III. S KU P I N A III. S K U P I N A III.

Download Report

Transcript III. S KU P I N A III. S K U P I N A III.

III. S KU P I N A
III. S K U P I N A
III. skupina – 3 elektrony
konfigurace s2p1
Prvek
X
I
b. t. (K)
b. v. (K)
B
2,04
718
2570
2820
Al
1,47
573
930
2770
Ga
1,82
578
303
2340
In
1,49
559
429
2370
Tl
1,44
588
577
1660
Oxidační čísla prvků III. skupiny
–3
B
+3
Al
+3
Ga
+3
In
+3
Tl
+1
(+3)
--- Si
--- Tl+ (alkalické kovy)
BOR B
B
– 1,6 · 10–3 ,
sassolin
H3BO3
borax
Na2B4O5 · (OH)4 · 8 H2O
Příprava boru:
B2O3 + (Na/Al)  B (AlB12)
800 °C
2 BCl3 + 3 Zn  2 B + 3 ZnCl2
1300 °C
2 BBr3 + 3 H2  2 B + 6 HBr
2 BI3  2 B + 3 I2
Struktura elementárního boru
B12 – ikosaedr
Vlastnosti boru
Chemické vlastnosti
4 B + 3 O2  2 B2O3
t > 800 °C
 2 BN
2 B + 3 X2  2 BX3
2 B + N2
H2O + B + HNO3  H3BO3 + NO
2 B + 6 NaOH  2 Na3BO3 + 3 H2
2 B + Fe2O3  B2O3 + 2 Fe
Binární sloučeniny BX3 , B2O3 , B2S3
s kovy – boridy,
s vodíkem – borany
Halogenidy boru
BX3
sp2
BF3 – g – b.v. 172 K
3 CaF2 + 3 H2SO4 + B2O3  BF3 + CaSO4 + 3 H2O
BF3 + HF  HBF4
(ClO4–)
BCl3 – b. v. 285 K
AlCl3 (AlBr3) + BF3  BCl3 (BBr3)
B2O3 + 3 C + 3 Cl2  2 BCl3 + 3 CO
3 H2O + BCl3  B(OH)3 + 3 HCl
BBr3 – b. v. 364 K
BI3 – b. t. 316 K
Halogenidy boru
Cl
B2Cl4
Cl
B
2 BCl3 + Hg  B2Cl4 + HgCl2
B4Cl4
Cl
B
Cl
Halogenidy boru
Sloučenidy boru s kyslíkem
Oxidy
H3BO3  HBO3  B2O3
boraxová perlička
CuO + B2O3  Cu(BO2)2
HBO2 ; H3BO3 + estery
.
H3BO3 + H2O  B(OH)4– + H+
H3BO3
B2O3
Borax
Na2B4O7 · 10 H2O
2–
BORIDY
(a)
M3B
(b)
(c)
M3B2
MB
(d)
Ru11B8
(e)
(f)
M3B4
MB2
Idealizované obrazce řetězení atomů boru
v boridech bohatých na kov
BORIDY – příklady řetězení
a) Izolované atomy B:
Mn4B; M3B (Tc, Re, Co, Ni, Pd); Pd5B2;
M7B3 (Tc, Re, Ru, Rh); M2B (Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni)
.
b) Izolované dvojice B2:
Cr5B3; M3B2 (V, Nb,Ta)
.
c) Pilovitě uspořádané řetězce atomů B:
M3B4 (Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mn, Ni);
MB (Ti, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni)
.
d) Rozvětvené řetězce atomů B:
Ru11B8
.
e) Dvojité řetězce atomů B:
M3B4 (V, Nb, Ta, Cr, Mn)
.
f) Pilovitě uspořádané řetězce atomů B:
MB2 (Mg, Al, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W,
Mn, Tc, Re, Ru, Os, U, Pu); M2B5 (Ti, Mo, W)
Boridy
Atomy boru jsou často obklopeny
trojbokými hranoly atomů kovů:
Idealizované okolí boru v boridech bohatých na kov –
atomy B jsou často ve středech trojbokých hranolů atomů kovů.
Boridy bohaté borem
rozmanité stechiometrie
MB6: oktaedry B6
M10B11
.
MB12: ikosaedry B12
MB66: propojeno 6 ikosaedrů
nestechiometrické
Boridy – příklady struktur
TiB2
Cr3B4
CaB6
ZrB12
Boridy
Vlastnosti a využití boridů
Pozoruhodné vlastnosti
Ti
b. t. ~ 1 800 °C
TiB2 b. t. ~ 3 000 °C
elektrická vodivost
5 větší než u Ti
TiB2 , ZrB2 , CrB2
– turbínové lopatky,
raketové trysky
.
BeB2 – B4C  neprůstřelné vesty, štíty letadel
Karbid boru
4 BCl3 + 6 H2O + C (vlákna)  B4C + 12 HCl
vlákna
Letecký průmysl – Airbus, Boeing
.
Boridy – MgB2
Boridy
BORANY
Stock 1914 – 1920
Mg3B2 + HCl  B2H6 , B4H10 , B5H9 ,
B5H11 , B6H10 , B10H14
Nejjednodušší boran – BH4–
– jen aniont
Na[BH4]
6 LiH + 8 Et2O · BF3  6 LiBF4 + B2H6 + 8 Et2O
2 B5H11 + 2 H2  2 B4H10 + B2H6
B2H6 + 2 NaH  2 Na[BH4]
BORANY – klasifikace
1) BnHn+2
BnHn2–
.
2) BnHn+4
.
– closo – uzavřené polyedry
– většinou aniontová forma
– stabilní B6H62– , B12H122–
– nido – otevřené, chybí 1 vrchol
– stabilní B2H6 (g) ,
B5H9 , B6H10 , B8H12 (l) , B10H14 (s)
3) BnHn+6
– arachno – chybí 2 vrcholy
– nestabilní B4H10 (l).
4) BnHn+8
– hypho – chybí 3 vrcholy
– velmi nestabilní
.
5)
– conjuncto – spojení předchozích typů
Borany
Porovnání stability nido- a arachno- boranů
při reakci s vodou:
B 5 H9
B5H11
+ H2O 
po zahřátí rozklad 420 K
za studena rozklad 300 K
Borany – struktura
tetraedr
BH4–
B 2 H6
Třístředová vazba v boranech
TMO
2B 
B 2 H6


  
H
proti-vazebný
nevazebný
vazebný
H
B
B
Třístředová vazba v boranech
B
H
B
y1
B
y3
j 1 – j2
B
B
y2
j1 j2
j3
y1
j 1 + j2
y2
y3
y1
y2
y3
Borany – closoB12H122–
B6H62–
Borany – closo-
B20H16
Borany – nido-
B6H10
B10H14
Borany – arachno- a nidoarachno-B5H11
nido-B5H9
Karborany
Příprava:
B10H14 + 2 Et2S  B10H12(Et2S)2 + H2
B10H12(Et2S)2 + C2H2  C2B10H12 + 2 Et2S + H2
1,2-C2B10H14
2,3-C2B4H8
Sloučeniny boru a dusíku
B+N
BN
borazol
Sloučeniny boru a dusíku
Sloučeniny boru a dusíku
[rBN = 1,446 Å]
hexagonální
Sloučeniny boru a dusíku
(a)
(b)
(c)
(d)
Sloučeniny boru a dusíku
kubický
[rBN = 1,56 Å]
(struktura diamantu)
HLINÍK Al
Al
– 7,45 % , bauxit (převážně hydratovaný Al2O3)
4 Al + 3 O2  2 Al2O3
2 Al + 3 H2SO4  Al2(SO4)3 + 3 H2
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O  2 Na[Al(OH)4] + 3 H2
Al2O3 + NaOH  Na[Al(OH)4]
Výroba:
160 °C, 50 atm.
bauxit + NaOH  NaAlO2
TiO2 , Fe2O3
zředění  Al2O3
Al2O3 + Na3AlF6 + C  Al + CO + ( F2 , HF )
Hydridy hliníku
LiAlH4
4 LiH + AlCl3  Li[AlH4] + 3 LiCl
3 Li[AlH4] + AlCl3  3 LiCl + AlH3
Li[AlH4] + 4 H2O  Li[Al(OH)4] + 4 H2
AlH3 – polymerní struktura,
– třístředová vazba
Sloučeniny hliníku
Halogenidy
AlF3 – koordinační číslo 6 ; [Al(H2O)6]Cl3
AlCl3
AlCl4–
Al2Cl6
Al2(SO4)3
MIAl(SO4) · 12 H2O
Aqua a hydroxokomplexy hliníku
 Al (H O) 
2

6

3
+ H+
pH ≤ 6
3–7
 Al OH  3  – H+
 H 2O  3  + H+


pH 5 – 9
 Al



+ H+
4–8
 Al

– H+
+ H+
 Al

– H+
OH  5 
 H 2O  
velké

OH2
Al
HO
2
OH  2 
 H 2O  4 
– H+
+ H+

OH2
H2O
[Al(OH)(H2O)5]2+ [Al(OH)(H2O)5]2+
– H+
+ H+
3
velmi velké
H2O
H
H2O
– 2 H2O

 Al (OH) 

6

H2O
OH2
H2O
+
Al
H2O

OH  
 H 2O  5 
2
H2O
OH
H2O
OH  4 
 H 2O  2 
> 6
H2O
H2O
 Al

– H+
OH2
O
Al
Al
O
H2O
OH2
H
H2O
H2O
[Al2(OH)2(H2O)8]4+
Struktura aqua a hydroxokomplexů hliníku
[Al(H2O)6]3+
[Al2(OH)2(H2O)8]4+
[Al3(OH)4(H2O)9]5+
[Al13O4(OH)24(H2O)12]7+