1.5. Гидроксиды и их производные

 

 Для Al, Ga, In, и Tl характерны гидроксиды типа Э(OH)₃, для таллия – также TlOH. Получают гидроксиды осаждением щелочами из растворимых солей соответствующих металлов:

Э(NO₃)₃ + 3NaOH = Э(OH)₃ + 3NaNO₃

        Al (OH)₃, Ga (OH)₃ и In (OH)₃  амфотерны, причем от Al к In усиливаются  основные свойства. Tl(OH)₃ имеет основной характер , TlОН – растворимое в   воде сильное основание.

        При нагревании гидроксиды теряют воду, переходя в оксиды:

       

Все гидроксиды взаимодействуют с кислотами, а амфотерные – и со щелочами (при сплавлении и в растворе) с образованием алюминатов, галлатов и      индатов:

                                 Э(OH)₃ + NaOH = NaЭО₂ + 2Н₂О                       (1000 ⁰С)

Э(OH)₃ + NaOH(конц.) = Na[Э(OH)₄]

        На рис. 3 и 4 показаны схемы взаимосвязи между основными типами соединений элементов группы III А на примерах В и Аl.

 

1.6. Применение

 

        Бор и его соединения – нитрид BN, карбид В₄С, фосфид ВР – применяются как полупроводники,  BN и В₄С – сверхтвердые материалы. Бура Na₂B₄O₇10Н₂О используется в стекольном, керамическом и других производствах.

        Область применения сплавов алюминия – от домашней утвари до современной авиатехники.

        Легкоплавкие сплавы галлия находят широкое применение в различного   рода терморегуляторах и высокотемпературных термометрах.

        Сплавы, содержащие индий, применяются в качестве припоев для соединения металлов, стекла, керамики.

        Таллий находит применение в электронике и электротехнике, Tl₂S – для     изготовления фотоэлементов.

 

  

Рис.3. Химические свойства бора и его соединений

 

 

Рис. 4. Химические свойства алюминия и его соединений

 

 

2. Химия d – элементов III группы

 

        Побочная подгруппа третьей группы (III В) охватывает большое число       химических элементов, т.к. в состав ее, кроме четырех d–элементов (Sc, Y, La, Ac), входят f−элементы с порядковыми номерами 58 - 71 (лантаноиды) и 90 – 103    (актиноиды). Это редкоземельные металлы, обычно находящиеся в природе       совместно. Разделение их осуществляется с большим трудом.

        Скандий и его аналоги, каждый в своем периоде, являются первыми  d – элементами, т.е. у них первых начинают заполнятся d–орбитали предвнешнего электронного слоя. Наличие лишь одного электрона в d–состоянии обуславливает    малую устойчивость d¹s² – конфигурации и отражается на свойствах этих элементов. В частности, в отличие от других d – элементов скандий и его аналоги проявляют постоянную устойчивую степень окисления +3.

Важнейшие сведения о d – элементах III группы приведены в таблицах 4–6.

Таблица 4

Общие сведения

Символ элемента	Sc	Y	La	Ac
Русское  название	Скандий	Иттрий	Лантан	Актиний
Латинское название	Scandium	Yttrium	Lanthanum	Actinium
Автор и год открытия	Л. Нильсон, 1879	Ю. Гадолин, 1794	К.Г. Мосандер, 1839	А. Дебьерн, 1899
Содержание в земной коре, масс. %	610-4	2,810-3	1,810-3	610-10
Основные природные соединения	Sc2 [ Si2O7] – тортвейтит, Sc(РО4)2Н2О - стереттит	YРО4 – ксенотим, Y2[ Si2O7] - таленит	(Се,La,Th,Y)РО4 – монацит, (Се,La)СО3F – бастнезит	Присутствует в минералах урана и тория

 

 

Таблица 5

Атомные характеристики элементов

Элемент	Sc	Y	La	Ac
Порядковый номер	21	39	57	89
Относительная атомная масса	44,96	88,91	138,91	227,03
Сокращенная электронная формула	3d1 4s2	4d1 5s2	5d1 6s2	6d1 7s2
Степень окисления элемента в соединениях	+3	+3	+2, +3, +4	+3
Радиус атома, нм	0,164	0,181	0,187	0,203
Радиус иона Э3+, нм	0,075	0,090	0,103	0,118
Первый потенциал ионизации, В	6,56	6,22	5,58	5,12
Сродство к электрону, эВ	–0,73	–0,40	0,55	–
Электороотрица - тельность	1,20	1,11	1,08	1,00

 

Таблица 6

Основные физико-химические свойства

Элемент	Sc	Y	La	Ac
Тип кристаллической решётки	гексагональная	гексагональная	гексагональная	Кубическая гранецентрированная
Плотность, г/см3	2,99	4,47	6,15	10,10
Тпл., 0С	1541	1522	921	1050
Ткип., 0С	2831	3338	3457	3300
Электро- проводность (Нg –1)	1,50	1,45	1,70	–
Стандартная  энтальпия атомизации элементов,     кДж/моль	378,9	422,9	431,2	385
Стандартная энтропия Дж/моль·К	34,8	44,4	56,9	56,0
Стандартный электродный  потенциал, В, процесса Э3+ + 3е  = Э	–2,077	–2,372	–2,522	–2,600