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