Головні підгрупи IIIA і IVA груп: B, Al, Ga, In, Tl, C, Si, Ge, Sn, Pb

p -Елементи ІІІА групи у вільному стані уявляють собою метали (крім В).

Бор різко відрізняється від інших елементів підгрупи ІІІА і ньому невеликі радіуси атома і іона, високий іонізаційних потенціал, що характеризує його як неметал.

У стійких сполуках елементи цієї групи проявляють ступінь окислення +3, знаходячись у стані ns ¹ p ² — збудження. Талій, як виняток, має також ступінь окислення +1. Зустрічають в природі лише у вигляді сполук (Ga, In, Tl — рідкі елементи). У вільному стані їх одержують електролізом із розплавів сполук. Бор відрізняється інертністю у звичайних умовах, але при високих температурах безпосередньо взаємодіє з галогенами (ВГ₃), з азотом (ВN). Його сполуки мають найбільше значення в медичній практиці.

У p- елементів IVА групи ПСЕ на зовнішньому рівні міститься чотири електрони ns ² p ², у незбудженому стані непарні лиш два p- електрони. Такому стані відповідає валентність елемента. Яка дорівнює двом, і ступінь окислення +2. Сполуки із ступенем окислення +2 нестійкі, відрізняються високою відновлювального властивістю та реакціями угруповання. Наприклад:

4H₂SO₄ + 2SnCl₂ ® SnCl₄ + Sn(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O

CO + Cl₂ ® COCl₂ (фосген)

У збудженому стані містять чотири непарних електрони. Йому відповідає максимальний ступінь окислення +4. Стійкими є сполуки чотирьохвалентного вуглецю, але в ряду Si—Ge—Sn—Pb міцність аналогічних сполук зменшується (наприклад, для свинцю більш стійкими є сполуки із ступенем окислення +2). Для С і Si характерний також негативний ступінь окислення –4 (гідриди ЕН₄ і інші сполуки).

Вуглець і кремній — неметали. У германію проявляються деякі металічні властивості, а олово і свинець — метали. Вони більш подібні за властивостями один з іншим, ніж германієм (екрануючий вплив (дія) 4 d ¹⁰, 5 d ¹⁰, 4 f ¹⁴ — електронних підрівнів, які знижують притяжіння валентних електронів до ядра атома). Наприклад, за електропровідністю біле олово і свинець — провідники; германій, кремній і сіре олово (a-Sn) — напівпровідники, а вуглець у вигляді алмазу — діелектрик.

У звичайних умовах прості (елементарні) речовини цієї групи інертні, але при нагріванні реагують з воднем, киснем, галогенами, сіркою і іншими елементами. С, Si i Ge утворюють сполуки переважно з ковалентним зв’язком, тоді як ковалентність зв’язків в сполуках Sn i Pb (особливо) виражена недостатньо. СО₂ і SO₂ — кислотні оксиди, GeO₂, SnO₂, i PbO₂ — амфотерні.

Контрольні питання

41. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Na₂B₄O₇ ® H₃BO₃ ® B(OCH₃)₃ ® B₂O₃ ® B ® Mg₃B₂ ® B₂H₆.

42. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Al ® AlN ® Al(OH)₃ ® Na[Al(OH)₄] ® Al₂(SO₄)₃ ® AlCl₃.

43. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: B₂H₆ ® Li[BH₄] ® H₃BO₃ ® Na₂B₄O₇ ® NaBO₂ ® H₃BO₃ ® B(OCH₃)₃.

44. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Al ® Na[Al(OH)₄] ® Al₂(SO₄)₃ ® Al(OH)₃ ® Al₂O₃ ® Al.

45. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: B ® KBO₂ ® H₃BO₃ ® B₂O₃ ® BF₃ ® K[BF₄] ® B ® BN.

46. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Al ® Na[Al(OH)₄] ® Al₂(SO₄)₃ ® AlCl₃.

47. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: H₃BO₃ ® Na₂B₄O₇ ® NaBO₂ ® H₃BO₃ ® B(OCH₃)₃ ® B₂O₃.

48. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Al₄C₃ ® Al(OH)₃ ® Al₂O₃ ® Al ® Na[Al(OH)₄] ® AlCl₃.

49. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: B₂O₃ ® B ® BF₃ ® K[BF₄] ® B ® B₂O₃.

50. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Al ® AlCl₃ ® Al(OH)₃ ® NaAlO₂ ® Al₂(SO₄)₃ ® Al(OH)₃.

51. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: C ® CH₄ ® CO₂ ® Na₂CO₃ ® NaHCO₃ ® CaCO₃ ® CO₂.

52. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: SiO₂ ® Si ® Mg₂Si ® SiH₄ ® SiCl₄ ® SiO₂ ® SiF₄.

53. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Sn ® Sn(NO₃)₂ ® Sn(OH)₂ ® SnCl₂ ® SnCl₄ ® H₂SnO₃ ® SnO₂.

54. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Pb ® K₂[Pb(OH)₄] ® PbO₂ ® PbCl₄ ® PbCl₂ ® PbS ® PbSO₄.

55. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: C ® C₂N₂ ® HCN ® HCOONH₄ ® HCOOH ® CO ® COCl₂.

56. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: SiO₂ ® Si ® SiC ® SiCl₄ ® SiH₄ ® Na₂SiO₃ ® SiO₂×xH₂O.

57. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Pb(NO₃)₂ ® PbO ® Pb(CH₃COO)₂ ® PbO₂ ® Na₂[Pb(OH)₆] ® H₂[Pb(OH)₆] ® PbO₂.

58. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Mg₂Ge ® GeH₄ ® Ge ® GeO₂ ® Na₂GeO₃ ® GeO₂ ® Ba[GeF₆].

59. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: Mg₂Sn ® SnH₄ ® SnO₂ ® Na₂[Sn(OH)₆] ® H₂[Sn(OH)₆] ® H₂[SnCl₆].

60. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити наступні перетворення: (NH₄)₂SnS₃ ® SnS₂ ® SnCl₄ ® H₂[Sn(OH)₆] ® Sn(OH)₄ ® SnO₂ ® K₂SnO₃.

61. Складіть електронні і молекулярні рівняння реакцій: а)алюмінію з розчином лугу, б) бору з концентрованою HNO₃.

62. Який процес називається алюмотермією? Складіть електронні і молекулярні рівняння реакції, на якій засновано використання терміту (суміш Al і Fe₃O₄).

63. Охарактеризуйте гідриди бору (борани), наведіть приклади їх одержання. Який зв’язок одержав назву «бананового зв’язку»?

64. Опишіть хімізм електролітичного одержання алюмінію. Наведіть приклади амфотерних властивостей алюмінію та його оксиду (тригідроксиду).

65. Охарактеризуйте кислоти бора, їх форми, існування у вільному стані. Наведіть приклади взаємодії ортоборної (борної) кислоти з лугами і бури з мінеральними кислотами.

66. Напишіть хімізм реакції одержання гідриду алюмінію (AlH₃) і охарактеризуйте його властивості.

67. Які сполуки бора мають практичне значення у медичній практиці? Охарактеризуйте ці сполуки.

68. Дайте характеристику оксидів і гідроксидів галію, індію і талію. Як змінюються кислотно-основні властивості елементів IIIA підгрупи зверху вниз по групі? Наведіть приклади.

69. Наведіть приклади практичного застосування найважливіших сполук алюмінію, а також галузі їх використання.

70. Дайте коротку характеристику сполукам галію, індію і талію зі ступенем окислення +1.

71. На нейтралізацію продуктів гідролізу фосгену витрачено 27,5 см³ розчину лугу з C_Н=0,524. Обчисліть об’єм (н.у.) фосгену, який піддали гідролізу. Відповідь: 0,161 л.

72. Який об’єм метану CH₄ (у літрах) необхідно спалити, щоб нагріти 1 л води від температури 20°C до кипіння? Термохімічне рівняння реакції горіння метану: CH₄ + 2O₂ ® CO₂ + 2H₂O; DH⁰=–892 кДж. Теплоємкість води дорівнює 4,18 кДж/(кг×°C). Відповідь: 8,4 л CH₄.

73. У виробництві кальцинованої соди аміачним способом водний розчин NаCl насичується NH₃ і CO₂, осад NaHCO₃, що утворюється при цьому, відфільтровують і прожарюють. Обчисліть витрати сировини — об’єм розсолу з вмістом 300 г NаCl на 1 л, NH₃ і CO₂ (у м³ за н.у.), які необхідні для виробництва 1 тонни кальцинованої соди, враховуючи, що лише 2/3 NаCl перетворюється у соду, а CO₂, що утворюється при прожарюванні NaHCO₃, без втрат повертається у виробничий цикл (процес). Відповідь: 5,52 м³; 422 м³ NH₃; 211 м³ CO₂.

74. Обчисліть теплоту утворення SiC на підставі рівняння реакції: SiO₂ + 3C ® SiC + 2CO, DH =510,9 кДж. Теплота утворення SiO₂=–872,2 кДж/моль і CO=–110,5 кДж/моль. Відповідь: –140,3 кДж.

75. Обчисліть середню добову потребу у вапняку содового заводу, що працює за сульфатним способом з середньою місячною продуктивністю 2400 тонн кристалічної соди. При розрахунках прийняти вміст CaCO3 у вапняку 85% і втрати у виробництві 10%. Відповідь: 2,96 тонни.

76. Тальк містить 0,53% водню, 19,22% магнію, 29,63% кремнію та 50,62% кисню. Визначте формулу тальку. Відповідь: 3MgO×4SiO×H₂O.

77. Скільки грамів кремнію, масова частка домішок у якому становить 8%, вступило в реакцію з водним розчином NaOH, якщо при цьому утворилося 5,6 л водню (н.у.)? Відповідь: 3,8 г.

78. Обчисліть об’єм розчину AgNO₃ з C_Н=0,25, який слід витратити для осадження Cl^–, що утворилися в результаті гідролізу 200 см³ фосгену (н.у.). Відповідь: 71,3 см³.

79. Розкладом 14,2 г суміші CaCO₃ і MgCO₃ одержали 6,6 г CO₂. Обчисліть вміст карбонатів кальцію і магнію в суміші. Відповідь: 10 г CaCO₃; 4,2 г MgCO₃.

80. Скільки кілограмів борної кислоти H₃BO₃ і який об’єм 23% розчину Na₂CO₃ (густина 1,25 г/см³) необхідно витратити для одержання 1 тонни бури Na₂B₄O₇×10H₂O? Відповідь: 649 кг; 967 л.