Лекция № 6. Элементы IIIA-подгруппы

Элементы IIIA-подгруппы: бор - B, алюминий - Al, галлий - Ga, индий - In и таллий - Tl. Общая электронная формула их атомов - ns²np¹ - обуславливает образование этими элементами соединений в степени окисления +3. С увеличением порядкового номера наряду с данной степенью окисления становится возможным проявление степени окисления +1. Для таллия степень окисления +1 наиболее характерна за счет устойчивости конфигурации 6s².

Увеличение эффективного атомного радиуса и уменьшение электроотрицательности при переходе от бора к таллию приводит к нарастанию металлических свойств простых веществ. Так бор - неметалл, алюминий - активный металл, соединения которого проявляют амфотерные свойства, а таллий – активный металл, напоминающий щелочные металлы.

Бор

Бор - довольно распространенный элемент земной коры (кларк 6×10^-4 мол.%), представлен в природе двумя изотопами: ¹⁰B (20%) и ¹¹B (80%). Основные минералы: бура - Na₂B₄O₇×10H₂O, кернит - Na₂B₄O₇×7H₂O, сасолин - H₃BO₃.

По сравнению с ранее рассмотренными элементами второго периода у бора наблюдается ослабление признаков неметаллического элемента. В этом отношении он напоминает кремний (диагональное сходство в периодической системе). Для бора наиболее характерны соединения со степенью окисления +3, отрицательные степени окисления проявляются редко; с металлами бор обычно образует соединения нестехиометрического состава.

Элемент бор образует несколько аллотропных модификаций, в основе которых лежит группировка B₁₂ в форме правильного двадцатигранника - икосаэдра. Модификации отличаются способом связывания икосаэдров друг с другом. Кристаллы бора черного цвета, тугоплавки (т.пл. 2300 °С), обладают полупроводниковыми свойствами.

Получают бор, восстанавливая его активными металлами из соединений, или пиролизом бороводородов:

t t

B₂O₃ + 3Mg = 3MgО + 2B; NaBF₄ + 3Na = 4NaF + B

t

B₂H₆ = 2B + 3H₂

Химические свойства. Бор - химически инертное вещество, в обычных условиях реагирует только со фтором:

2B + 3F₂ = 2BF₃

При нагревании до 400 - 700 °С реагирует с кислородом, серой, хлором и активными металлами:

4B + 3O₂ = 2B₂O₃; 2B + 3S = B₂S₃;

1200 °С

2B + N₂ ¾® 2BN

нитрид бора

Бор обладает очень высоким сродством к кислороду, поэтому энергично реагирует с многими оксидами:

t

4B + 3SiO₂ = 3Si + 2B₂O₃

С водой бор не реагирует, но окисляется концентрированной серной и азотной кислотами, щелочи растворяют бор только в присутствии окислителей.

t

B + 3HNO₃(конц) = H₃BO₃ + 3NO₂­;

2B + 2KOH + H₂O₂ = 2KBO₂ + 2H₂­

метаборат калия

Основная область применения бора - атомная энергетика. Изотоп ¹⁰B имеет очень большое сечение захвата нейтронов. По поглощающей способности слой бора-10 толщиной 1 см эквивалентен 20 см свинца или 5 м бетона. В то же время изотоп ¹¹B один из самых прозрачных для нейтронов материалов. Значительное количество бора идет на легирование сплавов, которым он придает твердость и коррозионную устойчивость.