Khimia / Химия / ХИМИЯ НОВЫЕ ЛАБЫ / лаба 20 бор / Теоретическая часть

Теоретическая часть:

Бор имеет несколько модификаций. Атомы бора в них объединены в группировки В₁₂, имеющие форму двенадцатигранника. В обычных условиях бор реагирует только со фтором; при нагревании (400 – 700 ⁰С) окисляется кислородом, серой хлором и даже азотом (выше 1200 ⁰С). При сильном нагревании восстановительная активность бора проявляется и в отношении таких устойчивых оксидов, SiO₂, P₂O₅ и др.

3SiO₂ + 4B = 3Si + 2B₂O₃

На бор действуют лишь горячие концентрированные азотная и серная кислоты, а также царская водка переводя его в Н₃ВО₃. Щелочи при отсутствии окислителей на бор не действуют.

С металлами бор образует бориды среднего состава: М₄В, М₂В, МВ, М₃В₄, МВ₂, МВ₆, МВ₁₂. В зависимости от условий один и тот же элемент образует бориды различного состава. По мере увеличения содержания бора структура боридов существенно усложняется. В боридах типа М₄В и М₂В атомы бора изолированы друг от друга. В боридах типа М₃В₂ атомы связаны попарно, в МВ – в цепи, М₃В₄ – в сдвоенные цепи, в МВ₂ – в сетки из шестичленных колец, в боридах состава МВ₆ и МВ₁₂ – в трехмерные каркасы виде октаэдрических и икосаэдрических группировок атомов.

Большинство боридов d- и f-элементов очень тверды, жаростойки (2000 – 3000 ⁰С) и химически устойчивы. Бориды s-элементов химически активны, в частности, разлагаются под действием кислот, образуя смеси бороводородов. Соединения бора (III).

Степень окисления +3 у бора проявляется в соединениях с более электоотрицательными, чем он сам, элементами, то есть галогенидах, оксиде, сульфиде, нитриде, гидридах и в соответствующих анионных борат-комлексах. В зависимости от числа σ-связей координационное число бора (III) равно 4 или 3, что соответствует sp3- или sp2-гибридизации его валентных орбиталей.

2s 2p

sp³ тетраэдрическое

sp²

треугольное

Бинарные соединения бора (III) кислотные. Об этом, в частности, свидетельствует характер сольволиза и взаимодействия с основными соединениями. Галогениды типа ВГ3 известны для всех галогенов. Могут быть получены из простых веществ при нагревании. В твердом состоянии галогениды имеют молекулярные решетки. В связи с увеличением длины и уменьшением ее энергии в ряду BF₃ – BCl₃ – BBr₃ – BI₃ устойчивость быстро уменьшается.

Оксид бора (III) В₂О₃ существует в виде нескольких модификаций. В кристаллах В₂О₃ атомы бора находятся внутри равностороннего треугольника ВО₃ либо тетраэдра ВО₄ из атомов кислорода. Легко переходит в стеклообразное состояние и очень трудно кристаллизуется. Как кислотный оксид В₂О₃ энергично реагирует с образованием борной кислоты Н₃ВО₃.

Гидриды бора по способу получения и по свойствам напоминают силаны. Обычно смесь боранов с водородом получается действием кислот на некоторые химически активные бориды.

6MgB₂ + 12HCl = H₂ + B₄H₁₀ + 6MgCl₂ + 8B

Ортоборат кислорода имеет слоистую решетку, в которой молекулы Н₃ВО₃ связаны в плоские слои за счет водородных связей, а сами слои связаны межмолекулярными связями. Поэтому в твердом состоянии Н3ВО3 – чешуйки жирные на ощюпь. Ортоборат водорода сравнительно малорастворим в воде. Ортоборная кислота – очень слабая, одноосновная. При нагревании теряет воду, переходя в полимерные метабораты водорода НВО₂, а затем в В₂О₃.

Опыт №5

Получение окрашенных стекловидных соединений бора – боратов металлов (перлов).

На стекло поместили несколько кристаллов буры, нитрата кобальта (II) и сульфата хрома (III). Нагрели на пламени горелки платиновую проволочку с колечком, затем коснулись раскаленным колечком кристаллов буры до их расплавления. Снова нагрели проволоку на пламени. После этого коснулись плавом кристаллов нитрата кобальта (II). Продолжили нагревание до образования однородной массы метабората кобальта Со(ВО₂)₂. Цвет перла – розово-фиолетовый. Таким же образом получили Cr(BO₂)₃ зеленого цвета.

Na₂B₄O₇·10H₂O = Na₂B₄O₇ + 10H₂O

2Na₂B₄O₇ + 2Co(NO₂)₂ = 2Co(BO₂)₂ + 4NaBO₂ + 4NO₂↑ + O₂↑