VII. BOROWCE

1. Właściwości ogólne

	Bor	Glin	Gal	Ind	Tal
elektro- ujemność	2,01	1,47	1,82	1,49	1,44
	niemetal	metale
			s	px	py	pz
struktura elektronowa s^2p^1:			↓↑	↑

- stopnie utlenienia: +3 i +1

- w miarę wzrostu masy atomowej wzrasta tendencja do oddawania tylko jednego elektronu (efekt nieczynnej pary elektronowej)

- bor dysponuje jedynie orbitalami typu s i p, pozostałe borowce również orbitalami typu

Podobieństwo diagonalne (po przekątnej):

Be B C

Mg Al Si

Skutek: bor jest bardziej podobny do krzemu niż do glinu

	T.topn., K	E^o,V (Me^3+/Me)	gęstość kg/dm^3
B Al Ga In Tl	2300 932 312 429 577	- -1,67 -0,53 -0,35 +1,25^*	2,34 2,70 5,90 7,30 11,8

^* Me³⁺/Me⁺

2. Bor

Stanowi 1 ⋅ 10^-3 % skorupy ziemskiej. Występuje jako

- kwas oksoborowy - H₃BO₃ (gorące źródła, wulkany)

- oraz boraks - Na₂B₄O₇ ⋅ 10H₂O

Otrzymywanie boru :

B₂O₃ + 3Mg = 2B + 3MgO ΔH^o = -532 kJ/mol

Właściwości - bor to bardzo twardy niemetal → w skali Mosha→"9"

Skala Mosha:

1 talk 6 ortoklaz

2 gips 7 kwarc

3 kalcyt 8 topaz

4 fluoryt 9 korund

5 apatyt 10 diament

Alotropia boru

Trzy odmiany alotropowe boru - to 2 odmiany romboedryczne α i β oraz 1 odmiana tetraedryczna. Wszystkie zbudowane są z IKOSAEDRÓW (20-to ścianów). Różnią się sposobem powiązania tych IKOSAEDRÓW.

Struktura

ikosaedru - B₁₂

l.k. boru = 5

3. Połączenia boru z wodorem

Są to BORANY (borowodory)

B2H6, B5H9, B8H12, B16H20	BnHn+4
B4H10, B6H12, B10H16	BnHn+6
B8H16, B10H18	Inne

Brak BH₃ → znany jest jedynie addukt BH₄^- , tj. anion tetrahydroboranu

Otrzymywanie diboranu:

4BCl₃ + 3LiAlH₄ = 2B₂H₆ + 3LiAlCl₄

Hybrydyzacja orbitali elektronowych obu atomów boru jest typu sp³

Następuje nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali obu atomów boru na orbital 1s wodoru (położony pomiędzy atomami boru) - powstaje zdelokalizowany orbital trójcentrowy, tzw. orbital bananowy.

Liczba elektronów walencyjnych: 2 x 3 + 6 x 1 = 12 el.

Gdyby były wyłącznie wiązania typu σ to 8 x 2 = 16 el.

Borany są związkami elektronowo "deficytowymi"

Budowa cząsteczek C₂H₆ i B₂H₆ - porównanie !

Poliborany:

370 - 520 K

B₂H₆ + H₂ POLIBORANY

NaBH₄, LiBH₄ → tetrahydroborany

NaB₂H₇, NaB₃H₈ → hydrodi- i hydrotriborany sodu

B₁₀C₂H₁₂ → karboboran

4. Tlenowe kwasy boru → pochodne B₂O₃

HBO₂ - kwas metaborowy

H₃BO₃ - kwas ortoborowy

Kwas metaborowy powstaje:

400 K

H₃BO₃ HBO₂ + H₂O

HBO₂ jest nietrwały w roztworze wodnym:

HBO₂ + H₂O = H₃BO₃

Kwas H₃BO₃ jest b. słabym kwasem jednoprotonowym:

H₃BO₃ + 2H₂O = [B(OH)₄]^- + H₃O⁺

Sole kwasów borowych to OKSOBORANY

Najważniejsza sól boru:

Na₂B₄O₇ ⋅ 10H₂O - BORAKS

Perła boraksowa - stopiony boraks rozpuszcza liczne tlenki metali ciężkich dając charakterystyczne zabarwienie

5. Związki boru z azotem, fosforem, węglem i metalami

BN - azotek boru (struktura grafitu) "biały grafit"

Warstwa BN

B₃N₃H₆ - borazyna - podobieństwo do benzenu:

BP - fosforek boru - sieć diamentu

Borki : Me_nB_m

1) Odporne na czynniki chemiczne

2) Wysokie temperatury topnienia; > 2300 K

Zastosowania:

1) dysze rakiet

2) elektrody pracujące w wysokich temperaturach

6. Glin

7,4 % mas. w skorupie ziemskiej (3-ci pierwiastek)

Minerały :

korund - odmiana Al₂O₃

ortoklas - KAl[Si₃O₈]

bemit - AlO ⋅ OH → gł. składnik boksytów

kriolit - Na₃AlF₆

Pozostałe metale tj. gal, ind i tal występują w małych ilościach, tj. 10^-3 - 10^-5 % → nie tworzą własnych minerałów.

Otrzymywanie aluminium → elektroliza Al₂O₃ w stopionym Na₃AlF₆ w 1220 K

Katoda : Al³⁺ + 3e = Al

Anoda : 2OH^- = H₂O + 1/2 O₂ + 2e

Wysoki koszt energii.

W USA 5% energii zużywana jest na produkcję aluminium

→ odzysk zużytego Al.

Glin roztwarza się w kwasach i zasadach :

2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂

Al + 2OH^- + 6H₂O = 2[Al(OH)₄]^- + 3H₂

Gal też jest amfoteryczny

Ind, tal → roztwarzają się tylko w kwasach

In + 3H⁺ = In³⁺ + ³/₂ H₂

Tl + H⁺ = Tl⁺ + ¹/₂ H₂

Glin →jako tworzywo konstrukcyjne → pasywacja (Al₂O₃)

7. Tlenki i wodorotlenki glinowców

hydralgilit Ponadto → bezpostaciowy

Al(OH)₃ wodorotlenek glinu

bajeryt

diaspor

AlO(OH)

bemit

wzrost st. OH^-

wzrost st. H⁺

prażenie

Wodorotlenek glinu α-Al₂O₃ (korund)

1500 K

Ga₂O₃ → Ga(OH)₃

In₂O₃ → In(OH)₃

Tl₂O₃ → Tl(OH)₃ → nie jest znany

Tl₂O → TlOH → mocna zasada

Ogrzewanie Al₂O₃ z Me^IIO (np. MgO) w wysokich temperaturach:

Al₂O₃ + MgO = MgAl₂O₄

Jest to tzw. spinel.

Posiada strukturę: aniony tlenkowe - w węzłach sieci regularnej płasko centrowanej.

Położenie kationów w sieci spinelu:

Al³⁺ w lukach oktaedrycznych

Mg²⁺ w lukach tetraedrycznych

8. Inne sole glinowców

Siarczan glinu: Al₂(SO₄)₃ ⋅ 18H₂O

Ałuny: M₂^ISO₄ ⋅ M₂^III(SO₄)₃ ⋅ 24H₂O

M^I: Na, K, NH₄

M^III : Al, Cr, Fe,

Ałun glinowo-potasowy: K₂SO₄ ⋅ Al₂(SO₄)₃ ⋅ 24H₂O

Chlorek glinu: Al₂Cl₆ → budowa jak B₂H₆

Związki glinu na +1 stopniu utlenienia: Al₂S, Al₂Se, AlCl

Związki galu i indu na +2 stopniu utlenienia: GaCl₂, InCl₂

Związki talu na +1 stopniu utlenienia:

Siarczan talu(I) Tl₂SO₄

Chlorek talu(I) TlCl

Węglan talu(I) Tl₂CO₃

Jony Tl⁺ - właściwościami zbliżone do kationów litowców

9. Wyroby ceramiczne

Otrzymuje się je przez wypalanie GLIN

GLINY to mieszanina minerałów ilastych takich jak: kaolinit, haloizyt, illit

Kaolinit: Al₂(OH)₄(Si₂O₅)

Ogólnie gliny zawierają:

xSiO₂, yAl₂O₃, z H₂O

Proces otrzymywania wyrobów ceramicznych:

1^o Zarabianie z wodą gliny

2^o Formowanie

3^o Wypalanie

Wyroby ceramiczne: cegły, pustaki, kamionka, porcelana.

Pustaki z betonu komórkowego (np. YTONG) zawierają niewielką ilość proszku aluminiowego (przed wypalaniem):

Koniec rozdziału VII-mego

Władysław Walkowiak Wykład - Chemia Nieorganiczna

13/17

ChN_Wykład 7_VII. Borowce.

} amfoteryczność

} amfoteryczne

---