Grupa 13
Borowce
Grupa 13
Borowce
Właściwości fizyczne
Właściwości atomów
Konfiguracj
a
elektronowa
Stopnie
utlenieni
a
Promień
atomu i jonu
[nm]
Suma en.
jon.
I
1
+I
2
+I
3
[kJ/mol]
Elektroujemność
w skali Paulinga
B
2s
2
p
1
+3
0.080
(0.020)
6764
2.0
Al
3s
2
p
1
(+1)
+3
0.125
(0.052)
5114
1.5
Ga
3d
10
4s
2
p
1
+1
+3
0.125
(0.060)
5500
1.6
In
4d
10
5s
2
p
1
+1
+3
0.150
(0.081)
5066
1.7
Tl
4f
14
5d
10
6s
2
p
1
+1
+3
0.155
(0.095)
5413
1.8
Dlaczego w roztworze wodnym kowalencyjny
AlCl
3
dysocjuje na jony?
H
hydr
= -5808 kJ/mol
3
1
i
kJ/mol
5114
I
i
Dlaczego uwodniony jon glinu hydrolizuje?
Al
3+
O
2-
H
+
H
+
przyciaganie
odpychanie
[Al(H
2
0)
6
]
3+
[Al(H
2
0)
5
(OH)]
2+
+ H
+
Potencjały red-oks
w środowisku kwaśnym
Potencjały red-oks
w środowisku zasadowym
Właściwości chemiczne
Tlenek boru
• H
3
BO
3
→ HBO
2
→ B
2
O
3
• CoO + B
2
O
3
→ Co(BO
2
)
2
- perła boraksowa
• B
2
O
3
+ P
2
O
5
→ 2 BPO
4
•
0
.
9
]
)
(
[
4
2
3
3
a
pK
OH
B
H
O
H
BO
H
Struktura kwasu ortoborowego
Metaoksoborany
Boraks
• NaBO
2
+ H
2
O
2
→ NaBO
3
*H
2
O peroksoboran (wybielacz optyczny)
Tlenek glinu
• Al
2
O
3
*H
2
O – boksyt
• Tlenek glinu domieszkowany jonami metali bloku d tworzy
efektowne kryształy kamieni szlachetnych:
• a) rubin (Cr
3+
) b) szafir (Fe
3+
i Ti
4+
) c) topaz (Fe
3+
)
Tlenek i wodorotlenek glinu
kJ/mol
1700
ΔG
3
2
O
tw.Al
Fe
2
O
3
+ 2 Al → 2 Fe + Al
2
O
3
- 846 kJ/mol
(aluminotermia)
Al(OH)
3
+ 3 H
+
→ Al
3+
+ 3 H
2
O
Al(OH)
3
+ OH
-
→ [Al(OH)
4
]
-
Tlenek i wodorotlenek galu(III) również są amfoteryczne.
Tlenki i wodorotlenki Indu(III) i talu(III) są zasadowe.
Tal tworzy także wodorotlenek TlOH, który jest dość dobrze
rozpuszczalny i jest stosunkowo mocną zasadą
Wodorki boru
B
n
H
n+4
B
n
H
n+6
B
2
H
6
diboran B
4
H
10
tetraboran
B
5
H
9
pentaboran-9 B
5
H
11
pentaboran-11
B
10
H
14
dekaboran-14 B
9
H
15
nonaboran-
15
B
10
H
16
dekaboran-16
Struktura diboranu
B
H
H
B
H
H
H
H
.
.
.
.
Reakcje diboranu z amoniakiem
B
2
H
6
+
2 NH
3
nadmiar NH
3
niska temp.
B
2
H
6
*
2 NH
3
nadmiar NH
3
wysoka temp.
(BN)
x
azotek boru
B
3
N
3
H
6
borazol
stosunek
stechiometryczny
Struktura borazolu
N
H
B
H
N
H
BH
NH
B
H
N
H
+
B
N
H
+
B
NH
+
B
H
H
H
Nieorganiczny benzen
• Znacznie trwalsze od borowodorów są hydroborowodory –
związki kompleksowe zawierające anion BH
4-
• 4 NaH + B(OCH
3
)
3
→ Na[BH
4
] + 3 NaOCH
3
• Są one stosowane w syntezie organicznej jako silne
reduktory
• Podobne związki tworzy też glin:
• 4 LiH + AlCl
3
→ Li[AlH
4
] + LiCl
• Glinowodorek litu redukuje grupy funkcyjne związków
organicznych nie naruszając wiązania podwójnego
Trójfluorek boru
B
F
F
F
B
F
+
F
F
B
F
F
+
F
B
F
F
F
+
B
F
F
F
**
**
**
3
3
3
3
BF
N
H
BF
N
H
Trójchlorki
Al
Cl
Cl
Cl
Cl
Al
Cl
Cl
AlCl
3
, AlBr
3
, GaCl
3
mają charakter kowalencyjny i w stanie
bezwodnym występują w formie dimerów. Struktura
dimeryczna jest zachowana w rozpuszczalnikach niepolarnych.
GaCl
3
+ Ga → 2 GaCl
2
Ga
+
[GaCl
4-
]
AlCl
3
+ 2 Al → 3 AlCl
Kompleksy
Kompleksy proste: Li[AlH
4
], Na[BF
4
], [GaCl
6
]
3-
, [InCl
6
]
3-
Kompleksy chelatowe:
Al
3+
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Al
3+
N
O
N
O
N
O
Otrzymywanie boru
Na
2
B
4
O
7
*10H
2
O
kwas
H
3
BO
3
B
2
O
3
Na lub Mg
temp.
B
boraks
kwas ortoborowy
Otrzymywanie boru krystalicznego:
2 BCl
3
+ 3H
2
→ 2 B + 6 HCl
2 BJ
3
→ 2 B + 3 J
2
(metoda Van Arkela)
Zastosowania boru i jego związków
• Dodatek uszlachetniający do stali
• Produkcja:
– specjalnych gatunków szkła
– włókna szklanego
– preparatów impregnujących drewno
– środków piorących
– peroksoboranów (wybielaczy optycznych)
Otrzymywanie metalicznego glinu z boksytu
Al
2
O
3
*H
2
O
Etapy otrzymywania:
1.
Działanie na boksyt roztworem NaOH
3H
2
O + 2 NaOH + Al
2
O
3
→ 2 Na[Al(OH)
4
]
2.
Wytrącanie Al (OH)
3
Al(OH)
4-
+ CO
2
→ Al(OH)
3
+ HCO
3-
3.
Prażenie
2 Al(OH)
3
→ Al
2
O
3
+ 3 H
2
O
4.
Stapianie z Na
3
[AlF
6
], NaF i CaF
2
5.
Elektroliza
Elektroliza stopionej mieszaniny
Al
2
O
3
z
kriolitem
• Reakcja katodowa: Al
3+(stop.)
+ 3 e → Al
(c)
• Reakcja anodowa: 2 O
2-(stop.)
+ C → CO
2 (g)
+ 4e
• Reakcja sumaryczna: 4 Al
3+(stop.)
+ 6 O
2-(stop.)
+ 3 C → 4 Al
(c)
+ 3 CO
2 (g)
Zastosowania glinu
• Stopy glinu z innymi metalami dają doskonałe materiały
konstrukcyjne
• Wyrób przewodów elektrycznych i sprzętu elektrycznego
• Wyrób przedmiotów codziennego użytku (garnki)
• Wyrób farb i materiałów pirotechnicznych