VI. Элементы группы III а. Бор

Из элементов IIIА группы рассмотрим бор. Атомы бора имеют электронную конфигурацию внешнего уровня ns²np¹. В своих соединениях бор обычно трехвалентен.

Бор в виде простого вещества обладает неметаллическими свойствами.

Оксид бора В₂О₃ – бесцветное хрупкое стекловидное вещество, плавящееся при температуре 577 °С. Оксиду бора соответствует ортоборная кислота Н₃ВO₃.

В отличие от обычных кислот кислотные свойства Н₃ВO₃ связаны не с отщеплением протона, а с присоединением гидроксид-иона от молекулы воды, поэтому правильнее описывать ее строение формулой В(ОН)₃:

В(ОН)₃ + Н₂O ↔ [В(ОН)₄]^- + Н⁺.

При нагревании ортоборная кислота, теряя молекулу воды, переходит в метаборную кислоту НВ0₂, а затем в борный ангидрид:

В(ОН)₃ → НВO₂ → В₂O₃.

Соли борных кислот называются боратами. Обычно они являются производными не ортоборной, а метаборной НВ0₂ или тетраборной Н₂В₄O₇ кислот. Среди боратов наибольшее практическое применение находит бура, или тетраборат натрия – прозрачные кристаллы состава: Na₂B₄O₇·10Н₂O. При нагревании бура теряет кристаллизационную воду и переходит в метаборат NaBO₂:

Nа₂В₄O₇·10Н₂O → Na₂B₄O₇ → 2NaBO₂ + B₂O₃.

При прокаливании буры с солями или оксидами некоторых металлов образуются двойные метабораты, которые застывают в виде характерно окрашенных стеклообразных «перлов». Например:

Na₂B₄O₇ + CoO → 2NaBO₂ + Co(BO₂)₂.

В работе изучаются свойства борной кислоты и способность ее солей образовывать с солями переходных металлов окрашенные стеклообразные продукты – «перлы». Вследствие нагревания борная кислота переходит в борный ангидрид, который представляет собой вязкую, вытягивающуюся в нити массу. Соединения бора окрашивают пламя в зеленый цвет (опыты 1, 2).

Образование перлов – окрашенных двойных солей метаборной кислоты – иллюстрируется опытом 3. Метаборат натрия-кобальта имеет синюю окраску, перлы хрома окрашены в зеленый цвет, марганца – в фиолетовый, никеля – в бурый.

Опыт 1. Получение и свойства В₂О₃. Немного борной кислоты в железной ложечке внесите в пламя горелки. Прогрейте ее до получения стеклообразной массы. Прикоснитесь к горячей массе стеклянной палочкой и потяните. Охладите полученный продукт и растворите его в небольшом количестве воды. Добавьте 1-2 капли универсального индикатора и определите pH раствора.

Опыт 2. Окрашивание пламени борной кислотой. Накалите в пламени горелки нихромовую проволочку. Убедитесь, что она не окрашивает пламя. Опустите нагретую проволочку в порошок борной кислоты и внесите в пламя. В какой цвет окрашивает пламя борная кислота?

Опыт3. Получение перлов буры. Нихромовую проволочку накалите в пламени горелки докрасна. Прикоснитесь раскаленной проволочкой к порошку буры и прокалите приставшие к проволочке кристаллики в пламени горелки до тех пор, пока масса не перестанет вспучиваться. Полученный продукт смочите 0,1 М раствором соли кобальта. Снова прокалите нихромовую проволочку в пламени горелки. Аналогично получите перлы с другими металлами. Укажите в табл. 2 цвета образующихся перлов буры. Напишите уравнения реакций.

Таблица 2

Металл, образующий перл	Цвет перла буры
Кобальт
Хром
Медь
Марганец
Никель
Серебро

Вопросы и задания

1. Охарактеризуйте кислотные свойства борного ангидрида и борной кислоты. Укажите основность борной кислоты.

2. Напишите уравнения реакций взаимодействия буры с оксидами марганца (II), хрома (III), никеля.

Задачи

1. Рассчитайте массу В₂О₃, которую можно получить в результате прокаливания 1 г ортоборной кислоты.

2. Сколько килограммов ортоборной кислоты Н₃ВО₃ и какой объем 23% -ного раствора Na₂CO₃ (ρ = 1,25) необходимо затратить для получения 1 т буры Na₂B₄O₇·10Н₂O?

Список литературы

1. Неорганическая химия, в трех томах, под ред. Ю.Д. Третьякова, М.: Академия, 2004.

2. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. М.: МГУ, 1991, 1994. т.1, 2.

3. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М.: Мир, 1969. т. 1, 2, 3.

4. Коренев Ю. М., Григорьев А. Н., Желиговская Н. Н., Дунаева К. М. Задачи и вопросы по общей и неорганической химии. М.: Мир, 2004, 365 с.

5. Лидин Р. А., Аликберова Л. Ю., Логинова Г. П. Общая и неорганическая химия в вопросах. М.: Дрофа, 2004, 303 с.

6. Гольбрайх З. Е, Маслов Е. И. Сборник задач и упражнений по химии. М.: Астрель, 2007, 383 с.

7. Романцева Л. М., Лещинская З. Л., Суханова В. А. Сборник задач и упражнений по общей химии. М.: Высшая школа, 1980, 228 с.

8. Практикум по общей химии. М.: МГУ, 2005, 335 с.

70

70