теория 2 сем / Bor_i_alyuminiy

БОР И АЛЮМИНИЙ

Бор и алюминий принадлежат к третьей группе периодической системы Д. И. Менделеева. . • .

Свойства бора и алюминия, которые хотя и находятся в одной группе, существенно различаются. Это объясняется прежде всего тем, что у бора очень маленький радиус атома (91 пм), у алюми» ния он почти в полтора раза больше (143 пм); у бора всего два электрона (Is²) экранируют притяжение внешних электронов ядром, у алюминия экранирующее действи^ оказывают 10 электронов пер­вых двух слоев (Is^s2s 2р^е). Поэтому ионизационные потенциалы бора больше соответствующих потенциалов алюминия; следовательно, восстановительная активность у^ бора выражена слабее.

Если сравнить радиусы ионов с зарядом +3, то у бора (20 пм) он почти'В три раза меньше, чем у алюминия (57 пм), вследст­вие этого напряженность электрического поля у иона бора почти в 8 раз больше, чем у иона алюминия. Ион бора оказывает очень сильное поляризующее действие на атомы и ионы, что обусловли­вает большую долю ковалентности связей в соединениях бора. В соединениях алюминия заметна большая степень ионности связи. Так, А1СЬ по свойствам близок к солям, ВС1з—галогенангидрид. В водных растворах солей алюминия А1С1з, А1(NОз)з, А1₂(SО₄)з при электролитической диссоциации образуется гидратированный ион А1³⁺ При взаимодействии ВСЬ с водой образуются две кислоты:

ВС1₃ + ЗН₂О ——> НзВОз + ЗНС1

Для бора не характерны соединения, в которых он входит в состав катионов, но весьма типичны такие анионы, как ВО₂ и ВО₃^з Все эти примеры показывают, что бор — неметалл, а алюминий — металл.

Одним из методов получения бора является металлотермия.

B₂O₃+3Mg ——>3MgO+2B Одновременно с основным процессом проходит реакция образования

боридов магния, например, MgB₂, MgB₄ и MgBs. Чтобы отде­лить полученный бор от избытка магния и боридов магния, плав растворяют в хлористоводородной кислоте. Оксида бора в плаве практически . нет, так как магний берут в избытке, бор в кислоте не растворяется. Прочие твердые компоненты реагируют с хлористо­водородной кислотой и переходят в раствор

Mg + 2HCl —— > MgCl₂ + H₂ MgO+2HCl —— >- MgCl₂ + H₂O 6MgB₂+12HCl —— H2 + B,H_IO + 6MgCl₂+8B Электронодефиигитные, молекулы гидридов бора (бороводороды, бораны) легко вступают в реакции с многими соединениями, напри­мер кислородом, образуя продукты с двухэлектронными двухцент-ровыми связями

2B₄Hio+llO₂ —— >- 4В₂Оз+10Н₂О

В₂Н₆ + ЗО₂ —— >- В₂О₃ + ЗН₂О

Борный ангидрид при взаимодействии с водой образует ортоборную кислоту. Эта кислота малорастворима в воде, с

повышением тем­пературы растворимость ее возрастает.

ЗН₂О + В₂О₃ —— >• 2Н-₃ВО₃

Борная кислота очень слабая , поэтому легко выделяется

большинством других кислот из растворов своих солей :

Na₂B₄O₇ + 2HCI + 5H₂O —— 2NaCI + 4H₃BO₃ В воде растворимы только бораты наиболее активных одно­валентных металлов. При нейтрализации щелочью раствора орто-борной кислоты получается тетраборат, .который избытком щелочи * может быть переведен в метаборат:

2КОН + 4Н₃ВОз —— К₂В₄О₇ + 7Н₂О 2КОН+К₂В₄О₇ —— 4КВО₂ + Н₂О

Ортобораты неизвестны.

При нагревании кристаллической ортоборной кислоты с солями летучих кислот последние выделяются в газообразном состоянии:

KCl+H3BO3 -> HCl+KBO2+H2O

Алюминий самый распространенный в природе металл. Он вхо­дит в состав различных природных алюмосиликатов. Алюминий представляет собой серебристо-белый металл с т. пл. 660 ° С и т. кип. 2327 °С, пластичен, тягуч, обладает высокой тепло- и электропро­водностью. Из-за высокой химической активности быстро покры­вается на воздухе оксидной пленкой. Эта пленка, несколько умень­шающая металлический блеск, весьма тонкая (1-10~5 мм), но проч­ная и эластичная. Она и предохраняет алюминий от окисления. Чтобы повысить коррозионную устойчивость алюминия, его поверх­ность пасснвируют действием соответствующих окислителей (К2Сг2О7, конц. HNO3) или анодным окислением. Устойчивость алюминия по­вышается благодаря тому, что толщина плотной оксидной пленки на его поверхности увеличивается до 0,02 — 0,03 мм.

Алюминий имеет очень большое сродство к кислороду. На этом свойстве основано его применение в алюмотермин.

Алюмотермия — это реакция термического взаимодействия измельченного оксида металла с порошковым алюминием. Она при­меняется для восстановления ряда металлов (Са, Sr, Ba, Мn, Сг, W, V и др.) из их оксидов.

При комнатной температуре алюминий вступает во взаимо­действие с хлором и бромом, а при нагревании — с серой, азотом и углеродом. С иодом алюминий реагирует или при нагревании, или в присутствии катализатора, катализатором этой реакции является вода:

2А1+ЗI2 —— 2АI3

Соединения алюминия с водородом получаются только косвенным путем.

Алюминий находится в третьем периоде периодической системы между типичным металлом — магнием и неметаллом — кремнием. Этим объясняется амфотерность алюминия, а также его оксида и гидроксида.

Алюминий и его оксид и гидроксид взаимодействуют как с кислотами, так и с щелочами. Ион А13

+ в растворе обычно про­являет ь'р3й2-гибридизацшо и имеет координационное число 6.Реакции с щелочами при сплавлении протекают таким образом: 2AI+6KOH ——>- 2КзАЮ3+ЗН2 А12О3+2КОН ——v 2KA1O,+H2O А1(ОН)3+КОН ——>• КА1О2+2Н2О

при избытке щелочи

' 2А1+6КОН + 6Н20 ——>- 2Кз[А1(ОН)6]+ЗН2

А12О3+6КОН+ЗН2О ——> 2Кз[А1(ОН)6] [Ai(OH)3(H2O)3]+3KOH ——> Кз[А1(ОН)6]+ЗН20

Соли алюминия в растворе гидролизуются. Если соль обра­зована сильной кислотой (сульфат, нитрат, хлорид и др.), то гидролиз обратимый.