Физические свойства простых веществ

Чистый бор имеют ковалентную решетку, построенную из двадцатигранников  [2], поэтому прочен², тугоплавок (2550⁰С), но является в отличие от алмаза (?) полупроводником (  эВ): при нагревании до 600⁰С электропроводность бора увеличивается в 100 раз. Простые вещества аналогов бора – металлы (серебристо-белые), пластичны ³. Прочность Al в 3 раза ниже, чем бора (?), а индий и тaллий еще мягче – легко режутся ножом.

Алюминий имеет высокую электропроводность ( ), причем провода из него при равной проводимости с медными (из-за большей толщины) оказываются в 2 раза легче и, к тому же, дешевле, поэтому все чаще используются вместо медных.

При переходе от Al к Ga (а также от In к Ta)  снижается (?), но минимальное ее значение у галлия ( ). У него же наименьшая в подгруппе т.пл. (29,8⁰С)⁴.

Эти удивительные свойства галлия (которые, кстати, предсказывал Д.И. Менделеев) объясняются его как бы молекулярной решеткой, состоящей из частиц Ga₂. В них ХС, образованная р‑электронами, прочнее и короче, чем связи между данными частицами, сформированные s‑электронами (более проникающими к ядру и потому менее доступными для образования ХС).

При плавлении «молекулярная» решетка разрушается (образуется жидкость, в которой к.ч.(Ga)=12) и кипит галлий достаточно высоко (при 2205⁰С), как и другие р‑металлы третьей группы. Таким бразом жидкий галлий существует в широком диапазоне температур, поэтому используется как теплоноситель в атомных реакторах, а также для изготовления жидкостных высокотемпературных термометров.

Применение алюминия. Сплавы

Алюминий широко используется на практике, обо легок, пластичен, коррозионно устойчив, хорошо сваривается, легко утилизируется. Поэтому идет на изготовление фольги, тары (4 из 5 банок для напитков в мире – из алюминия⁵) и т.д., но он не прочен. Однако легирующие добавки: Cu, Mg, Si, Mn и др. резко повышают прочность, превращая Al в самый используемый металл. Его применяют в авиации, строительстве, транспортном машиностроении, химической, нефтяной промышленности и др.

Наиболее известный сплав – дюралюминий был получен еще в начале XX века (94% Al, 4% Cu,остальное – Mn, Mg, Si и Fe). Его твердость многократно увеличивается при закалке (т.е. резком охлаждении от 500⁰С до об.у) и в процессе последующего естественного старения (с образованием упрочняющих фаз из-за миграции меди).

Известен также сплав Al с Ni, который становится прочнее при нагревании. Достаточно тверд и силумин (Al, содержащий от 10 до 14% Si), к тому же, он сравнительно дешев, т.к. образуется при восстановлении природных алюмосиликатов, но хрупок. (Хотя в Японии разработан способ получения и пластичного силумина.)

Новые свойства алюминий приобретает также при повышении степени его чистоты. Например, Al, содержащий всего % примесей, очищенный вакуумированием (для удаления летучих веществ) и зонной плавкой, не тускнеет на воздухе. Поэтому применяется в производстве зеркал (как и In). Кроме того, при добавлении к такому алюминию микроколичеств Sr образуется сверхтвердый материал. (Это используется при изготовлении зубных коронок.) Безтигельной плавкой в магнитном поле в вакууме синтезируют еще более чистый Al (менее % примесей). (Чтобы его разрезать, применяют искровой разряд, т.к., например, лазерный луч им полностью отражается).

Другие р‑элементы III группы тоже применяют для получения сплавов. В частности, добавление B к Fe, Al и др. сообщает им твердость, а введение In в Zn дает атмосферостойкий сплав, которым покрывают пропеллеры самолетов и т.д.