7. Элементы III-a подгруппы

B, Al, Ga, In, Tl

Атомы элементов имеют электронную конфигурацию валентных уровней ns²p¹ и проявляют степени окисления +3 (B Al Ga In) , +1 (Tl)

Физические свойства

Физические свойства	B	Al	Ga	In	Tl
Радиус атома, Rат,Å	0,91	1,43	1,39	1,66	1,71
Iионизац.,ЭВ, Э - 3ēЭ^3+	37,9	28,4	30,7	28,0	29,8
Радиус Э^3+, Å	0,20	0,57	0,62	0,92	1,05
Плотность, г/см^3	2,34	2,70	5,90	7,31	11,85
Тплавл.,С°	2075	660	29,8	156,4	304
Ткип.,С°	3700	2520	2230	2000	1460

Бор

Бор – неметалл, полупроводник. Ион B⁺³ обладает малым радиусом при

большом заряде, он образует только ковалентные связи, образует только анионы, B(OH)₃ - проявляет слабокислотные свойства - кислота (H₃BO₃ борная кислота).

Минералы:

H₃BO₃ – борная кислота , Na₂B₄O₇∙10H₂O - бура

MgHBO₃ - ашарит Mg₇Cl₂B₁₆O₃₀ - борацит

Получение бора. Приведены схемы получения бора из буры и оксида бора:

Na₂B₄O₇H₃BO₃ B₂O₃ B

B₂O₃ + 3Mg = 3MgO + 2B

продукты обрабатывают HCl, для растворения MgO.

Для получения бора высокой чистоты проводят его дополнительную очистку по схеме (1) или (2):

1) B BBr₃+H₂ B

2) 2BBr₃ + 3H₂ 2B + 6HBr

Бор осаждают на поверхности металла (Ta, Mo или W при t°)

Твердость кристаллического бора 9. Бор – полупроводник, при нагревании до 600°С его электропроводность повышается ~ в 100 раз.

Чистый бор можно получать пиролизом:

B₂H₆2B + 3H₂

Химические свойства бора

При комнатной t° инертен, подобен Si.

В₂О₃

Mg₃B₂

ВГ₃

B В₂S₃

В₄С

ВN

не идет

1. При t° красного каления (~ 700°C)

2B + 6H₂O (пары ) = 2H₃BO₃ + 3H₂

2. Из кислот взаимодействует с конц. HNO₃, H₂SO₄, царской

водкой: B + 3HNO₃ = H₃BO₃ + 3NO₂

2B + 3H₂SO₄ = B₂O₃ + 3SO₂ + 3H₂O

Водородные соединения (бораны) образуют два гомологических ряда:

1) B_nH_n+4, B₂H₆ - диборан

2) B_nH_n+6, B₄H₁₀ - тетраборан

Получают действием разбавленной соляной кислоты на бориды металлов, например, на Mg₃B₂:

2Mg₃B₂ + 12HCl = H₂ + B₄H₁₀ + 6MgCl₂

При этом наряду с тетрабораном B₄H₁₀, выделяется смесь боранов: B₄H₁₀, B₅H₉, B₆H₁₀, B₁₀H₁₄ и др. Разделить их можно фракционной перегонкой в вакууме.

Диборан - газ, остальные жидкости, бесцветные, с отвратительным запахом, ядовиты, разлагаются водой:

B₂H₆ + 6H₂O = 2H₃BO₃ + 6H₂

Бораны являются реакционно-способными соединениями. Горят с выделением большого количества тепла ( при сгорании 1 моля В₂Н₆ -выделяется 2028 КДж), используют в качестве эффективного ракетного топлива. Применяют в синтезах неорганических полимеров.

Кислородные соединении. B₂O₃ - борный ангидрид, бесцветная стекловидная масса, на воздухе поглощает воду и в ней растворяется:

B₂O₃ + 3H₂O = 2H₃BO₃

ортоборная кислота

Получают оксид бора при взаимодействии бора с кислородом или при разложении борной кислоты:

4В + 3О₂ 2В₂О₃

2Н₃ВО₃ В₂О₃ +3Н₂О

Н₃ВО₃ - ортоборная кислота, бесцветные кристаллы, мало растворимы в воде. В 0,1 н растворе степень диссоциации α ~ 0,01 %.

При нагревании возможны переходы:

H₃BO₃HBO₂H₂B₄O₇B₂O₃

метаборная тетраборная

Соли (бораты) являются производными от различных полиборных кислот xB₂O₃∙yH₂O, наиболее часто встречаются соли тетраборной кислоты H₂B₄O₇: (x = 2, y = 1). Например: Na₂B₄O₇∙10Н₂О – бура. Ее применяют:

– при пайке и сварке металлов(расплавленная бура растворяет оксиды металлов),

– в производстве специальных стекол, эмалей,

– в аналитической химии.

Гидролиз буры:

Na₂B₄O₇ + 7H₂O = 2NaOH + 4H₃BO₃

Карбид бора B₄С получают сплавлением в электрических печах:

2В₂О₃ + 4С = В₄С + 3СО₂

В₄С - самый твердый из известных соединений, царапает алмаз,

Т_плавл. = 2350°С, применяют в качестве абразивного материала и в ядерной технике.

Нитрид бора ВN - получают при прокаливании:

B₃O₃ + 2NH₃ = 2BN + 3H₂O

BN -похож на тальк, Т_плавл. =3000°С, имеет структуру графита, на него не действуют любые кислоты и щелочи. Используют в качестве изолятора при высоких температурах.

Использование бора в технике

1. Бор - полупроводник

2. Добавка в сталь - повышает механические свойства

3. В ядерной технике ( В¹⁰ - поглощает нейтроны), В₄С - для изготовления регулирующих стержней атомных реакторов

4. В ядерных счетчиках для регистрации нейтронов.