Iiia. Элементы iiia подгруппы

Элементы IIIA подгруппы относятся к р-элементам, их атомы имеют структуру внешнего электронного уровня ...s²р¹. Они все проявляют валентность +3, а для таллия более характерна валентность +l.

Бор

Бор - единственный элемент, имеющий менее четырех электронов на внешнем уровне и не являющийся металлом. Это объясняется небольшим размером его атома при сравнительно большом заряде ядра.

Полупроводниковые свойства кристаллического бора были открыты еще в 1909 г. Свойство фотопроводимости было описано в 1934 г., а кривые поглощения инфракрасных лучей, подтверждающие полупроводниковые свойства бора, опубликованы в 1953 г. Несмотря на ранние открытия полупроводниковых свойств, бор до сих пор остается наименее изученным полупроводниковым элементом. Конечно, эта особенность определяется состоянием и уровнем технологии получения монокристаллов подходящего размера и нужной чистоты. Итак, бор неметалл, химически малоактивен. С большинством веществ он реагирует при высокой температуре. Отношение его к простым и сложным соединениям можно представить схемой:

Оксид бора В₂О₃ обладает кислотными свойствами. Ему соответствуют кислоты хВ₂О₃·уН₂О. Наиболее распространены H₃BO₃ - орто-, НВО₂ - мета- и Н₂В₄O₇ - тетраборная кислоты, из которых последняя не выделена в свободном состоянии. Соли получены только для двух последних форм, т.е. метабораты и тетрабораты. Из подкисленных растворов этих солей выпадают сравнительно малорастворимые в холодной воде кристаллы ортоборной кислоты:

Na₂B₄O₇ + Н₂SO₄ + 5Н₂О = 4Н₃ВО₃ + Na₂SO₄.

H₃BO₃ - слабая кислота (константа диссоциации по первой ступени K₁ = 5,8·10^-10).

Водные растворы боратов вследствие гидролиза имеют сильнощелочную реакцию среды. Так, при гидролизе буры Na₂B₂O₇ образуется эквивалентное количество щелочи

Na₂B₄O₇ + 7Н₂О = 2NaOH+ 4Н₃BO₃,

что широко используется в практике аналитической химии для приготовления рабочих растворов щелочи.

Алюминий, галлий, индий, таллий

Алюминий - легкий, серебристо-белый металл. Химическая активность зависит от чистоты металла и состояния поверхности. Чистый алюминий с трудом растворяется в разбавленных кислотах (СН₃СООН, НСl, H₂SO₄, Н₃РO₄), не взаимодействует с холодными концентрированными HNO₃ и Н₂SO₄. Технический алюминий довольно легко растворяется в кислотах. Оксидная защитная пленка предохраняет его от взаимодействия с водой, однако эта пленка легко растворяется в щелочи и тогда алюминий разлагает воду:

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[AI(OH)₄]

2Аl + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[AI(OH)₄] + 3H₂↑.

Взаимодействие алюминия с простыми и сложными веществами можно представить схемой:

Соли алюминия в водных растворах сильно гидролизованы. Реакция среды зависит от типа растворенной соли: кислая - в растворах солей катионного типа:

АlСl₃+ НОН ⇄ АlOНСl₂ + НСl,

щелочная - в растворах солей анионного типа:

NaAlO₂ + 2НОН ⇄ Аl(ОН)₃ + NaOH.

Сульфид и карбонат алюминия не могут быть получены в водном растворе, так как подвергаются полному гидролизу:

2АlСl₃ + 3Na₂S + 6Н₂О = 2Аl(ОН)₃↓ + 3H₂S↑ + 6NaCl;

2АlСl₃ + 3Na₂CO₃ + 3Н₂О = 2Аl(ОН)₃↓ + 3СО₂↑ + 6NaCl.

Галлий и индий по химическим свойствам напоминают алюминий, взаимодействуют с простыми и сложными веществами аналогично, проявляя в соединениях степень окисления+3.

Таллий ведет себя иначе. Для него более свойственна степень окисления +1 и по химическому характеру он больше похож на калий:

4Tl + O₂ 2Tl₂O.

Тl₂O₃ получают действием сильных окислителей:

2Тl + 3Н₂О₂ = Тl₂О₃ + 3Н₂О.

Оксид таллия Тl₂O растворим в воде:

Тl₂О + Н₂O = 2TlOH

TlOH является сильным основанием и похож на КОН и NaOH.

Из оксида таллия (III) нельзя получить соли Tl³⁺, так как он является сильным окислителем и восстанавливается до одновалентного:

Тl₂O₃ + 6НСl = 2ТlСl + 2Сl₂ + 3Н₂О.

Таллий не обладает амфотерными свойствами и не растворяется в щелочах.