5 V 1s 2 2s 2 2p 1

13 Al 3s 2 3p 1

31 Ga3d 10 4s 2 4p 1

49 ln 4d 10 5s 2 5p 1

81 Tl 4f 14 5d 10 6s 2 6p 1

Pe măsură ce sarcina nucleară crește, mulți cele mai importante caracteristici elementele se modifică nemonoton, inclusiv raza atomică. În consecință, proprietățile substanțelor simple, oxizilor, hidroxizilor și altor compuși ai acestor elemente au o natură ambiguă a schimbării. Primul element al subgrupului iese în evidență deosebit de puternic - bor, care este singurul nemetal dintre elementele s 2 p 1. Borul prezintă similitudini diagonale cu elementul subgrupului principal al grupului IV - siliciu Si.

aluminiu - element esential subgrupul are, de asemenea, o serie de caracteristici specifice care îl deosebesc de bor, pe de o parte, și de subgrupul de galiu, pe de altă parte.

Conexiuni caracteristice

			Hidroxizi
	Caracter	Relația cu apa		Caracter	Relația cu apa
	acid	foarte solubil	H3BO3 H	acid slab 1-principal	foarte solubil
	amfoter	insolubil	Al(OH)3 H3AlO3 HAlO2 H	amfoter	insolubil
	amfoter	insolubil	Ga(OH)3 H3GaO3 HGaO2	amfoter (amfolit ideal)	insolubil
	de bază cu semne slabe de amfoteritate	insolubil		amfoter (predomină proprietățile de bază)	insolubil
	de bază	solubil		bază (asemănătoare cu alcaline)	foarte solubil

Aluminiu

13 Al 3s 2 3p 1

1 izotop stabil 27 Al

Clark are 8,8% din masă în scoarța terestră, cel mai comun metal. Nu se găsește în formă liberă.
Principala formă de apariție în natură este Al 2 O 3 (în compoziția diferiților silicați, feldspați și argile). Se găsește și sub formă de săruri duble: KAl(SO 4) 2, Na 3 etc.

Proprietăți fizice

Substanța simplă aluminiu este un metal ușor, paramagnetic, de culoare alb-argintiu, ușor de format, turnat și prelucrat. Aluminiul are o conductivitate termică și electrică ridicată și rezistență la coroziune datorită formării rapide a peliculelor puternice de oxid care protejează suprafața de interacțiuni ulterioare. Aluminiul are o conductivitate electrică și termică ridicată și este foarte reflectorizant. În conductivitate electrică ocupă locul 4 după Cu, Ag, Au.

Metode de obținere

1. Electroliza topiturii de AlCl3:

2AlCl3 = 2Al + 3CI2

2. Principala metodă industrială este electroliza topiturii de Al 2 O 3 (alumină) în criolit 3NaF AlF 3:

2Al 2 O 3 = 4AI + 3O 2

3. Vacuum termic:

AlCI3 + ZK = Al + 3KCI

Proprietăți chimice

Al este un metal foarte activ din punct de vedere chimic, dar în condiții normale se comportă destul de inert - are o temperatură ridicată de aprindere și reacționează cu multe substanțe doar la temperaturi ridicate; toate reacțiile care implică Al trec printr-o perioadă inițială lentă. Acest comportament chimic al aluminiului se explică prin prezența pe suprafața sa a unei pelicule de Al 2 O 3 foarte subțire, durabilă, rezistentă la gaz și apă. Dacă integritatea acestui film este deteriorată, AI reacționează cu multe substanțe ca agent reducător activ:

Al 0 - Ze - → Al 3+

În marea majoritate a compușilor, atomii de aluminiu sunt legați de atomii vecini prin legături ionice.

1. Interacțiunea cu oxigenul și alte nemetale (halogeni, sulf, azot, carbon). Al pulbere (pulbere de aluminiu) reacționează cel mai activ.

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

La temperaturi obișnuite, reacția are loc numai la suprafață. După încălzire la temperatura de aprindere, Al zdrobit arde cu un efect exotermic ridicat.

b) 2Al + 3Cl2 = clorură de 2AlCl3

2Al + 3Br2 = bromură de 2AlBr3

2Al + 3I2 = iodură de 2AlI3

Reacția cu I 2 are loc în prezența apei. Cu F 2 nu există nicio reacție. deoarece chiar în primul moment se formează un strat de suprafață puternic de AlF 3.

c) 2Al + 3S = sulfură de Al2S3

2Al + N2 = nitrură de 2AlN

4Al + ZS = carbură de AlC3

d) Aluminiul CH 2 nu se combină direct.

2. Interacțiunea cu apa în prezența alcaline.

Rolul alcalinelor.

1) dizolvarea peliculei de oxid Al2O3;

2) prevenirea formării hidroxidului insolubil Al(OH) 3.

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

Na - tetrahidroxoaluminat de sodiu

În absența alcalinei, aluminiul poate înlocui H2 din apă în următoarele condiții:

1) dacă suprafața sa este amalgamată (acoperită cu mercur);

2) în vid sau într-un mediu de gaz inert după curățarea prealabilă a suprafeței metalice de pelicula de oxid.

3. Interacțiune cu acizi „neoxidanți” (HCl, H 2 SO 4 dil. etc.)

2Al + 6H + → 2Al 3+ + 3H 2

2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2

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

4. Interacțiune cu HNO3 și H2SO4 foarte concentrate

La temperatura normală, reacțiile nu au loc, deoarece are loc pasivarea suprafeței de Al, asociată cu introducerea de oxigen atomic sau molecular în ea, precum și formarea compușilor săi insolubili cu Al.

Când sunt încălzite, reacțiile au loc destul de activ:

Al + 6HNO3 conc. = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

8Al + 15H2S04 conc. = 4Al2 (SO4)3 + 3H2S + 12H2O

5. Interacțiune cu HNO3 diluat

Reacția se desfășoară lent la temperatură normală și mai rapid când este încălzită.

Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O

8Al + 30HNO 3 diluat pur = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9 2 O

6. Interacțiunea cu acizii organici

Reacțiile apar cu acizii acetic și citric diluați atunci când sunt încălzite și sunt accelerate în prezența NaCl:

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

7. Reducerea metalelor din oxizii lor (aluminotermie)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

A treia grupă a sistemului periodic acoperă un număr foarte mare de elemente chimice, deoarece compoziția sa, pe lângă elementele subgrupelor principale și secundare, include elemente cu numere de serie 58-71 (lantanide) și cu numere de serie 90-103 ( actinide). Vom lua în considerare lantanidele și actinidele împreună cu elementele subgrupului lor secundar. aluminiu galiu indiu

Elementele subgrupului principal al celui de-al treilea grup - bor, aluminiu, galiu, indiu și taliu - se caracterizează prin prezența a trei electroni în stratul exterior de electroni al atomului.

Aluminiul este principalul reprezentant al metalelor din subgrupul principal al Grupului III al Tabelului Periodic. Proprietățile analogilor săi - galiu, indiu și taliu - seamănă cu proprietățile aluminiului, deoarece toate aceste elemente au aceeași configurație electronică a nivelului exterior ns 2 nр 1 și pot prezenta o stare de oxidare +3.

Structura electronică a elementelor subgrupului principalIIIgrupuri

Toate elementele grupului sunt trivalente, dar cu creșterea numărului atomic, valența 1 devine mai caracteristică (Tl este predominant monovalent).

In seria B--Al--Ga--In--Tl scade aciditatea si creste bazicitatea hidroxizilor R(OH)3. H3VO3 este un acid, Al(OH)3 şi Ga(OH)3 sunt baze amfotere, In(OH)3 şi Tl(OH)3 sunt baze tipice. ТlON este o bază puternică.

În continuare, vom lua în considerare proprietățile elementelor: în detaliu - aluminiu, ca reprezentant tipic al metalelor p, extrem de utilizat pe scară largă în practică, borul, ca reprezentant al „semimetalelor” și care prezintă proprietăți anormale în comparație cu toate alte elemente ale subgrupului.

Aluminiul este cel mai abundent metal de pe Pământ (locul 3 între toate elementele; 8% din compoziție Scoarta terestra). Nu apare în natură ca un metal liber; face parte din alumină (Al 2 O 3), bauxită (Al 2 O 3 * xH 2 O). În plus, aluminiul se găsește ca silicați în roci precum argile, mica și feldspați.

Proprietăți fizice.

Aluminiul în forma sa liberă este un metal alb-argintiu cu conductivitate termică și electrică ridicată. Aluminiul are o densitate scăzută - de aproximativ trei ori mai mică decât cea a fierului sau a cuprului și, în același timp, este un metal durabil.

Borul există în mai multe modificări alotrope. Borul amorf este o pulbere maro închis. Borul cristalin este gri-negru, cu un luciu metalic. În ceea ce privește duritatea, borul cristalin ocupă locul al doilea (după diamant) printre toate substanțele. La temperatura camerei, borul conduce prost electricitate; la fel ca siliciul, are proprietăți semiconductoare.

Proprietăți chimice.

Suprafața aluminiului este de obicei acoperită cu o peliculă durabilă de oxid de Al 2 O 3, care o protejează de interacțiunea cu mediu inconjurator. Dacă această peliculă este îndepărtată, metalul poate reacționa puternic cu apa:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2^.

Sub formă de ras sau pulbere, arde puternic în aer, eliberând o cantitate mare de căldură:

2Al + 3/2O2 = Al2O3 + 1676 kJ.

Această împrejurare este folosită pentru a obține un număr de metale din oxizii lor prin aluminotermie. Acesta este numele dat reducerii cu pulbere de aluminiu a acelor metale a căror căldură de formare a oxizilor este mai mică decât căldura de formare a Al 2 O 3, de exemplu:

Cr203 + 2Al = 2Cr + Al203 + 539 kJ.

Borul, spre deosebire de aluminiu, este inert din punct de vedere chimic (în special cristalin). Astfel, reacţionează cu oxigenul doar la temperaturi foarte ridicate (> 700°C) cu formarea anhidridei borice B 2 O 3:

2B + ZO 2 = 2B 2 O 3,

Borul nu reacționează cu apa sub nicio formă. La o temperatură și mai mare (> 1200°C) reacționează cu azotul, dând nitrură de bor (folosită la fabricarea materialelor refractare):

Borul reacționează numai cu fluorul la temperatura camerei, în timp ce reacțiile cu clorul și bromul apar doar la încălzire puternică (400, respectiv 600 °C); în toate aceste cazuri, formează trihalogenuri BHal 3 - lichide volatile care emană fum în aer și sunt ușor hidrolizate de apă:

2B + 3Hal 2 = 2BAl 3.

Ca rezultat al hidrolizei, se formează acidul ortoboric (boric) H 3 BO 3:

VNal ​​​​3 + 3H 2 O = H 3 VO 3 + ZNNAl.

Spre deosebire de bor, aluminiul aflat deja la temperatura camerei reacționează activ cu toți halogenii, formând halogenuri. Când este încălzit, reacţionează cu sulf (200 °C), azot (800 °C), fosfor (500 °C) şi carbon (2000 °C):

2Al + 3S = Al 2 S 3 (sulfură de aluminiu),

2Al + N 2 = 2AlN (nitrură de aluminiu),

Al + P = AlP (fosfură de aluminiu),

4Al + 3C = Al 4 C 3 (carbură de aluminiu).

Toți acești compuși sunt complet hidrolizați pentru a forma hidroxid de aluminiu și, în consecință, hidrogen sulfurat, amoniac, fosfină și metan.

Aluminiul se dizolvă ușor în acid clorhidric de orice concentrație:

2Al + 6HCI = 2AlCI3 + ZH2^.

Acizii sulfuric și azotic concentrați nu au niciun efect asupra aluminiului la rece. Când este încălzit, aluminiul este capabil să reducă acești acizi fără a elibera hidrogen:

2Al + 6H2SO4 (conc) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O,

Al + 6HNO3(conc) = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

Aluminiul se dizolvă în acid sulfuric diluat, eliberând hidrogen:

2Al + 3H2S04 = Al2(SO4)3 + 3H2.

În acidul azotic diluat, reacția are loc cu eliberarea de oxid azotic (II):

Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O.

Aluminiul se dizolvă în soluții de alcalii și carbonați de metale alcaline pentru a forma tetrahidroxialuminați:

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na[Al(OH)4] + 3H2^.

Acizii care nu sunt agenți oxidanți nu reacționează cu borul și doar HNO3 concentrat îl oxidează la acid boric:

B + HNO3(conc) + H2O = H3BO3 + NO^.

Galiu(lat. Galiu), Ga, element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui D.I Mendeleev, număr de serie 31, masa atomică 69,72; metal moale alb-argintiu. Constă din doi izotopi stabili cu numere de masă 69 (60,5%) și 71 (39,5%).

Existența Galiului („eka-aluminiu”) și proprietățile sale de bază au fost prezise în 1870 de către D.I. Elementul a fost descoperit prin analiză spectrală în blenda de zinc din Pirinei și izolat în 1875 de chimistul francez P. E. Lecoq de Boisbaudran; numit după Franţa (lat. Gallia). Coincidența exactă a proprietăților Galiului cu cele prezise a fost primul triumf al sistemului periodic.

Conținutul mediu de galiu din scoarța terestră este relativ mare, 1,5·10 -3% din masă, ceea ce este egal cu conținutul de plumb și molibden. Galiul este un oligoelement tipic. Singurul mineral al galiului, galita CuGaS 2, este foarte rar. Geochimia galiului este strâns legată de geochimia aluminiului, ceea ce se datorează asemănării proprietăților lor fizico-chimice. Partea principală a galiului din litosferă este conținută în minerale de aluminiu. Conținutul de galiu în bauxită și nefelină variază de la 0,002 la 0,01%. Concentrații crescute de galiu se observă și în sfalerite (0,01-0,02%), în cărbuni tari (împreună cu germaniul), precum și în unele minereuri de fier.

Proprietățile fizice ale galiului. Galiul are o rețea ortorombică (pseudo-tetragonală) cu parametrii a = 4,5197E, b = 7,6601E, c = 4,5257E. Densitatea (g/cm3) a metalului solid este de 5,904 (20°C), metalul lichid este de 6,095 (29,8°C), adică la solidificare, volumul de galiu crește; temperatura de topire 29,8°C, temperatura de fierbere 2230°C. Trăsătură distinctivă Galiul are o gamă largă de stare lichidă (2200°C) și presiune scăzută de vapori la temperaturi de până la 1100-1200°C. Capacitatea termică specifică a galiului solid este de 376,7 J/(kg K), adică 0,09 cal/(g deg) în intervalul 0-24°C, a galiului lichid, respectiv, 410 J/(kg K). ), adică 0,098 cal/(g grade) în intervalul 29-100°C. Rezistivitatea electrică (ohm cm) a galiului solid este 53,4·10 -6 (0°C), lichid 27,2·10 -6 (30°C). Vâscozitate (poise = 0,1 n sec/m2): 1,612 (98°C), 0,578 (1100°C), tensiune superficială 0,735 n/m (735 dine/cm) (30°C în atmosferă de H2). Coeficienții de reflexie pentru lungimile de undă 4360E și 5890E sunt 75,6% și, respectiv, 71,3%. Secțiunea transversală a captării neutronilor termici este de 2,71 hambare (2,7·10 -28 m2).

Proprietățile chimice ale galiului.

Galiul este stabil în aer la temperaturi obișnuite. Peste 260°C se observă oxidare lentă în oxigenul uscat (filmul de oxid protejează metalul). Galiul se dizolvă lent în acid sulfuric și clorhidric, rapid în acid fluorhidric și este stabil la rece în acid azotic. Galiul se dizolvă lent în soluții alcaline fierbinți. Clorul și bromul reacţionează cu Galiul la rece, iodul - când sunt încălzite. Galiul topit la temperaturi peste 300° C interacționează cu toate metalele și aliajele structurale.

Cei mai stabili sunt compușii trivalenți ai galiului, care în multe privințe sunt similare ca proprietăți cu compușii chimici ai aluminiului. În plus, sunt cunoscuți compuși mono și divalenți. Oxidul superior Ga 2 O 3 este o substanță albă, insolubilă în apă. Hidroxidul corespunzător precipită din soluții de săruri de galiu sub formă de precipitat gelatinos alb. Are un caracter amfoter pronunțat. Când sunt dizolvați în alcalii, se formează galați (de exemplu, Na), când sunt dizolvați în acizi, se formează săruri de galiu: Ga 2 (SO 4) 3, GaCl 3 etc. Proprietățile acide ale hidroxidului de galiu sunt mai pronunțate decât cele ale hidroxid de aluminiu [Intervalul de eliberare al Al (OH) 3 se află în intervalul de pH = 10,6-4,1, iar Ga(OH) 3 în intervalul de pH = 9,7-3,4].

Spre deosebire de Al(OH) 3, hidroxidul de galiu se dizolvă nu numai în alcalii puternici, ci și în soluții de amoniac. Când este fiert, hidroxidul de galiu precipită din nou din soluția de amoniac.

Din săruri de galiu cea mai mare valoare au clorură de GaCl3 (topit 78°C, fierbere 200°C) și sulfat de Ga2(SO4)3. Acesta din urmă, cu sulfați de metale alcaline și amoniu, formează săruri duble de tip alaun, de exemplu (NH 4)Ga(SO 4) 2 12H 2 O. Galiul formează ferocianura Ga 4 3, care este slab solubilă în apă și diluată. acizi, care pot fi folosiți pentru a-l separa de Al și de o serie de alte elemente.

Obținerea Galiului. Principala sursă de obținere a Galiului este producția de aluminiu. La prelucrarea bauxitei folosind metoda Bayer, galiul este concentrat în lichidele mamă circulante după separarea Al(OH)3. Galiul este izolat din astfel de soluții prin electroliză la un catod de mercur. Din soluția alcalină obținută după tratarea amalgamului cu apă se precipită Ga(OH) 3 care se dizolvă în alcali și se izolează Galiul prin electroliză.

În metoda de prelucrare a minereului de bauxită sau nefelină, Galiul este concentrat în ultimele fracții de sediment eliberate în timpul procesului de carbonizare. Pentru o îmbogățire suplimentară, precipitatul de hidroxid este tratat cu lapte de var. În acest caz, cea mai mare parte din Al rămâne în sediment, iar Galiul intră în soluție, din care se izolează concentratul de galiu (6-8% Ga 2 O 3) prin trecerea CO 2; acesta din urmă se dizolvă în alcali și galiul este izolat electrolitic.

Sursa de galiu poate fi, de asemenea, aliajul anod rezidual din procesul de rafinare al Al folosind metoda de electroliză cu trei straturi. În producția de zinc, sursele de galiu sunt sublimate (oxizi de Welz) formați în timpul procesării sterilului de leșiere a cendrii de zinc.

Galiul lichid obtinut prin electroliza unei solutii alcaline, spalat cu apa si acizi (HCl, HNO 3), contine 99,9-99,95% Ga. Un metal mai pur se obține prin topirea în vid, topirea zonei sau prin extragerea unui singur cristal din topitură.

Aplicarea Galiului. Cea mai promițătoare aplicație a galiului este sub formă de compuși chimici precum GaAs, GaP, GaSb, care au proprietăți semiconductoare. Ele pot fi utilizate în redresoare și tranzistoare de temperatură înaltă, alimentat cu energie solarași alte dispozitive în care efectul fotoelectric poate fi utilizat în stratul de blocare, precum și în receptoarele de radiații infraroșii. Galiul poate fi folosit pentru a face oglinzi optice care sunt foarte reflectorizante. Un aliaj de aluminiu cu galiu a fost propus în locul mercurului ca catod al lămpilor cu radiații ultraviolete utilizate în medicină. Se propune utilizarea galiului lichid și a aliajelor acestuia pentru fabricarea termometrelor de înaltă temperatură (600-1300°C) și a manometrelor. De interes este utilizarea galiului și aliajelor sale ca lichid de răcire în reactoarele nucleare de putere (acest lucru este împiedicat de interacțiunea activă a galiului la temperaturi de funcționare cu materialele structurale; aliajul eutectic Ga-Zn-Sn are un efect mai puțin corosiv decât purul). Galiu).

Indiu(lat. Indiu), In, element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 49, masa atomică 114,82; metal moale alb lucios. Elementul este format dintr-un amestec de doi izotopi: 113 In (4,33%) și 115 In (95,67%); acest din urmă izotop are o β-radioactivitate foarte slabă (timp de înjumătățire T S = 6·10 14 ani).

În 1863, oamenii de știință germani F. Reich și T. Richter, în timpul unui studiu spectroscopic al blendei de zinc, au descoperit noi linii în spectru aparținând unui element necunoscut. Pe baza culorii albastru strălucitor (indigo) a acestor linii, noul element a fost numit indiu.

Distribuția Indiei în natură. Indiul este un oligoelement tipic; conținutul său mediu în litosferă este de 1,4·10 -5% în masă. În timpul proceselor magmatice, apare o ușoară acumulare de indiu în granite și alte roci acide. Principalele procese de concentrare indiană în scoarța terestră sunt asociate cu soluții apoase fierbinți care formează depozite hidrotermale. Indiul este asociat cu Zn, Sn, Cd și Pb. Sfaleritele, calcopiritele și casiteritele sunt îmbogățite în Indiu în medie de 100 de ori (conținut aproximativ 1,4·10 -3%). Sunt cunoscute trei minerale din India - indiul nativ, roquesite CuInS 2 și inditul In 2 S 4, dar toate sunt extrem de rare. Acumularea Indiei în sfalerite (până la 0,1%, uneori 1%) este de importanță practică. Îmbogățirea Indiei este tipică pentru zăcămintele din centura de minereu din Pacific.

Proprietăți fizice India.

Rețeaua cristalină a Indiei este tetragonală, centrată pe față, cu parametrii a = 4,583E și c = 4,936E. Raza atomică 1,66E; raze ionice In 3+ 0,92E, In + 1,30E; densitate 7,362 g/cm3. Indiul este fuzibil, punctul său de topire este de 156,2 °C; punctul de fierbere 2075 °C. Coeficient de temperatură de dilatare liniară 33·10 -6 (20 °C); capacitate termică specifică la 0-150°C 234,461 J/(kg K), sau 0,056 cal/(g °C); rezistivitate electrică la 0°C 8,2·10 -8 ohm·m, sau 8,2·10 -6 ohm·cm; modul de elasticitate 11 n/m2, sau 1100 kgf/mm2; Duritate Brinell 9 Mn/m2 sau 0,9 kgf/mm2.

Proprietăți chimice India.

În conformitate cu configurația electronică a atomului 4d 10 5s 2 5p 1 Indiul în compuși prezintă valența 1, 2 și 3 (predominant). În aer, în stare solidă compactă, indiul este stabil, dar se oxidează la temperaturi ridicate, iar peste 800 ° C arde cu o flacără violet-albastru, dând In 2 O 3 oxid - cristale galbene, foarte solubile în acizi. Când este încălzit, indiul se combină ușor cu halogenii, formând halogenuri solubile InCl 3, InBr 3, InI 3. Prin încălzirea Indiei într-un curent de HCl, se obține clorura de InCl 2 , iar când vaporii de InCl 2 sunt trecuți peste In încălzit, se formează InCl. Cu sulf, indiul formează sulfuri În 2 S 3, InS; dau compușii InS·In 2 S 3 și 3InS·In 2 S 3. În apă, în prezența agenților oxidanți, indiul se corodează încet de la suprafață: 4In + 3O 2 + 6H 2 O = 4In(OH) 3. Indiul este solubil în acizi, potențialul normal al electrodului este de -0,34 V și practic insolubil în alcalii. Sărurile din India sunt ușor hidrolizate; produs de hidroliză - săruri bazice sau hidroxid In(OH) 3. Acesta din urmă este foarte solubil în acizi și slab solubil în soluții alcaline (cu formarea de săruri - indate): In(OH) 3 + 3KOH = K 3. Compușii de indiu cu stări de oxidare inferioare sunt destul de instabili; halogenurile InHal şi oxidul negru In 2 O sunt agenţi reducători foarte puternici.

Chitanță India.

Indiul este obținut din deșeuri și produse intermediare din producția de zinc, plumb și staniu. Această materie primă conține de la miimi până la zecimi de procente India. Extracția Indiei constă în trei etape principale: obținerea unui produs îmbogățit - concentrat India; prelucrarea concentratului în metal brut; rafinare. În cele mai multe cazuri, materia primă este tratată cu acid sulfuric și indiul este transferat în soluție, din care concentratul este izolat prin precipitare hidrolitică. Indiul dur este izolat în principal prin cimentare pe zinc sau aluminiu. Rafinarea se realizează prin metode chimice, electrochimice, distilare și cristalofizice.

Aplicație India.

Indiul și compușii săi (de exemplu, nitrură InN, fosfură InP, antimonidă InSb) sunt utilizate pe scară largă în tehnologia semiconductoarelor. Indiul este utilizat pentru diferite acoperiri anticorozive (inclusiv acoperiri pentru rulmenți). Acoperirile cu indiu au o reflectivitate ridicată, care este folosită pentru a face oglinzi și reflectoare. Unele aliaje de indiu sunt de importanță industrială, inclusiv aliaje cu punct de topire scăzut, lipituri pentru lipirea sticlei pe metal și altele.

Taliu(lat. Taliu), Tl, element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui Mendeleev, număr atomic 81, masă atomică 204,37; pe o tăietură proaspătă există metal gri strălucitor; se referă la oligoelemente rare. În natură, elementul este reprezentat de doi izotopi stabili 203 Tl (29,5%) și 205 Tl (70,5%) și izotopi radioactivi 207 Tl - 210 Tl - membri ai seriei radioactive. Izotopii radioactivi 202 Tl (TS = 12,5 zile), 204 Tl (TS = 4,26 ani), 206 Tl (TS = 4,19 min) și alții au fost obținuți artificial. Taliul a fost descoperit în 1861 de W. Crookes în nămolul de producție de acid sulfuric folosind metoda spectroscopică de-a lungul liniei verzi caracteristice în spectru (de unde și numele: din grecescul thallos - ramură tânără, verde). În 1862, chimistul francez C. O. Lamy a izolat pentru prima dată taliul și a stabilit natura sa metalică.

Distribuția taliului în natură. Conținutul mediu de taliu din scoarța terestră (clarke) este de 4,5·10 -5% din masă, dar din cauza dispersiei extreme rolul său în procesele naturale este mic. În natură, compușii de taliu monovalent și mai puțin frecvent trivalent se găsesc predominant. Ca și metalele alcaline, taliul este concentrat în partea superioară a scoarței terestre - în stratul de granit (conținut mediu 1,5 10 -4%), în rocile de bază este mai puțin (2 10 -5%), iar în rocile ultrabazice doar 1. 10 -6%. Sunt cunoscute doar șapte minerale de taliu (de exemplu, cruxit, lorandit, vrbaite și altele), toate sunt extrem de rare. Taliul are cea mai mare asemănare geochimică cu K, Rb, Cs, precum și cu Pb, Ag, Cu, Bi. Taliul migrează cu ușurință în biosferă. Din apele naturale este absorbit de cărbuni, argile, hidroxizi de mangan și se acumulează în timpul evaporării apei (de exemplu, în Lacul Sivash până la 5·10 -8 g/l).

Proprietățile fizice ale taliului

Taliul este un metal moale; se oxidează cu ușurință în aer și se patează rapid. Taliul la o presiune de 0,1 MN/m2 (1 kgf/cm2) și o temperatură sub 233 °C are o rețea compactă hexagonală (a = 3,4496E; c = 5,5137E), peste 233 °C - un centru centrat pe corp. cubic (a = 4,841E), la presiuni mari 3,9 H/m 2 (39.000 kgf/cm 2) - cubic centrat pe feţe; densitate 11,85 g/cm3; raza atomică 1,71 E, raze ionice: Tl + 1,49 E, Tl 3+ 1,05 E; Punct de topire 303,6 °C; Punct de fierbere 1457 °C, capacitate termică specifică 0,130 kJ/(kg K) la 20-100 °C; coeficient de temperatură de dilatare liniară 28·10 -6 la 20 °C și 41,5·10 -6 la 240-280 °C; conductivitate termică 38,94 W/(m -K). Rezistivitatea electrică la 0 °C (18·10 -6 ohm -cm); coeficient de temperatură al rezistenţei electrice 5,177·10 -3 - 3,98·10 -3 (0-100 °C). Temperatura de tranziție la starea supraconductoare este de 2,39 K. Taliul este diamagnetic, susceptibilitatea sa magnetică specifică este -0,249·10 -6 (30 °C).

Proprietățile chimice ale taliului.

Configurația învelișului electronic exterior al atomului Tl 6s 2 6р 1 ; în compuși are o stare de oxidare de +1 și +3. Taliul reacționează cu oxigenul și halogenii deja la temperatura camerei și cu sulful și fosforul când este încălzit. Se dizolvă bine în acizii azotici, mai puțin în acizii sulfuric și nu se dizolvă în halogenuri de hidrogen, acizi formic, oxalic și acetic. Nu interacționează cu soluțiile alcaline; apa proaspăt distilată, care nu conține oxigen, nu are niciun efect asupra taliului. Principalii compuși cu oxigen sunt oxidul (I) Tl 2 O și oxidul (III) Tl 2 O 3. Oxidul de taliu (I) și sărurile Tl (I) (nitrat, sulfat, carbonat) sunt solubile; cromat, dicromat, halogenuri (cu excepția fluorurii), precum și oxidul de taliu (III) - sunt ușor solubile în apă. Tl(III) formează un număr mare de compuși complecși cu liganzi anorganici și organici. Halogenurile de Tl (III) sunt foarte solubile în apă. Compușii Tl(I) au cea mai mare importanță practică.

Obținerea taliului.

La scară industrială, taliul tehnic este obținut ca produs secundar din prelucrarea minereurilor sulfurate de metale neferoase și fier. Este extras din semiproduse din producția de plumb, zinc și cupru. Alegerea metodei de prelucrare a materiei prime depinde de compoziția acesteia. De exemplu, pentru a extrage taliul și alte componente valoroase din praful de producție de plumb, materialul este sulfatat într-un pat fluidizat la 300-350 °C. Masa de sulfat rezultată este îndepărtată cu apă, iar taliul este extras din soluție cu o soluție 50% de tributil fosfat în kerosen care conține iod, apoi reextras cu acid sulfuric (300 g/l) cu adaos de 3% hidrogen. peroxid. Metalul este izolat de reextracte prin cimentare pe foi de zinc. După topirea sub un strat de sodă caustică, se obține taliul cu o puritate de 99,99%. Pentru o purificare mai profundă a metalelor, se utilizează rafinarea electrolitică și purificarea prin cristalizare. aluminiu, galiu, indiu

Aplicarea taliului.

În tehnologie, taliul este folosit în principal sub formă de compuși. Monocristalele de soluții solide de halogenuri TlBr - TlI și TlCl - TlBr (cunoscute în tehnologie ca KRS-5 și KRS-6) sunt utilizate pentru fabricarea pieselor optice în dispozitive cu infraroșu; TlCl și TlCl-TlBr- cristale ca radiatoare pentru contoarele Cherenkov. Tl 2 O este o componentă a unor ochelari optici; sulfuri, oxisulfuri, selenide, telururi - componente ale materialelor semiconductoare utilizate la fabricarea fotorezistoarelor, redresoarelor semiconductoare, vidiconilor. O soluție apoasă dintr-un amestec de malonat de formic și taliu (lichid Clerici greu) este utilizată pe scară largă pentru a separa mineralele după densitate. Amalgamul de taliu, care se întărește la -59°C, este utilizat în termometrele de temperatură joasă. Taliul metalic este folosit pentru a produce aliaje de rulmenți și cu punct de topire scăzut, precum și în contoare de oxigen pentru a determina oxigenul în apă. 204 Tl este folosit ca sursă de radiație beta în dispozitivele radioizotopice.

Bor(lat. Borum), B, element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui Mendeleev, număr atomic 5, masă atomică 10,811; Cristalele sunt de culoare gri-negru (borul foarte pur este incolor). Borul natural este format din doi izotopi stabili: 10 B (19%) și 11 B (81%).

Compusul de bor cunoscut anterior – borax – este menționat în scrierile alchimiștilor sub denumirea arabă „burak” și în latină Borax, de la care provine denumirea de „bor”. Borul liber (impur) a fost obținut pentru prima dată de chimiștii francezi J. Gay-Lussac și L. Thénard în 1808 prin încălzirea anhidridei borice B 2 O 3 cu potasiu metal. Conținutul total de bor din scoarța terestră este de 3,10 -4% în masă. Borul nu se găsește în natură în stare liberă. Mulți compuși ai borului sunt larg răspândiți, în special în concentrații scăzute. Sub formă de borosilicați, borați, boroaluminosilicați și, de asemenea, ca impuritate izomorfă în alte minerale, Borul face parte din multe roci magmatice și sedimentare. Compușii de bor se găsesc în apele petroliere, apa de mare, lacurile sărate, izvoarele termale, în noroiul vulcanic și de deal și în multe soluri.

Proprietățile fizice ale borului.

Sunt cunoscute mai multe modificări cristaline ale borului Pentru două dintre ele, analiza de difracție cu raze X a reușit să determine complet structura cristalină, care în ambele cazuri s-a dovedit a fi foarte complexă. Atomii de bor formează un cadru tridimensional în aceste structuri, similar cu atomii de carbon din diamant. Aceasta explică duritatea ridicată a borului. Cu toate acestea, structura cadrului în structurile Bohr este mult mai complexă decât în ​​diamant. Unitatea structurală principală din cristalele Bohr sunt douăzeci de edre (icosaedre), la vârfurile fiecăruia dintre care există 12 atomi de bor. Icosaedrii sunt conectați unul cu celălalt atât direct, cât și prin atomi intermediari de Bohr care nu fac parte din niciun icosaedru. Cu această structură, se dovedește că atomii de bor din cristale au numere de coordonare diferite: 4, 5, 6 și 5 + 2 (5 „vecini” apropiați și 2 mai îndepărtați). Deoarece învelișul exterior al unui atom Bohr conține doar 3 electroni (configurația electronică 2s 2 2p 1), există semnificativ mai puțin de doi electroni pentru fiecare legătură prezentă în borul cristalin. În conformitate cu conceptele moderne, un tip special de legătură covalentă apare în cristalele de bor - o legătură multicentrică cu deficiență de electroni. În compușii ionici, borul este 3-valent. Aşa-numitul Bor „amorf”, obţinut prin reducerea B 2 O 3 cu sodiu sau potasiu metalic, are o densitate de 1,73 g/cm 3 . Borul cristalin pur are o densitate de 2,3 g/cm3, un punct de topire de 2030°C, un punct de fierbere de 3860°C; Duritatea borului pe scara mineralogică este 9, microduritatea este de 34 Gn/m2 (3400 kgf/mm2). Borul cristalin este un semiconductor. În condiții normale, conduce slab electricitatea. Când este încălzită la 800°C, conductivitatea electrică a lui Bohr crește cu câteva ordine de mărime, iar semnul conductibilității se modifică (electronic la temperaturi scăzute, gaură la temperaturi ridicate).

Proprietățile chimice ale borului.

Din punct de vedere chimic, Borul în condiții normale este destul de inert (interacționează activ doar cu fluorul), iar Borul cristalin este mai puțin activ decât cel amorf. Odată cu creșterea temperaturii, activitatea borului crește și se combină cu oxigenul, sulful și halogenii. Când este încălzit în aer la 700°C, borul arde cu o flacără roșiatică, formând anhidridă borică B 2 O 3 - o masă sticloasă incoloră. Când este încălzit peste 900 °C, borul cu azot formează nitrură de bor BN, când este încălzit cu cărbune - carbură de bor B 4 C 3, cu metale - boruri. Borul nu reacționează vizibil cu hidrogenul; hidrurile sale (borohidruri) se obţin indirect. La o temperatură roșie, borul interacționează cu vaporii de apă: 2B + 3H 2 O = B 2 O 3 + 3H 2. Borul nu se dizolvă în acizi la temperaturi obișnuite, cu excepția acidului azotic concentrat, care îl oxidează la acid boric H 3 BO 3. Se dizolvă lent în soluții alcaline concentrate pentru a forma borați.

În fluorura BF 3 și alte halogenuri, borul este legat de halogeni prin trei legături covalente. Deoarece atomului Bohr din halogenura BX 3 îi lipsește o pereche de electroni pentru a completa un înveliș stabil de 8 electroni, moleculele de halogenură, în special BF 3 , atașează molecule de alte substanțe care au perechi de electroni liberi, cum ar fi amoniacul.

În astfel de compuși complecși, atomul de bor este înconjurat de patru atomi (sau grupuri de atomi), ceea ce corespunde numărului de coordonare 4 caracteristică a borului în compușii săi acid H, format din BF3 şi HF; Majoritatea sărurilor acestui acid (fluoroborați) sunt solubile în apă (cu excepția sărurilor K, Rb, Cs). Caracteristica generală Borul însuși și compușii săi - asemănarea lor cu siliciul și compușii săi. Asa de, acid boric, ca și siliciul, are proprietăți acide slabe și se dizolvă în HF pentru a forma BF 3 gazos (siliciu dă SiF 4). Borhidrurile seamănă cu hidrogen silicații, iar carbura de bor seamănă cu carbura de siliciu etc. De interes este similitudinea deosebită a modificărilor nitrurii BN cu grafitul sau diamantul. Acest lucru se datorează faptului că atomii B și N imită împreună 2 atomi de C în configurația lor electronică (B are 3 electroni de valență, N are 5, doi atomi de C au 4 fiecare). Această analogie este tipică și pentru alți compuși care conțin atât bor, cât și azot. Astfel, borazanul BH3-NH3 este similar cu etanul CH3-CH3, iar borazenul BH2=NH2 şi cea mai simplă borazină BH?NH sunt similare cu etilena CH2=CH2 şi respectiv cu acetilena CH2CH. Dacă trimerizarea acetilenei C 2 H 2 dă benzen C 6 H 6, atunci un proces similar duce de la borazină BHNH la borazol B 3 N 3 H 6.

Obținerea borului.

Borul elementar este obținut din materii prime naturale în mai multe etape. Prin descompunerea boraților cu apă fierbinte sau acid sulfuric (în funcție de solubilitatea acestora) se obține acid boric, iar prin deshidratare se obține anhidridă boric. Reducerea B 2 O 3 cu magneziu metalic dă Bor sub formă de pulbere maro închis; Este purificat de impurități prin tratament cu acizi azotic și fluorhidric. Borul foarte pur, necesar în producerea semiconductorilor, se obține din halogenurile sale: BCl 3 este redus cu hidrogen la 1200°C sau vaporii de BBr 3 sunt descompuși pe sârmă de tantal încălzită la 1500°C. Borul pur se obține și prin descompunerea termică a borohidrurilor.

Aplicarea borului. Borul este adăugat în cantități mici (fracții) oțelului și unor aliaje pentru a le îmbunătăți proprietățile mecanice; Deja un aditiv la oțel de 0,001-0,003% Bor își mărește rezistența (Borul este introdus de obicei în oțel sub formă de ferobor, adică un aliaj de fier cu 10-20% Bor). Saturația suprafeței pieselor din oțel cu bor (până la o adâncime de 0,1-0,5 mm) îmbunătățește nu numai proprietățile mecanice, ci și rezistența oțelului la coroziune. Datorită capacității izotopului de 10 V de a absorbi neutronii termici, este utilizat pentru fabricarea tijelor de control reactoare nucleare, care servește la oprirea sau încetinirea reacției de fisiune. Borul sub formă de BF 3 gazos este utilizat în contoarele de neutroni. (Când nucleele de 10 V interacționează cu neutronii, se formează 6 particule încărcate, care sunt ușor de înregistrat; numărul de 6 particule este egal cu numărul de neutroni care intră în contor: 10 5 V + 1 0 n = 7 3 Li + 4 2 b). Borul însuși și compușii săi - nitrură BN, carbură B 4 C 3, fosfură BP și alții - sunt utilizați ca dielectrici și materiale semiconductoare. Acidul boric și sărurile sale (în primul rând borax), borurile și altele sunt utilizate pe scară largă. BF 3 este un catalizator pentru unele reacții organice.

Bor în organism

. Borul este unul dintre elementele chimice care se găsesc în cantități foarte mici în țesuturile plantelor și animalelor (mii și zece miimi de procent din greutatea uscată). Borul este necesar pentru a menține viața normală a plantelor. Cel mai important simptom al deficienței de bor este moartea punctului de creștere al tulpinii principale și apoi a mugurilor axilari. În același timp, pețiolele și frunzele devin fragile, nu apar florile sau nu se formează fructe; prin urmare, cu un deficit de Bor, randamentul de semințe scade. Sunt cunoscute multe boli asociate cu deficitul de bor, de exemplu, putregaiul inimii la sfecla de zahăr, pata neagră a sfeclei de masă, rumenirea inimii de rutabaga și conopidă, uscarea vârfului de in, icterul vârfului lucernă, pata maro de caise, suberizarea merelor. Cu o deficiență de bor, oxidarea zaharurilor, aminarea produselor metabolice a carbohidraților și sinteza proteinelor celulare încetinesc; cu toate acestea, enzimele pentru care Borul este un element esențial sunt încă necunoscute. Cu o deficiență de bor în plante, conținutul de acid adenozin trifosforic este redus și procesul de fosforilare oxidativă este, de asemenea, întrerupt, în urma căruia energia eliberată în timpul respirației nu poate fi utilizată pentru sinteza substanțelor necesare. Dacă există o deficiență de bor în sol, la acesta se adaugă îngrășăminte cu bor. În provinciile biogeochimice cu un exces de bor în sol (de exemplu, în nord-vestul Kazahstanului), apar modificări morfologice și boli ale plantelor cauzate de acumularea de bor - gigantism, nanism, perturbarea punctelor de creștere și altele. Pe soluri cu salinitate intensă a borului se întâlnesc zone lipsite de vegetație, „pete chele” - unul dintre semnele de prospectare ale zăcământului Bora. Semnificația borului la animale nu a fost încă clarificată. La oameni și animale (oaie, cămile), atunci când sunt hrănite cu plante cu conținut în exces de bor (60-600 mg/kg substanță uscată sau mai mult), metabolismul este perturbat (în special activitatea enzimelor proteolitice) și apare o boală endemică. tract gastrointestinal- enterita cu bor.

Aluminiu(lat. Aluminiu), Al, element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 13, masa atomică 26,9815; alb argintiu metal ușor. Constă dintr-un izotop stabil 27 Al.

Referință istorică. Numele Aluminiu provine din latinescul. alumen - deci în 500 î.Hr. e. numit alaun de aluminiu, care era folosit ca mordant pentru vopsirea țesăturilor și pentru tăbăcirea pieilor. Omul de știință danez H. K. Oersted în 1825, acționând cu amalgam de potasiu pe AlCl 3 anhidru și apoi distilând mercurul, a obținut aluminiu relativ pur. Prima metodă industrială de producere a aluminiului a fost propusă în 1854 de chimistul francez A. E. Saint-Clair Deville: metoda a constat în reducerea clorurii duble de aluminiu și sodiu Na 3 AlCl 6 cu sodiu metalic. Asemănător ca culoare cu argintul, aluminiul a fost foarte scump la început. Din 1855 până în 1890, au fost produse doar 200 de tone de aluminiu. Metoda modernă de producere a aluminiului prin electroliza topiturii criolit-alumină a fost dezvoltată în 1886 simultan și independent de C. Hall în SUA și P. Heroux în Franța.

Distribuția aluminiului în natură.În ceea ce privește abundența în natură, aluminiul ocupă locul 3 după oxigen și siliciu și pe locul 1 între metale. Conținutul său în scoarța terestră este de 8,80% din greutate. Aluminiul nu apare sub formă liberă datorită activității sale chimice. Sunt cunoscute câteva sute de minerale de aluminiu, în principal aluminosilicați. Bauxita, alunita și nefelina sunt de importanță industrială. Rocile nefeline sunt mai sărace în alumină decât bauxita, dar utilizarea lor complexă produce subproduse importante: sifon, potasiu, acid sulfuric. În URSS a fost dezvoltată o metodă pentru utilizarea integrată a nefelinelor. Minereurile de nefeline din URSS formează, spre deosebire de bauxită, zăcăminte foarte mari și creează oportunități practic nelimitate pentru dezvoltarea industriei aluminiului.

Proprietățile fizice ale aluminiului.

Aluminiul combină un set foarte valoros de proprietăți: densitate scăzută, conductivitate termică și electrică ridicată, ductilitate ridicată și rezistență bună la coroziune. Poate fi ușor forjat, ștanțat, rulat, desenat. Aluminiul este bine sudat prin gaz, contact și alte tipuri de sudare. Rețeaua de aluminiu este centrată pe față cubică cu un parametru a = 4,0413 E. Proprietățile aluminiului, ca toate metalele, depind, prin urmare, de puritatea acestuia. Proprietăţi ale aluminiului de înaltă puritate (99,996%): densitate (la 20°C) 2698,9 kg/m 3 ; tpl 660,24°C; punct de fierbere aproximativ 2500°C; coeficient de dilatare termică (de la 20° la 100°C) 23,86·10 -6 ; conductivitate termică (la 190°C) 343 W/m·K, capacitatea termică specifică (la 100°С) 931,98 J/kg·K. ; conductivitate electrică în raport cu cuprul (la 20 °C) 65,5%. Aluminiul are rezistență scăzută (rezistență la tracțiune 50-60 Mn/m2), duritate (170 Mn/m2 conform Brinell) și ductilitate ridicată (până la 50%). În timpul laminarii la rece, rezistența la tracțiune a aluminiului crește la 115 MN/m2, duritatea - până la 270 MN/m2, alungirea relativă scade la 5% (1 MN/m2 ~ și 0,1 kgf/mm2). Aluminiul este foarte lustruit, anodizat și are o reflectivitate ridicată aproape de argint (reflectează până la 90% din energia luminii incidente). Având o mare afinitate pentru oxigen, aluminiul din aer este acoperit cu o peliculă subțire, dar foarte puternică de oxid de Al 2 O 3, care protejează metalul de oxidarea ulterioară și determină proprietățile sale ridicate anticorozive. Rezistența filmului de oxid și efectul său protector scad foarte mult în prezența impurităților de mercur, sodiu, magneziu, cupru etc. Aluminiul este rezistent la coroziune atmosferică, mare și apă dulce, practic nu interacționează cu nitric concentrat sau foarte diluat. acid, acizi organici, produse alimentare.

Proprietățile chimice ale aluminiului.

Învelișul exterior de electroni a atomului de aluminiu este format din 3 electroni și are structura 3s 2 3p 1. În condiții normale, aluminiul din compuși este 3-valent, dar la temperaturi ridicate poate fi monovalent, formând așa-numiții subcompuși. Subhalogenuri de aluminiu, AlF și AlCl, stabile numai în stare gazoasă, în vid sau în atmosferă inertă, când temperatura scade, se descompun (disproporționat) în Al pur și AlF 3 sau AlCl 3 și de aceea pot fi folosite pentru a produce aluminiu ultrapur. . Când este încălzit, aluminiul măcinat fin sau pudră arde puternic în aer. Prin arderea aluminiului într-un curent de oxigen, se atinge temperaturi de peste 3000°C. Proprietatea aluminiului de a interacționa activ cu oxigenul este folosită pentru a restabili metalele din oxizii lor (aluminotermie). La căldură roșu închis, fluorul interacționează energetic cu aluminiul, formând AlF 3 . Clorul și bromul lichid reacționează cu aluminiul la temperatura camerei, iodul - când sunt încălzite. La temperaturi ridicate, aluminiul se combină cu azotul, carbonul și sulful, formând nitrură de AlN, carbură de Al 4 C 3 și, respectiv, sulfură de Al 2 S 3. Aluminiul nu interacționează cu hidrogenul; Hidrura de aluminiu (AlH 3) X a fost obţinută indirect. De mare interes sunt hidrurile duble de aluminiu și elementele din grupele I și II ale sistemului periodic de compoziție MeH n · n AlH 3, așa-numitele hidruri de aluminiu. Aluminiul se dizolvă ușor în alcalii, eliberând hidrogen și formând aluminați. Majoritatea sărurilor de aluminiu sunt foarte solubile în apă. Soluțiile de săruri de aluminiu prezintă o reacție acidă datorită hidrolizei.

Obținerea de aluminiu.

În industrie, aluminiul este produs prin electroliza aluminei Al 2 O 3 dizolvată în criolitul topit NasAlF 6 la o temperatură de aproximativ 950 ° C. Se folosesc electrolizoare cu trei modele principale: 1) electrolizoare cu anozi continui cu autococere și alimentare cu curent lateral. , 2) la fel, dar cu o sursă de curent superioară și 3) electrolizoare cu anozi coapți. Baia de electrolit este o carcasă de fier, căptușită în interior cu material termoizolant și electric - cărămizi refractare și căptușită cu plăci și blocuri de cărbune. Volumul de lucru este umplut cu un electrolit topit format din 6-8% alumină și 94-92% criolit (de obicei cu adăugarea de AlF 3 și aproximativ 5-6% dintr-un amestec de fluoruri de potasiu și magneziu). Catodul este fundul băii, anodul este blocuri de carbon arse scufundate în electrolit sau electrozi umpluți cu autococere. Când trece curentul, aluminiul topit este eliberat la catod, care se acumulează pe vatră, iar la anod - oxigen, care formează CO și CO 2 cu anodul de carbon. Alumina, principalul material consumabil, are cerințe ridicate pentru puritate și dimensiunea particulelor. Prezența în el a oxizilor de elemente mai electropozitive decât aluminiul duce la contaminarea aluminiului. Cu un conținut suficient de alumină, baia funcționează normal la o tensiune electrică de ordinul 4-4,5 V. Băile sunt conectate la o sursă de curent continuu în serie (în serie de 150-160 de băi). Electrolizoarele moderne funcționează la curenți de până la 150 kA. De obicei, aluminiul este îndepărtat din băi folosind o oală cu vid. Aluminiul topit cu o puritate de 99,7% este turnat în forme. Aluminiul de înaltă puritate (99,9965%) este obținut prin rafinarea electrolitică a aluminiului primar folosind așa-numita metodă cu trei straturi, care reduce conținutul de impurități Fe, Si și Cu. Studiile procesului de rafinare electrolitică a aluminiului folosind electroliți organici au arătat posibilitatea fundamentală de a obține aluminiu cu o puritate de 99,999% cu un consum relativ scăzut de energie, dar până acum această metodă are o productivitate scăzută. Pentru purificarea profundă a aluminiului, se utilizează topirea zonei sau distilare prin subfluoruri.

În timpul producției electrolitice de aluminiu, pot apărea șocuri electrice, temperaturi ridicate și gaze nocive. Pentru a evita accidentele, căzile sunt izolate în mod fiabil, lucrătorii folosesc cizme uscate din pâslă și îmbrăcăminte de protecție adecvată. O atmosferă sănătoasă este menținută printr-o ventilație eficientă. La inhalarea constantă a prafului din aluminiu metalic și oxidul acestuia, poate apărea aluminoză pulmonară. Lucrătorii angajați în producția de aluminiu au adesea cataruri ale tractului respirator superior (rinită, faringită, laringită). Concentrația maximă admisă în aer de praf de aluminiu metalic, oxid și aliaje ale acestuia este de 2 mg/m3.

Aplicarea aluminiului.

Combinația de proprietăți fizice, mecanice și chimice ale aluminiului determină utilizarea sa pe scară largă în aproape toate domeniile tehnologiei, în special sub forma aliajelor sale cu alte metale. În inginerie electrică, aluminiul înlocuiește cu succes cuprul, în special în producția de conductori masivi, de exemplu, în linii aeriene, cabluri de înaltă tensiune, magistrale de comutație, transformatoare (conductivitatea electrică a aluminiului atinge 65,5% din conductibilitatea electrică a cuprului și este de trei ori mai ușor decât cuprul; secțiune transversală, oferind aceeași conductivitate, masa firelor de aluminiu este jumătate din cea a cuprului). Aluminiul ultra-pur este utilizat în producția de condensatoare și redresoare electrice, a căror acțiune se bazează pe capacitatea peliculei de oxid de aluminiu de a trece curentul electric într-o singură direcție. Aluminiul ultrapur, purificat prin topire în zone, este utilizat pentru sinteza compușilor semiconductori de tip A III B V, utilizați pentru producerea dispozitivelor semiconductoare. Aluminiul pur este utilizat la producerea diferitelor tipuri de reflectoare de oglindă. Aluminiul de înaltă puritate este utilizat pentru a proteja suprafețele metalice împotriva coroziunii atmosferice (placare, vopsea din aluminiu). Având o secțiune transversală de absorbție a neutronilor relativ scăzută, aluminiul este folosit ca material structural în reactoarele nucleare.

Rezervoarele de aluminiu de mare capacitate stochează și transportă gaze lichide (metan, oxigen, hidrogen etc.), acizi azotic și acetic, apă curată, peroxid de hidrogen și uleiuri comestibile. Aluminiul este utilizat pe scară largă în echipamente și aparate Industria alimentară, pentru ambalarea alimentelor (sub formă de folie), pentru producerea diverselor tipuri de produse de uz casnic. Consumul de aluminiu pentru finisarea clădirilor, structurilor arhitecturale, de transport și sportive a crescut brusc.

În metalurgie, aluminiul (în plus față de aliajele pe bază de acesta) este unul dintre cei mai obișnuiți aditivi de aliaj în aliajele pe bază de Cu, Mg, Ti, Ni, Zn și Fe. Aluminiul este, de asemenea, folosit pentru dezoxidarea oțelului înainte de a-l turna într-o matriță, precum și în procesele de producere a anumitor metale prin metoda aluminotermiei. Pe baza de aluminiu, SAP (pulbere de aluminiu sinterizat) a fost creat folosind metalurgia pulberilor, care are rezistenta ridicata la caldura la temperaturi de peste 300°C.

Aluminiul este folosit la producerea de explozivi (amonial, alumotol). Diferiți compuși de aluminiu sunt utilizați pe scară largă.

Producția și consumul de aluminiu este în continuă creștere, depășind semnificativ rata de creștere a producției de oțel, cupru, plumb și zinc.

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

caracteristici generale p-elementele grupei III, proprietățile lor fizice și chimice de bază. Descrierea celor mai comune elemente: subgrupa bor, aluminiu, galiu. Rolul lor biologic, aplicarea și prevalența. Cauzele efectului de seră.

teză, adăugată 08.08.2015


Caracteristicile galiului ca nu este cel mai fuzibil dintre metale, punctul de topire. Istoria descoperirii elementului, amploarea acestuia. Încercări de utilizare a galiului în reactoare nucleare. Brevet pentru utilizarea galiului. Reacția galiului cu acidul sulfuric.

rezumat, adăugat 19.01.2010


Prepararea, structura și proprietățile fizico-chimice ale trihalogenurilor de galiu. Complexe ionice și moleculare cu liganzi organici și anorganici. Caracteristicile termochimice ale complexelor. Sinteza unui complex de clorură de galiu cu 1,2-bis(4-piridil)etilenă.

lucrare curs, adăugată 10.05.2015


Proprietățile fizice ale elementelor subgrupului principal al grupei III. Caracteristici generale ale aluminiului și borului. Compuși naturali anorganici de carbon. Proprietățile chimice ale siliciului. Interacțiunea carbonului cu metale, nemetale și apa. Proprietățile oxizilor.

prezentare, adaugat 04.09.2017


Istoria descoperirii elementelor chimice. Rezerve și producție de zăcăminte explorate de indiu și taliu. Proprietățile fizico-chimice ale elementelor, prepararea și aplicarea acestora. Pericolul intoxicației cu taliu (sare), folosirea albastrului de Prusia ca antidot.

prezentare, adaugat 03.11.2014


Sistem periodic D.I. Mendeleev. Caracteristicile elementului chimic aluminiu, substanța chimică a acestuia și proprietăți fizice. Valoarea „argintului din lut” la momentul descoperirii sale. Metoda de obținere a aluminiului, conținutul acestuia în scoarța terestră, cele mai importante minerale.

prezentare, adaugat 11.11.2011


Originea, metodele de preparare și proprietățile fizico-chimice ale bismutului - un element chimic din grupa V a tabelului periodic D.I. Mendeleev. Conținut în scoarța terestră și în apă, extracție și producție. Aplicație în industrie, inginerie mecanică și medicină.

lucru curs, adăugat 05/01/2011


Proprietățile aluminiului: producția, aplicarea și proprietățile chimice ale acestuia. Tipuri de alcaline în soluții de aluminat. Oxizi și hidroxizi de aluminiu. Corindonul este cea mai stabilă formă de alumină. Compuși naturali de aluminiu: bauxită, corindon, rubin și safir.

rezumat, adăugat 27.03.2009


Caracteristicile generale ale aluminiului ca element al tabelului periodic al elementelor chimice. Proprietățile fizico-chimice ale aluminiului. Experiment chimic cu dispariția unei linguri de aluminiu. Proprietăți amfotere ale hidroxidului de aluminiu. Reacție neobișnuită de represiune.

lucru de laborator, adaugat 06.09.2014


Proprietățile atomice, fizice și chimice ale elementelor subgrupului cuprului și ale compușilor acestora. Conținutul de elemente ale subgrupului de cupru din scoarța terestră. Utilizarea proceselor piro- și hidrometalurgice pentru obținerea cuprului. Proprietățile compușilor de cupru, argint și aur.

Elementele p din grupa III din tabelul periodic al lui D. I. Mendeleev includ: bor B, aluminiu, galiu, indiu și taliu Configurația electronică a atomilor

Mai jos sunt comparate câteva constante care caracterizează proprietățile atomilor elementelor p ale grupului luat în considerare și substanțele metalice corespunzătoare:

Proprietățile elementelor din grupa III sunt afectate de compresia d, care se află în tabelul periodic în perioada III mică și în perioadele mari imediat după elementele d). Astfel, raza atomică scade ușor, iar primul potențial de ionizare crește. În plus, compresia afectează și proprietățile atomilor de taliu. De aceea, raza atomului este aproape de raza atomului, iar energia de ionizare este puțin mai mare.

Bor. În conformitate cu structura electronică a atomului, borul poate fi monovalent (un electron nepereche la subnivelul energetic). Cu toate acestea, cei mai caracteristici compuși pentru bor sunt cei în care acesta este trivalent (când atomul este excitat, există trei electroni nepereche în energie și -subnivele).

Orbitul liber din atomul de bor excitat determină proprietățile acceptoare ale multor compuși ai săi, în care se formează trei legături covalente conform mecanismului covalent de schimb (de exemplu, Acești compuși sunt predispuși la adăugarea de particule cu proprietăți donatoare de electroni). , adică la formarea unei alte legături covalente conform mecanismului donor-acceptor.

Sunt cunoscuți doi izotopi ai borului: Nucleele atomilor izotopului absorb cu ușurință neutronii:

Capacitatea borului de a absorbi neutroni determină utilizarea sa în energia nucleară: tijele de control ale reactoarelor nucleare sunt fabricate din materiale care conțin bor.

Cristalele de bor sunt negre; sunt refractare (p.t. 2300 °C), diamagnetice și au proprietăți semiconductoare (band gap. Conductivitatea electrică a borului, ca și alte metale, este mică și crește ușor odată cu creșterea temperaturii.

La temperatura camerei, borul este inert chimic și interacționează direct doar cu fluorul; Când este încălzit, borul este oxidat de clor, oxigen și alte nemetale. De exemplu:

În compușii cu nemetale, starea de oxidare a borului este covalentă.

Trioxidul de bor este o substanță cristalină (p.t. 450 °C, punctul de fierbere 2250 °C), caracterizată prin valori mari ale entalpiei și energiei de formare Gibbs. Când interacționează cu apa, aceasta se transformă în acid boric:

Un acid monoprotic foarte slab. Disocierea electrolitică cu eliminarea unui singur ion se explică prin proprietățile acceptoare descrise anterior ale borului: orbitalul liber al atomului de bor este furnizat donorului de electroni format în timpul disocierii moleculelor Procesul decurge conform schemei.

Anionul complex are o structură tetraedrică (-hibridarea orbitalilor electronilor).

Proprietățile acceptoare ale borului în compușii cu stare de oxidare se manifestă și în chimia halogenurilor sale. De exemplu, reacțiile

în care legătura chimică dintre şi sau este formată printr-un mecanism donor-acceptor. Proprietatea halogenurilor de bor de a fi acceptoare de electroni determină utilizarea lor pe scară largă ca catalizatori în reacțiile de sinteză a compușilor organici.

Borul nu interacționează direct cu hidrogenul, ci formează boruri cu metale - de obicei compuși nestoichiometrici

Hidrururile de bor (boranele) sunt foarte otrăvitoare și au foarte miros urât. Ele sunt obținute indirect, cel mai adesea

la reacția borurilor active chimic cu acizi sau halogenuri de bor cu hidruri de metale alcaline:

Cea mai simplă combinație de bor și hidrogen nu există în condiții obișnuite. - Hibridizarea orbitalilor de electroni într-un atom de bor duce la nesaturarea coordonării particulei, ca urmare a căreia două astfel de particule se combină într-o moleculă de diboran:

În diboran, borul se află într-o stare de -hibridare, iar pentru fiecare atom de bor unul dintre cei patru orbitali hibrizi este gol, iar ceilalți trei sunt suprapusi de -orbitali ai atomilor de hidrogen. Legăturile dintre grupurile dintr-o moleculă se formează ca o legătură de hidrogen datorită unei schimbări a densității electronilor de la un atom de hidrogen al unui grup la un orbital gol al altui grup, care pot fi reprezentați în două rânduri

Borurile metalice sunt reactive și sunt adesea folosite pentru a produce amestecuri de boran atunci când sunt tratate cu acizi. Majoritatea borurilor sunt rezistente la căldură, foarte dure și stabile din punct de vedere chimic. Sunt utilizate pe scară largă direct sub formă de aliaje pentru fabricarea pieselor de motoare cu reacție, lame turbine cu gaz. Unele boruri sunt folosite pentru a face catozi ai dispozitivelor electronice.

Aluminiu. Configurația electronică a unui atom de aluminiu este exprimată prin formula Stratul de electroni exterior al atomului are un electron nepereche.

Prin urmare, aluminiul poate prezenta o valență egală cu unu. Cu toate acestea, această valență nu este tipică pentru aluminiu. În toți compușii stabili, starea de oxidare a aluminiului este egală. Valența egală cu trei corespunde stării excitate a atomului

În ceea ce privește abundența sa, aluminiul ocupă locul al patrulea dintre toate elementele (după O, H și Si) și este cel mai comun metal din natură. Cea mai mare parte a aluminiului este concentrată în aluminosilicați: feldspați, mica etc.

Aluminiul este un metal alb-argintiu, ușor și extrem de ductil cu conductivitate termică ridicatăși conductivitatea electrică.

Aluminiul este activ chimic; Reacționează cu clorul și bromul la temperatura camerei și cu iodul - atunci când este încălzit sau în prezența apei ca catalizator. La 800 °C, aluminiul reacţionează cu azotul, iar la 2000 °C - cu carbonul. Aluminiul prezintă o mare afinitate chimică pentru oxigen:

În aer, aluminiul este acoperit cu o peliculă de oxid foarte durabilă, subțire, care slăbește oarecum luciul metalic al aluminiului. Datorită peliculei de oxid, suprafața de aluminiu capătă o rezistență ridicată la coroziune. Acest lucru se manifestă în primul rând prin indiferența aluminiului față de apă și vapori de apă. Datorită formării unei pelicule de protecție, aluminiul este rezistent la acizii azotic și sulfuric concentrați. Acești acizi pasivează aluminiul la rece. Tendința de pasivare face posibilă creșterea rezistenței la coroziune a aluminiului prin tratarea suprafeței sale cu agenți oxidanți puternici (de exemplu) sau prin oxidarea anodică. În acest caz, grosimea filmului de oxid crește până la temperaturi ridicate, rezistența filmului de protecție scade brusc. Dacă filmul de oxid este îndepărtat prin forță mecanică, aluminiul devine extrem de reactiv. Reacționează energic cu apa și cu soluții apoase de acizi și alcalii, înlocuind hidrogenul și formând cationi sau anioni. Interacțiunea aluminiului cu soluțiile acide are loc conform ecuației reacției

si cu solutii alcaline

Cationii și anionii de aluminiu se transformă cu ușurință unul în altul atunci când pH-ul soluției se modifică:

Compușii amestecați se pot forma și în soluție,

De exemplu

Acesta din urmă se deshidratează ușor (mai ales când este încălzit) și se transformă în hidroxid

Cea mai largă utilizare a aluminiului în tehnologie se bazează pe proprietățile sale fizice și chimice valoroase și pe abundența sa ridicată în scoarța terestră. Datorită conductivității sale electrice ridicate și densității scăzute, acesta

folosit pentru a face fire electrice. Ductilitatea ridicată a aluminiului face posibilă realizarea celei mai subțiri folii din acesta, care este utilizată în condensatoare și înlocuiește plumbul din mantaua cablurilor cu aluminiu. Datorită nemagnetizabilității, aliajele de aluminiu sunt folosite în inginerie radio.

Cea mai mare parte a aluminiului este folosită pentru a produce aliaje ușoare - duraluminiu, restul este silumin, restul etc. Aluminiul este, de asemenea, folosit ca aditiv de aliaj pentru aliaje pentru a le oferi rezistență la căldură. Aluminiul și aliajele sale ocupă unul dintre locurile principale ca materiale structurale în construcția de aeronave, rachete, inginerie mecanică etc. Rezistența la coroziune a aluminiului (în special anodizat) depășește semnificativ rezistența la coroziune a oțelului. Prin urmare, aliajele sale sunt folosite ca materiale structurale și în construcțiile navale. Cu elementele d, aluminiul formează compuși chimici - intermetalide (aluminuri), etc., care sunt utilizați ca materiale rezistente la căldură. Aluminiul este folosit în aluminotermie pentru a produce un număr de metale și pentru sudare folosind metoda termitei. Aluminotermia se bazează pe afinitatea ridicată a aluminiului pentru oxigen. De exemplu, într-o reacție care se desfășoară conform ecuației

se eliberează aproximativ 3500 kJ de căldură și temperatura se dezvoltă la

Oxidul de aluminiu este cunoscut sub forma mai multor modificări. Cea mai stabilă modificare se găsește în scoarța terestră sub formă de corindon mineral, din care se prepară discuri de măcinat și pulberi de smirghel. Utilizarea corindonului ca material abraziv se bazează pe duritatea sa ridicată, a doua numai după duritatea diamantului, carborindonul și borazonul. Rubinele artificiale sunt obținute prin fuziune. Sunt folosite pentru realizarea pietrelor de sprijin în mecanisme de precizie. Recent, rubinele artificiale au fost folosite în generatoarele cuantice (lasere). Produsele realizate din sunt folosite ca refractare și dielectrice.

Hidroxidul de aluminiu este un compus polimeric. Are o rețea cristalină stratificată. Fiecare strat este format din octaedre (Fig. IX. 10); Există o legătură de hidrogen între straturi. Hidroxidul de aluminiu obținut prin reacția de schimb este un precipitat alb gelatinos, foarte solubil în acizi și baze. Când stă în picioare, sedimentul „îmbătrânește” și își pierde activitatea chimică. Când este calcinat, hidroxidul pierde apă și se transformă într-un oxid Una dintre formele de hidroxid deshidratat, gelul de aluminiu, este folosită în tehnologie ca adsorbant.

Compușii prezintă un interes extrem de mare

Orez. IX. 10. Structura stratului format din unități structurale octaedrice ale compusului

aluminiu - zeoliți înrudiți cu aluminosilicați. Compoziția lor poate fi exprimată prin formula generală unde sau (mai puțin frecvent).

p-elementeIIIgrupuri

Elementele p din grupa III includ bor, aluminiu, galiu, indiu și taliu. Formula electronică generală este ns 2 np 1. Stari de oxidare posibile:

Proprietățile metalice ale grupului sunt îmbunătățite: borul este un nemetal, taliul este un metal tipic. Proprietățile lui Ga și analogii săi sunt afectate de compresia d, iar proprietățile taliului, în plus, sunt afectate de compresia f. Toate elementele sunt rare, cu excepția aluminiului (locul III din abundență pe Pământ după O și Si).

Fiind în natură

	Anul deschiderii	Descoperitor	Materii prime minerale	Fiind în fauna sălbatică
		Gay-Lussac (Franţa); Davy (Anglia) din arabă. buraq - a străluci	borax Na2B4O710H2O; sassolin H 3 VO 3 - găsit în vapori vulcanici, izvoare termale, BN - nitrură de bor.	Microelement de nutriție a plantelor, toxic în exces. Toxic. doza pentru o persoană 4 g.
		Ørsted (Danemarca) din lat. alamen – alaun	bauxită Al 2 O 3 nH 2 O; silicați de aluminiu, criolit Na 3, corindon – rubin roșu (Cr 3+); safir albastru (Ti 3+, Fe 3+); nefelina Na 2 OAl 2 O 3 2SiO 2 ; alunită K 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 2Al 2 O 3 6H 2 O (total 250 de minerale)	Se acumulează în corpul uman cu aportul alimentar zilnic și joacă un rol în dezvoltarea bolii Alzheimer. Toxic. doza 5 g Soda in org-sarpe 70 kg - 61 mg.
		Lecoq de Boisbaud-ran (Franţa) din lat. Gallia – Franța	Prezent în cantități mai mari de 1% în mineralele altor elemente. Extras ca produs secundar în producția de Zn și Cu	Stimulator al proceselor biochimice, toxicitate scăzută.
		Reich, Richter (Germania), numit după linia indigo din spectrul său	Apare ca impuritate (până la 1%) în minereul de sulfură de zinc și galena PbS, obținută ca produs secundar. produs cu producție de Zn și Pb	Doza toxică 30 mg, doza letală 200 mg.
		Crooks (Anglia) Lamy (Franța) din greaca talos – verde	Se găsește rar în natură: sub formă de incluziuni în potasiu și poluat. Obținut ca produs secundar al producției de Zn și Pb	Doza letală 600 mg

Substanțe simple

Câteva constante fizice sunt date în tabel:

Concluzii: aluminiul este un metal ușor, galiul, indiul, iar taliul sunt metale grele. Toate metalele din grupa IIIA sunt fuzibile, în special galiul - se topește în mână (dintre toate substanțele cunoscute, are cel mai mare interval de temperatură pentru existența unei stări lichide - în stare lichidă este foarte predispus la suprarăcire și nu îngheață pentru o lungă perioadă de timp). Duritatea borului este apropiată de duritatea diamantului. Galiul, indiul, taliul sunt tăiate cu un cuțit.

Proprietățile borului nemetal sunt foarte diferite de celelalte p-elemente ale grupului al treilea. Bor are două modificări alotropice, în care atomii de bor sunt combinați în grupele B 12:

Amorf - pulbere maro.

cristalin - cristale negru-roșu cu entropie scăzută, refractare, diamagnetice și au proprietăți semiconductoare.

Din punct de vedere chimic, borul este inert, iar borul cristalin este mai inert decât borul amorf. Prezintă similitudine diagonală cu siliciul: ele sunt cele mai caracterizate prin derivați cu stări de oxidare pozitive, hidrurile inferioare sunt instabile și gazoase.

Interacțiunea borului cu substanțele simple poate fi reprezentată prin următoarea diagramă:

 + F 2 (20-25 o C)  BF 3

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

 + S (610 o C)  B 2 S 3

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

 + N 2, (900 o C)  BN

 + P (1200 o C)  BP

 + C (2000 o C)  B 4 C

Sinterizarea borului cu multe metale are ca rezultat formarea borurilor metalice. Borurile de elemente s MgB 2 sunt active din punct de vedere chimic. Majoritatea borurilor elementelor d și f sunt foarte dure, rezistente la căldură (2000-3000 o C) și stabile chimic. (Cr4B, Cr3B, CrB, CrB2). De exemplu, borura de zirconiu ZrB 2 se topește la o temperatură de 3040 o C. Sunt utilizate pentru fabricarea de piese pentru motoare cu reacție etc., precum și ca catalizatori.

Hidrogenul nu interacționează cu borul nici la temperaturi ridicate. Compușii de bor cu hidrogen - borohidruri - borani - se obțin indirect.

Când este încălzită puternic, activitatea reducătoare a borului se manifestă către oxizi stabili:

2B + 3HOH = B2O3 + 3H2

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

Doar HNO3 și H2SO4 concentrate la cald acționează asupra borului, transformându-l în H3VO3:

B + 3HNO3 = H3BO3 + 3NO2

2B + 3H2SO4 = 2H3BO3 + 3SO2

Alcaliile nu au efect asupra borului cristalin în absența agenților de oxidare. Borul amorf se dizolvă în soluții alcaline concentrate pentru a forma metaborați:

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

Toate elementele p din grupa III, cu excepția borului, sunt metale. Sunt de culoare alb-argintiu. Aluminiul, galiul, indiul sunt acoperite cu o peliculă de oxid. În seria de tensiune, acestea sunt situate până la hidrogen, aluminiul este între magneziu și zinc, iar metalele rămase sunt aproape de fier.

Aluminiu– este primul și cel mai ușor metal p, are o conductivitate electrică și termică ridicată și este extrem de ductil. Există o asemănare diagonală cu beriliul și o asemănare orizontală cu siliciul (în special în aluminosilicați).

Este foarte activ din punct de vedere chimic, dar în condiții normale este acoperit cu un film de oxid foarte puternic, subțire ~ 10 nm, datorită căruia este rezistent la coroziune. Aproape toate reacțiile care implică aluminiu au loc cu o perioadă latentă (ascunsă) necesară distrugerii peliculei de oxid sau difuzării reactivului prin aceasta.

Doar in stare fin zdrobita la temperaturi ridicate arde in oxigen si interactioneaza cu sulful cu incalzire puternica de 800 o C, reactioneaza cu azotul si la 2000 o C - cu carbonul. Cu clor și brom - la temperatură normală, cu iod atunci când este încălzit sau în prezența apei - un catalizator.

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

 20 o C: + Cat (H 2 O) + I 2 = AlI 3

Al aprindere (incalzire usoara): + O 2 (S) = Al 2 O 3, Al 2 S 3

 800 o C: + N 2 = AlN

 temperatură ridicată: + Me x O y = nAl 2 O 3 + xMe (aluminotermie)

2000 o C: + C = Al 4 C 3

Al reduce în mod activ multe metale din oxizi. Aluminotermia sau aluminotermia este o metodă de producere a Mn, Cr, V, W.

Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr

Când este încălzit:

2Al + 2NH 3  2AlN + 3H 2

Aluminiul este amfoter și se dizolvă în soluții de acizi și alcaline.

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

2Al + 2NaOH + 8HOH = 2Na + 3H2

Al este vizibil solubil în soluții de săruri care au o reacție acidă sau alcalină datorită hidrolizei lor, de exemplu, într-o soluție de Na2C03.

Dacă filmul de oxid este îndepărtat mecanic sau prin amalgamare (formând o peliculă de suprafață dintr-o soluție solidă de aluminiu cu mercur), atunci aluminiul interacționează puternic cu apa:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2

Aluminiul este pasivizat (datorită formării unei pelicule protectoare) în acid azotic foarte diluat și concentrat, precum și în acid sulfuric concentrat.

Compuși cu stare de oxidare +1

Numeroși compuși sunt cunoscuți pentru taliu, în timp ce derivații de galiu și indiu sunt instabili și sunt agenți reducători puternici.

Ionul Tl+ are o rază (0,144 nm) apropiată de razele lui K, Rb și Ag. Prin urmare, chimia taliului seamănă cu chimia metalelor alcaline și Ag. Compușii Tl + sunt predominant ionici, majoritatea compușilor sunt solubili în apă. În ceea ce privește proprietățile chimice, oxidul și hidroxidul prezintă următoarele proprietăți de bază:

Tl2O + HOH = 2TlOH

Hidroxidul de taliu este o bază puternică, dar când este încălzit la 100 o C, desprinde apa:

2TlOH = Tl2O + HOH

Tl+ nu se caracterizează prin formarea complexă, nu formează nici măcar hidrați cristalini.

Compuși cu stare de oxidare +3

ÎN. Starea de oxidare +3 apare în bor în compușii cu elemente mai electronegative decât el însuși, adică. în oxid, halogenuri, sulfură, nitrură, hidruri etc.

Oxidul de bor este de natură acidă,

B2O3 + 2KOH = 2KBO2 + H2O

Se obține prin deshidratarea acidului boric. Oxidul de bor reacţionează puternic cu apa pentru a forma acid boric:

B2O3 + 3H2O = 2H3BO3

Aplicare: în sinteza anorganică – o parte necesară a emailurilor și glazurilor; adăugarea de B 2 O 3 la sarcina de preparare a sticlei crește duritatea, rezistența la căldură și rezistența chimică a acesteia - sticlăria chimică de înaltă calitate este realizată din astfel de sticlă.

Acidul boric sau ortoboric H 3 VO 3 sunt cristale albe ale căror solzi strălucitori se dizolvă în apă fierbinte. Acesta este un acid foarte slab - la 20 o C:

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

Soluțiile apoase de săruri de acid boric sunt hidrolizate și au o reacție alcalină puternică. Când este încălzit, acidul boric pierde apa treptat, transformându-se în acid metaboric și acid tetraboric și apoi în anhidridă boric:

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

Cu alcooli în prezența acidului sulfuric poate da esteri:

B(OH) 3 + 3CH 3 OH = B(OCH 3) 3 + 3HOH

Metoda de producere a acidului boric:

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

Aplicarea acidului boric: pentru prepararea emailurilor si glazurilor, in productia de specialitati. tipuri de sticlă, în hârtieși industria bronzării, ca dezinfectant.

Concluzie: chimia compușilor de oxigen ai borului și siliciului are multe în comun: natura acidă a oxizilor și hidroxizilor, formarea de sticlă a oxizilor, capacitatea de a forma numeroase structuri polimerice.

Halogenurile de bor VG 3 sunt cunoscute pentru toți halogenii pot fi obținute din substanțe simple prin încălzire. Alte metode de producere a halogenurilor de bor: prin încălzire:

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

Moleculele lor au forma unui triunghi plat, iar orbitalii borului participă la hibridizarea sp 2. BF 3 - gaz; BCl 3, BBr 3 – lichide; BI 3 – solid. Datorită creșterii lungimii legăturii și scăderii energiei acesteia în seria BF 3 - BCl 3 - BBr 3 - BI 3, stabilitatea compușilor scade. Cele mai utilizate sunt fluorurile și clorura de bor. Hidroliza fluorurii de bor produce acid fluorhidric complex:

4BF3 + 3HOH = H3BO3 + 3H

Capacitatea de interacțiune donor-acceptor datorită orbitalului liber al atomului de bor determină utilizarea halogenurilor de bor ca catalizatori în sinteza organică.

Sulfura B 2 S 3 este o substanță sticloasă care este complet descompusă de apă ca urmare a hidrolizei.

Hidrururile de bor (boranii) au compoziția B n H n +4 sau B n H n +6, cel mai simplu compus hidrogen BH 3 nu există în condiții normale, cei mai simpli reprezentanți sunt gazele B 2 H 6, B 4 H 10; B5H9, B6H10 - lichide; B10H14 este un solid. Toate boranele sunt obținute indirect.

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

Boranii sunt activi chimic. În aer se aprind și ard spontan, eliberând o cantitate foarte mare de căldură. Prin urmare, ele pot fi folosite ca combustibil pentru rachete:

B 2 H 6 + 3O 3  3H 2 O + B 2 O 3

Se descompun cu apă, alcooli, alcalii, eliberând hidrogen:

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

Într-un mediu eteric, B2H6 reacționează cu hidrura de litiu, formând tetrahidrură de litiu borat:

B2H6 + 2LiH = 2Li

Majoritatea boranelor au un miros dezgustător și sunt foarte otrăvitori!

Nitrura de bor BN („grafit alb”) este o pulbere albă, structura sa este similară cu grafitul: se exfoliază în fulgi, rezistență ridicată la foc, inerție chimică. Folosit ca izolator și ca lubrifiant solid la temperatură înaltă. Există, de asemenea, o modificare asemănătoare diamantului a BN - borazon sau elboron, în care atomii de bor și azot sunt în hibridizare sp 3. Este folosit ca material super dur în operațiunile de găurire și în tăierea metalelor.

Carbura de bor B 4 C (T pl = 2350 o C) are duritate mare (inferioară diamantului și borazonului) și rezistență chimică, care se mențin chiar și la temperaturi ridicate.

Pentru 3p-elementele care sunt metale, numerele de coordonare caracteristice sunt 4 și 6.

Pentru Al 3+ - compuși binari

AlF3, AlCl3, Al2O3, Al2S3, AlN, AlH3

în condiţii normale sunt polimerice. Acestea sunt solide albe.

Oxizi: în seria Al 2 O 3 - Ga 2 O 3 -In 2 O 3 -Tl 2 O 3 are loc o creștere a proprietăților bazice, solubilitatea în acizi crește, iar stabilitatea scade.

Oxid Al 2 O 3 – alumina - apare în mod natural sub formă de corindon. Cristale de corindon colorate transparente: roșu - rubin (Cr 3+); albastru - safir (Ti 3+, Fe 3+) - pietre pretioase, se obtin si artificial. Cristalele de Al 2 O 3 sunt foarte stabile din punct de vedere chimic și nu interacționează cu apa. Pentru încălzire prelungită:

Al203 + 6HCI = 2AlCI3 + 3H20

Al203 + 2NaOH + 7HOH = 2Na

Se obţine oxid de Al 2 O 3:

din bauxite (conțin Fe 2 O 3, SiO 2, CaO etc.) sau prin levigarea NaOH a bauxitelor de înaltă calitate ( leșiere - extragerea componentelor din tipuri variate materii prime (minereuri, concentrate, deșeuri industriale etc.) prin tratarea acestora cu soluții apoase de alți reactivi - alcalii, apă, acizi) sau prin sinterizarea bauxitei de calitate scăzută cu sodă:

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

2NaAlO2 + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3 + Na2CO3

sau din nefeline prin sinterizare cu calcar (1200 o C):

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

Aluminatul de sodiu rezultat este levigat cu apă, iar silicatul de calciu nedizolvat este folosit pentru a produce ciment.

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Hidroxidul de aluminiu este un compus polimeric. Se obține din ecuația:

Na + CO2 = Al(OH)3 + NaHC03

Acesta este un compus amfoter tipic, produsul proaspăt obținut se dizolvă în acizi și alcalii. În Ga(OH) 3 funcțiile bazică și acidă se manifestă aproximativ în aceeași măsură, în In(OH) 3 proprietățile de bază predomină asupra celor acide, în Tl(OH) 3 funcția acidă este slab exprimată și aproape deloc. manifestat.

Hidrura de aluminiu - un compus polimeric - se obține indirect într-o soluție eterică:

AlCI3 + 3LiH = AlH3 + 3LiCI

LiH în exces:

4AlCI3 + 4LiH = 4Li + 12HCI

Complexul rezultat (tetrahidridealuminat de litiu) este un agent reducător puternic, de exemplu, reacționează violent cu apa:

Li + 4H2O = LiOH + Al(OH)3 + 4H2

Clorura de aluminiu este utilizată pe scară largă ca catalizator în sinteza organică. Se remarcă printre halogenurile de aluminiu pentru proprietățile sale anormale. Când se topește la 190-192 o C, volumul aproape se dublează, iar conductivitatea electrică scade aproape la 0, ceea ce este asociat cu trecerea structurii ionice la cea moleculară. Halogenurile de aluminiu dimerizează chiar și în stare de vapori:

2AlCI3 = Al2CI6 + 121 kJ

2AlI3 = Al2I6 +94 kJ

În soluții, sărurile de aluminiu sunt puternic hidrolizate (sulfatul și clorura sunt coagulanți).

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

AlN + 3HOH = Al(OH)3 + NH3

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

Co-hidroliza:

2Al 3+ + 3CO 3 2- + 3HOH = 2Al(OH) 3 + 3CO 2

Sărurile acizilor care conțin oxigen se caracterizează prin formarea de hidrați cristalini cu un număr mare de molecule de apă Al(NO 3) 3 9H 2 O. Alaunul aluminiu-potasiu KAl(SO 4) 2 12H 2 O este folosit pentru bronzare piele, în industria de vopsire pentru mordant de țesături de bumbac.

Configurația electronică a stării fundamentale a acestor elemente ns 1 np 2 se caracterizează prin prezența unui electron nepereche. În stare excitată, ei conțin trei electroni nepereche, care, fiind în hibridizare sp 2, participă la formarea a trei legături covalente. În acest caz, atomii elementelor grupului IIIA rămân cu un orbital neocupat, iar numărul de electroni de valență rămâne mai mic decât numărul de orbitali disponibili în energie. Prin urmare, mulți compuși covalenți ai elementelor din grupa IIIA sunt acizi Lewis - acceptori ai unei perechi de electroni, dobândind pe care nu numai că măresc numărul de coordonare la patru, ci modifică și geometria mediului lor - unul dintre planuri devine tetraedric (sp 2). starea de hibridizare).

Borul diferă în proprietăți de alte elemente ale acestui subgrup. Borul este singurul nemetal care este inert chimic și formează legături covalente B?F, B?N, B?C etc., a căror multiplicitate este adesea crescută datorită legăturii pp?pp. Chimia borului este apropiată de chimia siliciului, aceasta arată o similitudine diagonală. În atomii de aluminiu apar orbitalii d liberi, raza atomului crește și, prin urmare, numărul de coordonare crește la șase. Galiul, indiul și taliul sunt situate imediat în spatele metalelor blocului d; umplerea d-shell-ului este însoțită de comprimarea succesivă a atomilor. Ca urmare a compresiei d, razele ionice ale aluminiului și galiului sunt apropiate, iar raza atomică a galiului este și mai mică. La trecerea de la Al la Ga, creșterea sarcinii nucleare efective se dovedește a fi mai semnificativă decât modificarea razei atomice, astfel încât energia de ionizare crește. Creșterea energiilor de ionizare în timpul tranziției de la Ip la Tl este rezultatul compresiei d și f, ceea ce duce la o interacțiune crescută a electronilor de valență cu nucleul atomic. O creștere a energiei de legare a electronilor taliului 6s 2 cu nucleul le face dificilă participarea la formarea legăturilor și duce la o scădere a stabilității compușilor lor în cea mai înaltă stare de oxidare. Astfel, pentru thall, plumb, bismut și poloniu, compușii cu stări de oxidare +1, +2, +3, + sunt stabili

Elementele p din grupa III includ elemente tipice - bor și aluminiu și elemente din subgrupa galiu - galiu, indiu, taliu. Toate elementele enumerate, cu excepția borului, sunt metale. Toate elementele sunt rare, cu excepția aluminiului, care reprezintă 8,8% din masa scoarței terestre. La nivelul electronic exterior au trei ns 2 np 1 electroni, iar în stare excitată - ns 1 np 2 electroni. Cea mai înaltă stare de oxidare a elementelor subgrupului de bor este +3. Datorită faptului că în atomii Ga, In, T1 penultimul nivel conține 18 electroni, diferențele naturale ale unor proprietăți sunt încălcate la trecerea de la A1 la Ga. Unele constante fizice ale elementelor subgrupei IIIA sunt date în tabel. 7.