 낮은 알루미늄은 원자로의 구조 재료로 사용됩니다.

대용량 알루미늄 탱크는 액체가스(메탄, 산소, 수소 등), 질산, 아세트산, 깨끗한 물, 과산화수소 및 식용유. 알루미늄은 장비 및 장치에 널리 사용됩니다. 음식 산업, 식품 포장용(호일 형태), 다양한 유형의 가정용품 생산용. 건물, 건축, 운송 및 스포츠 구조물 마감을 위한 알루미늄 소비가 급격히 증가했습니다.

야금학에서 알루미늄(이를 기반으로 한 합금 외에도)은 Cu, Mg, Ti, Ni, Zn 및 Fe 기반 합금의 가장 일반적인 합금 첨가제 중 하나입니다. 알루미늄은 또한 강철을 주형에 붓기 전에 탈산하는 데 사용되며 알루미늄열분해법을 사용하여 특정 금속을 생산하는 공정에서도 사용됩니다. 알루미늄을 주성분으로 하는 SAP(소결알루미늄분말)는 분말야금을 이용해 만들어졌으며 300°C 이상의 온도에서 높은 내열성을 갖습니다.

알루미늄은 폭발물(암모날, 알루모톨) 생산에 사용됩니다. 다양한 알루미늄 화합물이 널리 사용됩니다.

알루미늄의 생산과 소비는 지속적으로 증가하고 있으며, 철강, 구리, 납, 아연의 생산 증가율을 크게 앞지르고 있습니다.

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D. I. Mendeleev 주기율표의 III족 p-원소에는 붕소 B, 알루미늄 갈륨 인듐 및 탈륨 원자의 전자 구성이 포함됩니다.

다음은 고려 중인 그룹의 p-원소 원자 특성과 해당 금속 물질을 특성화하는 몇 가지 상수를 비교합니다.

III족 원소의 특성은 d-압축의 영향을 받습니다. d-압축은 주기율표에서 작은 III 주기와 d 원소 바로 뒤의 큰 주기에 위치합니다. 따라서 원자 반경은 약간 감소하고 1차 이온화 전위는 증가합니다. 또한 압축은 탈륨 원자의 특성에도 영향을 미칩니다. 그렇기 때문에 원자의 반경이 원자의 반경에 가깝고 이온화 에너지가 약간 더 높습니다.

보르. 원자의 전자 구조에 따라 붕소는 1가(에너지 하위 수준에서 짝을 이루지 않은 전자 1개)일 수 있습니다. 그러나 붕소의 가장 특징적인 화합물은 3가 화합물입니다(원자가 여기되면 에너지 및 -하위 준위에 3개의 짝을 이루지 않은 전자가 있음).

여기된 붕소 원자의 자유 궤도는 교환 공유 메커니즘에 따라 3개의 공유 결합이 형성되는 많은 화합물의 수용체 특성을 결정합니다(예를 들어, 이러한 화합물은 전자 공여 특성을 가진 입자가 추가되기 쉽습니다). 즉, 공여체-수용체 메커니즘에 따라 또 다른 공유 결합이 형성됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

붕소에는 두 가지 동위원소가 알려져 있습니다. 동위원소 원자의 핵은 중성자를 쉽게 흡수합니다.

중성자를 흡수하는 붕소의 능력에 따라 원자력 에너지에서의 용도가 결정됩니다. 원자로의 제어봉은 붕소 함유 물질로 만들어집니다.

붕소 결정은 검은색입니다. 내화성(mp 2300°C), 반자성 및 반도체 특성(밴드 갭)을 가지고 있습니다. 붕소의 전기 전도도는 다른 금속과 마찬가지로 작으며 온도가 증가함에 따라 약간 증가합니다.

실온에서 붕소는 화학적으로 불활성이며 불소와만 직접 상호작용합니다. 가열하면 붕소는 염소, 산소 및 기타 비금속에 의해 산화됩니다. 예를 들어:

비금속 화합물에서 붕소의 산화 상태는 모두 공유 결합입니다.

삼산화붕소는 높은 엔탈피 값과 깁스 형성 에너지를 특징으로 하는 결정질 물질(mp 450°C, 끓는점 2250°C)입니다. 물과 상호작용하면 붕산으로 변합니다.

매우 약한 일양자성 산. 하나의 이온만 제거하는 전해 해리는 앞서 설명한 붕소의 수용체 특성으로 설명됩니다. 붕소 원자의 자유 궤도는 분자 해리 중에 형성된 전자 공여체에 제공됩니다. 프로세스는 다음 계획에 따라 진행됩니다.

복합 음이온은 사면체 구조(전자 궤도의 혼성화)를 가지고 있습니다.

산화 상태의 화합물에서 붕소의 수용체 특성은 할로겐화물의 화학적 성질에서도 나타납니다. 예를 들어, 반응은 쉽게 가능합니다.

공여체-수용체 메커니즘에 의해 사이의 화학적 결합이 형성되는 곳입니다. 전자 수용체가 되는 할로겐화붕소의 특성은 유기 화합물 합성 반응에서 촉매로서의 광범위한 사용을 결정합니다.

붕소는 수소와 직접 상호작용하지 않지만 금속과 붕소화물(보통 비화학양론적 화합물)을 형성합니다.

붕소수소화물(보란)은 매우 유독하며 독성이 매우 강합니다. 나쁜 냄새. 간접적으로 얻어지는 경우가 많으며 대부분의 경우

화학적으로 활성인 붕소화물을 산과 반응하거나 할로겐화 붕소와 알칼리 금속 수소화물을 반응시킬 때:

붕소와 수소의 가장 단순한 조합은 일반적인 조건에서는 존재하지 않습니다. -붕소 원자에서 전자 궤도의 혼성화는 입자의 불포화 배위를 초래하며, 그 결과 두 개의 입자가 결합하여 디보란 분자가 됩니다.

디보란에서 붕소는 -혼성화 상태에 있으며, 각 붕소 원자에 대해 4개의 혼성 궤도 중 하나는 비어 있고 나머지 3개는 수소 원자의 -궤도와 겹쳐 있습니다. 분자 내 그룹 간의 결합은 그룹의 한 수소 원자에서 다른 그룹의 빈 궤도로 전자 밀도가 이동하여 수소 결합으로 형성됩니다. 다른 보란도 알려져 있는데 이는 두 줄로 표시될 수 있습니다.

금속 붕소화물은 반응성이 있으며 산으로 처리할 때 보란 혼합물을 생성하는 데 종종 사용됩니다. 대부분의 붕소화물은 내열성이 있고 매우 단단하며 화학적으로 안정적입니다. 이는 제트 엔진 부품 및 가스 터빈 블레이드 제조용 합금 형태로 직접 널리 사용됩니다. 일부 붕화물은 전자 장치의 음극을 만드는 데 사용됩니다.

알류미늄. 알루미늄 원자의 전자 구성은 다음 공식으로 표현됩니다. 원자의 외부 전자층에는 짝을 이루지 않은 전자가 하나 있습니다.

따라서 알루미늄은 1과 동일한 원자가를 나타낼 수 있습니다. 그러나 이러한 원자가는 알루미늄의 경우 일반적이지 않습니다. 모든 안정한 화합물에서 알루미늄의 산화 상태는 동일합니다. 3과 같은 원자가는 원자의 여기 상태에 해당합니다.

풍부함 측면에서 알루미늄은 모든 원소 중에서 O, H, Si 다음으로 4위를 차지하며 자연에서 가장 흔한 금속입니다. 대부분의 알루미늄은 장석, 운모 등 알루미노규산염에 집중되어 있습니다.

알루미늄은 은백색의 가볍고 연성이 매우 높은 금속입니다. 높은 열전도율및 전기 전도성.

알루미늄은 화학적으로 활성입니다. 이는 실온에서 염소 및 브롬과 반응하고, 가열되거나 촉매로서 물이 존재하는 경우 요오드와 반응합니다. 800°C에서 알루미늄은 질소와 반응하고, 2000°C에서는 탄소와 반응합니다. 알루미늄은 산소에 대해 높은 화학적 친화성을 나타냅니다.

공기 중에서 알루미늄은 매우 내구성이 뛰어나고 얇은 산화막으로 코팅되어 있어 알루미늄의 금속 광택이 다소 약화됩니다. 산화막 덕분에 알루미늄 표면은 높은 내식성을 얻습니다. 이것은 주로 물과 수증기에 대한 알루미늄의 무관심에서 나타납니다. 보호막이 형성되어 알루미늄은 농축된 질산과 황산에 대한 내성이 있습니다. 이 산은 추위에 알루미늄을 부동태화시킵니다. 부동태화 경향으로 인해 표면을 강한 산화제(예:)로 처리하거나 양극 산화를 사용하여 알루미늄의 내식성을 높일 수 있습니다. 이 경우 산화막의 두께가 두꺼워지며, 고온에서는 보호막의 강도가 급격히 감소합니다. 기계적 힘으로 산화막을 제거하면 알루미늄의 반응성이 매우 커집니다. 물, 산 및 알칼리 수용액과 격렬하게 반응하여 수소를 대체하고 양이온 또는 음이온을 형성합니다. 알루미늄과 산성 용액의 상호 작용은 반응식에 따라 진행됩니다.

그리고 알칼리 용액으로

알루미늄 양이온과 음이온은 용액의 pH가 변하면 쉽게 서로 변환됩니다.

혼합 화합물도 용액에서 형성될 수 있습니다.

예를 들어

후자는 쉽게(특히 가열될 때) 탈수되어 수산화물로 변합니다.

기술 분야에서 알루미늄이 가장 광범위하게 사용되는 이유는 알루미늄의 귀중한 물리적, 화학적 특성과 지각에 풍부하게 존재하기 때문입니다. 전기 전도성이 높고 밀도가 낮기 때문에

전선을 만드는 데 사용됩니다. 알루미늄의 높은 연성은 알루미늄으로 가장 얇은 호일을 만드는 것을 가능하게 하며, 이는 커패시터에 사용되며 케이블 피복의 납을 알루미늄으로 대체합니다. 비자화성으로 인해 알루미늄 합금은 무선 공학에 사용됩니다.

알루미늄의 대부분은 경합금(두랄루민, 나머지는 실루민, 나머지 등)을 생산하는 데 사용됩니다. 알루미늄은 또한 내열성을 부여하기 위해 합금에 합금 첨가제로 사용됩니다. 알루미늄과 그 합금은 항공기 건설, 로켓 공학, 기계 공학 등의 구조 재료로서 주요 위치 중 하나를 차지합니다. 알루미늄(특히 양극 산화 처리)의 내식성은 강철의 내식성을 크게 초과합니다. 따라서 그 합금은 구조재 및 조선에 사용됩니다. d-원소를 사용하면 알루미늄은 내열 재료로 사용되는 금속간 화합물(알루미나이드) 등의 화합물을 형성합니다. 알루미늄은 알루미늄열처리(aluminothermy)에서 다양한 금속을 생산하고 테르밋 방식을 사용한 용접에 사용됩니다. 알루미늄열요법은 산소에 대한 알루미늄의 높은 친화력을 기반으로 합니다. 예를 들어, 다음 방정식에 따라 진행되는 반응에서

약 3500kJ의 열이 방출되고 온도는

산화알루미늄은 여러 변형 형태로 알려져 있습니다. 가장 안정적인 변형은 지각에서 광물 커런덤 형태로 발견되며, 이로부터 연삭 디스크와 에머리 분말이 준비됩니다. 커런덤을 연마재로 사용하는 이유는 다이아몬드, 카보런덤, 보라존에 이어 두 번째로 높은 경도 때문입니다. 인공 루비는 융합을 통해 얻어집니다. 정밀 메커니즘의 지지석을 만드는 데 사용됩니다. 최근에는 인공 루비가 양자 발생기(레이저)에 사용되기도 합니다. 으로 만든 제품은 내화물 및 유전체로 사용됩니다.

수산화알루미늄은 고분자 화합물입니다. 그것은 층상 결정 격자를 가지고 있습니다. 각 층은 팔면체로 구성됩니다(그림 IX. 10). 층 사이에는 수소 결합이 있습니다. 교환반응으로 얻은 수산화알루미늄은 젤라틴 같은 흰색 침전물로 산과 알칼리에 잘 녹는다. 방치하면 퇴적물은 "노화"되어 화학적 활성을 잃습니다. 하소되면 수산화물은 물을 잃고 산화물로 변하는데, 탈수 수산화물 형태 중 하나인 알루미늄 겔은 기술적으로 흡착제로 사용됩니다.

화합물은 매우 큰 관심을 끌고 있습니다.

쌀. Ⅸ. 10. 화합물의 팔면체 구조단위로 형성된 층의 구조

알루미늄 - 알루미노규산염과 관련된 제올라이트. 그들의 구성은 일반 공식 where 또는 (덜 일반적으로)로 표현될 수 있습니다.

p-요소III여러 떼

그룹 III p-원소에는 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 탈륨이 포함됩니다. 일반적인 전자 공식은 ns 2 np 1입니다. 가능한 산화 상태:

그룹의 금속 특성이 향상됩니다. 붕소는 비금속이고 탈륨은 일반적인 금속입니다. Ga 및 그 유사체의 특성은 d-압축의 영향을 받고, 탈륨의 특성도 f-압축의 영향을 받습니다. 알루미늄(지구상에서 O와 Si 다음으로 III번째로 풍부함)을 제외한 모든 원소는 희귀합니다.

자연 속에 존재하기

	개봉 연도	발견자	미네랄 원료	야생동물 속에 있는 것
		게이뤼삭(프랑스); 아랍어 출신의 데이비(영국). 부라크 - 빛나다	붕사 Na 2 B 4 O 7 10H 2 O; 사솔린 H ​​3 VO 3 - 화산 증기, 온천, BN에서 발견됨 - 질화붕소.	식물 영양의 미량 원소, 과잉 독성. 독성. 1인당 복용량은 4g입니다.
		Ørsted(덴마크) lat. 명반 – 명반	보크사이트 Al 2 O 3 nH 2 O; 알루미늄 규산염, Na 3 빙정석, 강옥 – 적색 루비(Cr 3+); 블루 사파이어(Ti 3+, Fe 3+); 네펠린 Na 2 OAl 2 O 3 2SiO 2 ; 명반석 K 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 2Al 2 O 3 6H 2 O (총 250종의 미네랄)	매일 음식 섭취로 인체에 축적되어 알츠하이머병 발병에 역할을 합니다. 독성. 복용량 5g 조직 뱀의 소다 70kg - 61mg.
		Lecoq de Boisbaud-ran(프랑스) 위도 출신 갈리아 – 프랑스	다른 원소의 미네랄에 1% 이상의 양이 존재합니다. Zn 및 Cu 생산 시 부산물로 추출됨	생화학적 과정의 자극제, 낮은 독성.
		Reich, Richter(독일), 그의 스펙트럼에서 남색 선의 이름을 따서 명명됨	부산물로 얻어지는 황화 아연 광석 및 방연석 PbS에서 불순물(최대 1%)로 발생합니다. Zn 및 Pb 생산 제품	독성 용량 30mg, 치사량 200mg.
		크룩스(잉글랜드) 라미(프랑스) 그리스어에서 탈로스 - 녹색	자연에서는 거의 발견되지 않습니다. 칼륨과 오염물질에 함유된 형태로 존재합니다. Zn 및 Pb 생산의 부산물로 획득됨	치사량 600mg

단순 물질

일부 물리적 상수가 표에 나와 있습니다.

결론: 알루미늄은 경금속이고, 갈륨, 인듐, 탈륨은 중금속입니다. 모든 IIIA족 금속, 특히 갈륨은 용해 가능합니다. 손에 녹습니다(알려진 모든 물질 중에서 액체 상태가 존재하는 온도 범위가 가장 큽니다. 액체 상태에서는 과냉각되기 쉽고 얼지 않습니다). 오랜 시간). 붕소의 경도는 다이아몬드의 경도에 가깝습니다. 갈륨, 인듐, 탈륨은 칼로 자릅니다.

비금속 붕소의 특성은 세 번째 그룹의 다른 p 원소와 매우 다릅니다. 보레붕소 원자가 그룹 B 12로 결합되는 두 가지 동소체 변형이 있습니다.

무정형 - 갈색 분말.

결정질 - 엔트로피가 낮고 내화성이며 반자성이며 반도체 특성을 갖는 흑색-적색 결정입니다.

화학적으로 붕소는 불활성이며, 결정질 붕소는 비정질 붕소보다 더 불활성입니다. 실리콘과 대각선 유사성을 나타냅니다. 이는 양성 산화 상태를 갖는 파생물이 가장 특징이며, 낮은 수소화물은 불안정하고 기체입니다.

붕소와 단순 물질의 상호 작용은 다음 다이어그램으로 나타낼 수 있습니다.

 + F 2 (20-25oC)  BF 3

 + Cl 2, Br 2, I 2 (400-900oC)  BCl 3, BBr 3, BI 3

 + S (610oC)  B 2 S 3

안에 + O 2 (700 o C, 공기)  4B + 3O 2 = 2B 2 O 3 ; H = -2508kJ

 + N 2, (900oC)  BN

 + P (1200oC)  BP

 + C (2000 o C)  B 4 C

많은 금속과 붕소를 소결하면 금속 붕소화물이 형성됩니다. s-원소 MgB 2의 붕소화물은 화학적으로 활성입니다. d- 및 f-원소의 대부분의 붕소화물은 매우 단단하고 내열성(2000-3000oC)이며 화학적으로 안정적입니다. (Cr4B, Cr3B, CrB, CrB2). 예를 들어, 지르코늄 붕화물 ZrB 2는 3040oC의 온도에서 녹습니다. 제트 엔진 등의 부품 제조에 사용되며 촉매로도 사용됩니다.

수소는 고온에서도 붕소와 상호작용하지 않습니다. 붕소와 수소의 화합물(수소화붕소-보란)은 간접적으로 얻습니다.

강하게 가열하면 붕소의 환원 활성이 안정적인 산화물로 나타납니다.

2B + 3HOH = B2O3 + 3H2

3SiO 2 + 4B = 3Si + 2B 2 O 3

뜨거운 농축 HNO 3 및 H 2 SO 4만이 붕소에 작용하여 H 3 VO 3로 변환됩니다.

B + 3HNO 3 = H 3 BO 3 + 3NO 2

2B + 3H 2 SO 4 = 2H 3 BO 3 + 3SO 2

알칼리는 산화제가 없을 경우 결정질 붕소에 영향을 미치지 않습니다. 무정형 붕소는 농축된 알칼리 용액에 용해되어 대사붕산염을 형성합니다.

2V + 2KON + 2H 2 O = 2KVO 2 + 3H 2

붕소를 제외한 모든 III족 p-원소는 금속입니다. 색상은 은백색입니다. 알루미늄, 갈륨, 인듐은 산화막으로 덮여 있습니다. 전압 계열에서는 수소까지 위치하며, 알루미늄은 마그네슘과 아연 사이에, 나머지 금속은 철 근처에 위치합니다.

알류미늄– 최초이자 가장 가벼운 p-금속으로 전기 전도성과 열 전도성이 높으며 연성이 매우 뛰어납니다. 베릴륨에는 대각선 유사성이 있고 실리콘(특히 알루미노규산염)에는 수평 유사성이 있습니다.

화학적으로 매우 활성이지만 정상적인 조건에서는 약 10 nm의 매우 강하고 얇은 산화막으로 덮여 있어 부식에 강합니다. 알루미늄과 관련된 거의 모든 반응은 산화막 파괴 또는 산화막을 통한 시약 확산에 필요한 잠복기(숨겨진) 기간을 가지고 발생합니다.

고온에서 잘게 분쇄된 상태에서만 산소가 연소되고 황과 상호 작용하며, 800oC에서 강한 가열로 질소, 2000oC에서 탄소와 반응합니다. 염소 및 브롬 - 상온에서, 가열되거나 물이 존재할 때 요오드 - 촉매.

 20oC: + F 2 (Cl 2, Br 2) = AlF 3, AlCl 3, AlBr 3

 20oC: + Cat(H 2 O) + I 2 = AlI 3

알 점화(약간의 가열): + O 2 (S) = Al 2 O 3, Al 2 S 3

 800oC: + N 2 = AlN

 고온: + Me x O y = nAl 2 O 3 + xMe(알루미늄열요법)

2000 o C: + C = Al 4 C 3

Al은 산화물로부터 많은 금속을 적극적으로 감소시킵니다. Aluminothermy 또는 aluminothermy는 Mn, Cr, V, W를 생산하는 방법입니다.

Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr

가열할 때:

2Al + 2NH 3  2AlN + 3H 2

알루미늄은 양쪽성이며 산과 알칼리 용액에 용해됩니다.

2Al + 3H 2 SO 4 dil = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al + 2NaOH + 8HOH = 2Na + 3H 2

Al은 예를 들어 Na 2 CO 3 용액과 같이 가수분해로 인해 산성 또는 알칼리성 반응을 일으키는 염 용액에 눈에 띄게 용해됩니다.

산화막이 기계적으로 제거되거나 융합(알루미늄과 수은의 고용체로 표면막 형성)을 통해 제거되면 알루미늄은 물과 활발하게 상호 작용합니다.

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

알루미늄은 매우 묽고 진한 질산과 진한 황산에서 보호막 형성으로 인해 부동태화됩니다.

산화 상태가 +1인 화합물

탈륨에 대한 수많은 화합물이 알려져 있는 반면, 갈륨과 인듐의 유도체는 불안정하고 강력한 환원제입니다.

Tl+ 이온은 K, Rb 및 Ag의 반경에 가까운 반경(0.144 nm)을 갖습니다. 따라서 탈륨의 화학은 알칼리 금속 및 Ag의 화학과 유사합니다. Tl + 화합물은 주로 이온성이며 대부분의 화합물은 물에 용해됩니다. 화학적 특성 측면에서 산화물과 수산화물은 다음과 같은 기본 특성을 나타냅니다.

Tl2O + HOH = 2TlOH

수산화탈륨은 강염기이지만 100oC로 가열하면 물이 분리됩니다.

2TlOH = Tl 2 O + HOH

Tl+는 복합체 형성을 특징으로 하지 않으며 결정성 수화물도 형성하지 않습니다.

산화 상태가 +3인 화합물

안에. +3 산화 상태는 그 자체보다 전기음성도가 더 높은 원소를 가진 화합물의 붕소에 나타납니다. 산화물, 할로겐화물, 황화물, 질화물, 수소화물 등

산화붕소는 본질적으로 산성을 띠며,

B2O3 + 2KOH = 2KBO2 + H2O

붕산을 탈수하여 얻습니다. 산화붕소는 물과 격렬하게 반응하여 붕산을 형성합니다.

B 2 O 3 + 3H 2 O = 2H 3 BO 3

응용 분야: 무기 합성 – 에나멜과 유약의 필수 부분; 유리 제조용 충전물에 B 2 O 3 를 첨가하면 경도, 내열성 및 내화학성이 증가합니다. 이러한 유리로 고품질 화학 유리 제품이 만들어집니다.

붕산 또는 오르토붕산 H 3 VO 3은 백색 결정으로 반짝이는 비늘이 뜨거운 물에 용해됩니다. 이것은 20oC에서 매우 약한 산입니다.

K 1 = 610 -10; K 2 =210 -13; K 3 = 210 -14.

붕산염 수용액은 가수분해되어 강한 알칼리 반응을 보입니다. 가열하면 붕산은 단계적으로 물을 잃어 메타붕산과 사붕산으로 변한 다음 무수붕산으로 변합니다.

H 3 BO 3  HBO 2  H 2 B 4 O 7  B 2 O 3

황산이 있는 상태에서 알코올을 사용하면 에스테르가 생성될 수 있습니다.

B(OH)3 + 3CH3OH = B(OCH3)3 + 3HOH

붕산 생산 방법:

Na 2 B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O = Na 2 SO 4 + 4H 3 BO 3

붕산의 응용: 에나멜 및 유약 제조, 특산품 생산. 유리 종류, 종이및 태닝 산업에서 소독제로 사용됩니다.

결론: 붕소와 규소의 산소 화합물 화학은 산화물과 수산화물의 산성 특성, 산화물의 유리 형성, 수많은 중합체 구조를 형성하는 능력 등 공통점이 많습니다.

할로겐화 붕소 VG 3은 모든 할로겐으로 알려져 있으며 가열을 통해 단순 물질에서 얻을 수 있습니다. 할로겐화붕소를 생산하는 다른 방법: 가열에 의해:

B 2 O 3 + 3C + 3Cl 2 = 3BCl 3 + 3CO

B 2 O 3 + 3CaF 2 + 3H 2 SO 4 = 2BF 3 + 3CaSO 4 + 3H 2 O

그들의 분자는 편평한 삼각형 모양을 가지며 붕소 궤도는 sp 2 혼성화에 참여합니다. BF 3 - 가스; BCl 3, BBr 3 – 액체; BI 3 – 견고함. BF 3 - BCl 3 - BBr 3 - BI 3 계열에서 결합 길이가 증가하고 에너지가 감소하기 때문에 화합물의 안정성이 감소합니다. 가장 널리 사용되는 것은 불화물과 염화붕소입니다. 불화붕소의 가수분해는 복잡한 불화수소산을 생성합니다.

4BF3 + 3HOH = H3BO3 + 3H

붕소 원자의 자유 궤도로 인한 공여체-수용체 상호 작용 능력은 유기 합성에서 촉매로서 할로겐화 붕소의 사용을 결정합니다.

황화물 B 2 S 3은 가수분해의 결과로 물에 의해 완전히 분해되는 유리질 물질입니다.

붕소 수소화물 (보란)은 B n H n +4 또는 B n H n +6의 조성을 가지며, 가장 간단한 수소 화합물 BH 3은 정상적인 조건에서 존재하지 않으며, 가장 간단한 대표자는 B 2 H 6, B 4 H 10 가스입니다. B 5 H 9, B 6 H 10 - 액체; B 10 H 14 는 고체입니다. 모든 보란은 간접적으로 얻어집니다.

2Mg 3 B 2 + 12HOH = B 4 H 10 + H 2 + 6Mg(OH) 2

보란은 화학적으로 활성을 가집니다. 공기 중에서는 자연적으로 발화하여 연소되어 매우 많은 양의 열을 방출합니다. 따라서 로켓 연료로 사용할 수 있습니다.

B 2 H 6 + 3O 3  3H 2 O + B 2 O 3

물, 알코올, 알칼리로 분해되어 수소를 방출합니다.

B 2 H 6 + 6H 2 O = 2H 3 VO 3 + 6H 2

에테르 환경에서 B 2 H 6은 수소화리튬과 반응하여 사수소화리튬 붕산염을 형성합니다.

B2H6 + 2LiH = 2Li

대부분의 보란은 역겨운 냄새가 나고 매우 유독합니다!

질화붕소 BN(“백색 흑연”)은 백색 분말이며 그 구조는 흑연과 유사합니다. 플레이크로 박리되고 내화성이 높으며 화학적 불활성입니다. 절연체 및 고체 고온 윤활제로 사용됩니다. 붕소와 질소 원자가 sp 3 혼성화되는 BN-보라존 또는 엘보론의 다이아몬드와 같은 변형도 있습니다. 드릴링 작업과 금속 절단에서 초경질 재료로 사용됩니다.

탄화붕소 B4C(Tpl=2350oC)는 높은 경도(다이아몬드, 보라존에 비해 열등함)와 내화학성을 갖고 있어 고온에서도 유지된다.

3인용피- 금속인 원소, 특징적인 배위수는 4와 6입니다.

Al 3+ - 이원 화합물의 경우

AlF 3, AlCl 3, Al 2 O 3, Al 2 S 3, AlN, AlH 3

정상적인 조건에서는 고분자입니다. 이것은 흰색 고체입니다.

산화물: Al 2 O 3 - Ga 2 O 3 -In 2 O 3 -Tl 2 O 3 계열에서는 기본 특성이 증가하고 산에 대한 용해도가 증가하며 안정성이 감소합니다.

산화물 Al2O3 – 알루미나 -커런덤 형태로 자연적으로 발생합니다. 투명한 색상의 커런덤 ​​결정: 빨간색 - 루비(Cr 3+); 파란색 - 사파이어 (Ti 3+, Fe 3+) - 보석, 인위적으로 얻습니다. Al 2 O 3 결정은 화학적으로 매우 안정적이며 물과 상호 작용하지 않습니다. 장시간 난방의 경우:

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

Al2O3 + 2NaOH + 7HOH = 2Na

Al 2 O 3 산화물이 얻어집니다:

보크사이트(Fe 2 O 3, SiO 2, CaO 등 포함)에서 또는 고품질 보크사이트의 NaOH 침출( 침출 –구성 요소 추출 다양한 방식원료(광석, 정광, 산업 폐기물 등)를 다른 시약(알칼리, 물, 산)의 수용액으로 처리하거나 저품질 보크사이트를 소다로 소결하여 처리합니다.

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaAlO 2 + CO 2

2NaAlO 2 + CO 2 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 + Na 2 CO 3

또는 석회석(1200oC)으로 소결하여 네펠린에서:

Na 2 OAl 2 O 3 2SiO 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + 2NaAlO 2 + 2CO 2

생성된 알루민산나트륨은 물로 침출되고, 용해되지 않은 규산칼슘은 시멘트를 생산하는 데 사용됩니다.

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

수산화알루미늄은 고분자 화합물입니다. 이는 다음 방정식으로부터 구해집니다:

Na + CO 2 = Al(OH) 3 + NaHCO 3

이는 전형적인 양쪽성 화합물로 갓 얻은 생성물은 산과 알칼리에 용해됩니다. Ga(OH) 3에서는 염기성 기능과 산성 기능이 거의 같은 정도로 나타나고, In(OH) 3에서는 기본 특성이 산성 기능보다 우세하며, Tl(OH) 3에서는 산성 기능이 약하게 표현되고 거의 나타나지 않습니다. 나타났다.

고분자 화합물인 알루미늄 수소화물은 에테르 용액에서 간접적으로 얻어집니다.

AlCl3 + 3LiH = AlH3 + 3LiCl

과잉 LiH:

4AlCl3 + 4LiH = 4Li + 12HCl

생성된 착물(사수소리알루민산리튬)은 강력한 환원제입니다. 예를 들어 물과 격렬하게 반응합니다.

Li + 4H 2 O = LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2

염화알루미늄은 유기 합성의 촉매로 널리 사용됩니다. 이는 변칙적인 특성 때문에 할로겐화알루미늄 중에서 가장 두드러집니다. 190-192oC에서 녹으면 부피는 거의 두 배가 되고 전기 전도도는 거의 0으로 감소하는데, 이는 이온 구조가 분자 구조로 전이되는 것과 관련이 있습니다. 할로겐화알루미늄은 증기 상태에서도 이량체화됩니다.

2AlCl3 = Al2Cl6 + 121kJ

2AlI 3 = Al 2 I 6 +94 kJ

용액에서 알루미늄염은 고도로 가수분해됩니다(황산염과 염화물은 응고제입니다).

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

AlN + 3HOH = Al(OH) 3 + NH 3

2Al(CH 3 COO) 3 + 3H 2 O = (t) AlOH(CH 3 COO) 2  + Al(OH) 2 CH 3 COO + 3CH 3 COOH

공동 가수분해:

2Al3+ + 3CO3 2- + 3HOH = 2Al(OH)3 + 3CO2

산소 함유 산의 염은 많은 수의 물 분자 Al(NO 3) 3 9H 2 O를 갖는 결정성 수화물을 형성하는 것이 특징입니다. 알루미늄-칼륨 명반 KAl(SO 4) 2 12H 2 O는 태닝에 사용됩니다. 가죽과 면직물의 매염제 염색 산업에 사용됩니다.

이러한 요소 ns 1 np 2의 바닥 상태의 전자 구성은 하나의 짝을 이루지 않은 전자가 존재한다는 특징이 있습니다. 여기 상태에서 이들은 3개의 짝을 이루지 않은 전자를 포함하며 이는 sp 2 혼성화되어 3개의 공유 결합 형성에 참여합니다. 이 경우 IIIA족 원소의 원자는 비어 있는 하나의 궤도로 남아 있으며 원자가 전자의 수는 에너지에서 사용할 수 있는 궤도의 수보다 적게 유지됩니다. 따라서 IIIA 족 원소의 많은 공유 결합 화합물은 루이스 산입니다 - 전자 쌍의 수용체를 획득하여 배위 수를 4로 증가시킬뿐만 아니라 환경의 기하학적 구조도 변경합니다. 평면 중 하나가 사면체가됩니다 (sp 2 혼성화 상태).

붕소는 이 하위 그룹의 다른 요소와 특성이 다릅니다. 붕소는 화학적으로 불활성이고 공유 결합 B?F, B?N, B?C 등을 형성하는 유일한 비금속이며, 그 다중성은 종종 pp?pp 결합으로 인해 증가합니다. 붕소의 화학적 성질은 실리콘의 화학적 성질과 유사하며 이는 대각선 유사성을 나타냅니다. 알루미늄 원자에는 빈 d-오비탈이 나타나고 원자의 반경이 증가하므로 배위수는 6으로 증가합니다. 갈륨, 인듐, 탈륨은 d-블록 금속 바로 뒤에 위치합니다. d-껍질을 채우는 것은 원자의 연속적인 압축을 동반합니다. d 압축의 결과로 알루미늄과 갈륨의 이온 반경은 가까워지고 갈륨의 원자 반경은 더욱 작아집니다. Al에서 Ga로 갈수록 유효 핵전하의 증가가 원자 반경의 변화보다 더 크게 나타나므로 이온화 에너지가 증가합니다. Ip에서 Tl로 전이하는 동안 이온화 에너지의 증가는 d- 및 f-압축의 결과이며 원자핵과 원자핵의 상호작용 증가로 이어집니다. 핵과 탈륨 6s 2 전자의 결합 에너지가 증가하면 결합 형성에 참여하기가 어려워지고 가장 높은 산화 상태에서 화합물의 안정성이 감소합니다. 따라서 탈, 납, 비스무트 및 폴로늄의 경우 산화 상태가 +1, +2, +3, +인 화합물은 안정적입니다.

그룹 III p-원소에는 붕소 및 알루미늄과 같은 일반적인 원소와 갈륨 하위 그룹의 원소인 갈륨, 인듐, 탈륨이 포함됩니다. 붕소를 제외한 나열된 모든 원소는 금속입니다. 지각 질량의 8.8%를 차지하는 알루미늄을 제외한 모든 원소는 희귀합니다. 외부 전자 수준에는 3개의 ns 2 np 1 전자가 있고 여기 상태에서는 ns 1 np 2 전자가 있습니다. 붕소 하위 그룹 원소의 가장 높은 산화 상태는 +3입니다. Ga, In, T1 원자에서 두 번째 준위에는 18개의 전자가 포함되어 있기 때문에 A1에서 Ga로 이동할 때 일부 특성의 자연스러운 차이가 위반됩니다. 하위 그룹 IIIA 요소의 일부 물리적 상수가 표에 나와 있습니다. 7.