10. Химия р-элементов

В атомах р-элементов электроны заполняют р-подуровень внешнего уровня. В периодической системе есть 30 р-элементов. У атомов р-элементов, расположенных в главных подгруппах III - VIII групп. У р-элементов являются валентными не только р-, но и S-электроны внешнего уровня. Высшая степень окисления атомов р-элементов равна номеру группы.

10.1. Химия элементов iiia группы

Элементы IIIА группы имеют электронную формулу ns2np1. Они являются значительно менее активными восстановителями, чем щелочноземельные металлы. Для них характерна степень окисления +3, и валентность 3. При образовании ковалентной связи происходит sp возбуждение электрона и sp2 гибридизация АО. В группе сверху вниз растут металлические свойства элементов, растут восстановительные свойства их атомов. Увеличиваются основные свойства гидроксидов и уменьшаются их кислотные свойства:

Элементы		Оксиды		Гидроксиды
B	- неметалл	B2O3	- кислотный	H3BO3	- кислота
Al	- металл	Al2O3	- амфотерный	Al(OH)3	- амфотерный
Ga	- металл	Ga2O3	- амфотерный	Ga(OH)3	- амфотерный
In	- металл	In2O3	- амфотерный	In(OH)3	- амфотерный
Tl	- металл	Tl2O3	- основной	Tl(OH)3	- основание

Соединения Tl3+ являются сильными окислителями и восстанавливаются до соединений Tl+.

Свойства бора и его соединений

Бор находится в природе в виде соединений, например, буры - Na2B4O710H2O. Бор является неметаллом. При нагревании взаимодействует с кислородом:

4B + 3O2  2B2O3

Оксид бора является кислотным оксидом и растворяется в воде с образованием слабой ортоборной кислоты:

B2O3 + 3H2O  2H3BO3 (К1 = 610-10)

Ортоборная кислота H3BO3 при нагревании последовательно разлагается до метаборной кислоты HBO2 , тетраборной кислоты H2B4O7 и борного ангидрида B2O3.

H3BO3 HBO2 H2B4O7 B2O3

Ортоборная кислота H3BO3 взаимодействует с щелочами и образует соли тетраборной кислоты:

4H3BO3 + 2NaOH  Na2B4O7 + 7H2O

Сильные кислоты при взаимодействии с тетраборатом натрия вытесняют слабую ортоборную кислоту:

Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O  Na2SO4 + 4H3BO3

Ортоборная кислота взаимодействует с этанолом в присутствии концентрированной серной кислоты с образованием борно-этилового эфира, который горит зеленым пламенем.

OH OC2H5

B OH + 3HOC2H5  B OC2H5 + 3H2O

OH OC2H5

Бор является микроэлементом. Микроэлементы (или микроудобрения) - это соединения B, Cu, Mn, Co, Mo и др. Они повышают активность ферментов, катализируют биохимические процессы, способствуют синтезу белков и нуклеиновых кислот, витаминов, сахаров и крахмала, влияют на фотосинтез, ускоряют рост растений и созревание семян. Соединения бора влияют на углеводный обмен и необходимы для нормального роста и образования семян.

Свойства алюминия и его соединений

В промышленности алюминий получают электролизом расплава боксита Al2O3 в криолите Na3AlF6 при 960оС.

Al2O3 Al3+ + AlO33-

На катоде идет восстановление: Al3+ + 3е  Al

На аноде идет окисление: 4AlO33- - 12е  3О2 + 2Al2O3

Алюминий покрыт инертной защитной пленкой Al2O3. Без оксидной пленки Al очень активен и взаимодействует с кислородом и водой:

4Al + 3O2  2Al2O3

2Al + 6H2O  2Al(OH)3 + 3H2

Алюминий взаимодействует с кислотами и щелочами:

2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2

2Al + 6NaOH + 6H2O  Na3[Al(OH)6] + 3H2

Оксид алюминия имеет амфотерные свойства:

Al2O3 + H2O 

Al2O3 + 6HCl  2AlCl3 + 3H2O

Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O

Гидроксид алюминия можно получить из солей действием гидроксида аммония или действием недостатка щелочи. Гидроксид алюминия имеет амфотерные свойства.

AlCl3 + 3NH4OH  Al(OH)3 + 3NH4Cl

AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3 + 3NaCl

Al(OH)3 + 3NaOH  Na3[Al(OH)6]

Al(OH)3 + 3HCl  AlCl3 + 3H2O

Соли алюминия гидролизуются. Некоторые из них (Al2S3, Al2(CO3)3) полностью разлагаются водой.

Al2S3 + 6H2O  2Al(OH)3 + 3H2S

Алюминий используется для получения металлов - метод алюминотермии. Термитная смесь Al + Fe3O4 при поджигании выделяет большое количество энергии, получаемое железо при этом расплавляется.

8Al + 3Fe3O4  9Fe + 4Al2O3

Алюминий широко применяется как конструкционный материал, а также в электротехнике. Соединения индия и таллия ядовиты. Так сульфат таллия используется как зооцид для борьбы с грызунами.