Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt."— Zapis prezentacji:

1 1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt %207%20Mat.Prod.pdf a&channel=s&rls=org.mozilla:pl:official&q=uklad+okre sowy+pierwiastkow%2BPower+Point&start=20&sa=N 20pdfs/Series%204%20Periodic%20Trends.pdfhttp://www.its.caltech.edu/~chem1/Lecture%20Notes% 20pdfs/Series%204%20Periodic%20Trends.pdf

2 2 Struktura elektronowa borowców Borowce rozpoczynają tzw. „blok p” pierwiastków układu okresowego (litowce i berylowce to pierwiastki tzw. „bloku s”).

3 3 Właściwości fizykochemiczne borowców 1 – sumaryczna energia jonizacji niezbędna do utworzenia jonów Me 2+ (berylowce) i Me 3+ (borowce)

4 4 Standardowe potencjały elektrodowe borowców Podane wartości charakteryzują zachowanie się borowców w środowisku kwaśnym. Reakcje elektrodowe: 1) bor: H 3 BO 3aq +3H + +3e → B kryst + 3H 2 O 2) glin, gal, ind: Me e → Me kryst 3) tal: Tl + + e → Tl kryst Odstępstwo obserwowane dla boru (wyższy potencjał niż dla glinu) wynika ze zmiany charakteru pierwiastka (bor – niemetal, nie ulegający hydratacji; glin – kation o dużym ładunku, silnie hydratowany). Podane wartości charakteryzują zachowanie się borowców w środowisku kwaśnym. Reakcje elektrodowe: 1) bor: H 3 BO 3aq +3H + +3e → B kryst + 3H 2 O 2) glin, gal, ind: Me e → Me kryst 3) tal: Tl + + e → Tl kryst Odstępstwo obserwowane dla boru (wyższy potencjał niż dla glinu) wynika ze zmiany charakteru pierwiastka (bor – niemetal, nie ulegający hydratacji; glin – kation o dużym ładunku, silnie hydratowany).

5 5 Standardowe potencjały elektrodowe borowców Podane wartości charakteryzują zachowanie się borowców w środowisku kwaśnym. Reakcje elektrodowe: 1) bor: H 3 BO 3aq +3H + +3e → B kryst + 3H 2 O 2) glin, gal, ind: Me e → Me kryst 3) tal: Tl + + e → Tl kryst Odstępstwo obserwowane dla boru (wyższy potencjał niż dla glinu) wynika ze zmiany charakteru pierwiastka (bor – niemetal, nie ulegający hydratacji; glin – kation o dużym ładunku, silnie hydratowany). Podane wartości charakteryzują zachowanie się borowców w środowisku kwaśnym. Reakcje elektrodowe: 1) bor: H 3 BO 3aq +3H + +3e → B kryst + 3H 2 O 2) glin, gal, ind: Me e → Me kryst 3) tal: Tl + + e → Tl kryst Odstępstwo obserwowane dla boru (wyższy potencjał niż dla glinu) wynika ze zmiany charakteru pierwiastka (bor – niemetal, nie ulegający hydratacji; glin – kation o dużym ładunku, silnie hydratowany).

6 6 Rozpowszechnienie borowców w skorupie ziemskiej Bor – stanowi 1  % skorupy ziemskiej. Występuje jako - kwas oksoborowy - H 3 BO 3 (gorące źródła, wulkany) oraz boraks - Na 2 B 4 O 7  10H 2 O Glin - 7,4 % mas. w skorupie ziemskiej (3-ci pierwiastek) Minerały : korund - odmiana Al 2 O 3 ortoklas - KAl[Si 3 O 8 ] bemit- AlO  OH  gł. składnik boksytów kriolit- Na 3 AlF 6 Pozostałe metale tj. gal, ind i tal występują w małych ilościach, tj %  nie tworzą własnych minerałów.

7 7 Ogólna charakterystyka borowców Bor jest jedynym niemetalem wśród borowców. Glin i kolejne metale III grupy głównej mają charakter amfoteryczny (cechy amfoteryczne maleją od glinu do talu). Dla borowców podstawowym stopniem utlenienia jest stopień +3 (tal tworzy trwalsze związki na stopniu utlenienia +1). Występowanie borowców (poza borem) na +1 stopniu utlenienia, jest związane z „efektem nieczynnej pary elektronowej”. Małe rozmiary i duży ładunek jonów oraz wysokie energie jonizacji, powodują, że borowce tworzą głównie związki o wiązaniach kowalencyjnych. Związki boru są zawsze kowalencyjne. Inne związki (np. AlCl 3, GaCl 3 ) są kowalencyjne w stanie bezwodnym, ale dysocjują na jony w roztworze.

8 8 Podobieństwo diagonalne (po przekątnej): Li BeBC MgAlSi Skutek: bor jest bardziej podobny do krzemu niż do glinu

9 9 Otrzymywanie borowców Bor jest pierwiastkiem mniej reaktywnym jak litowce i berylowce. Można go otrzymać z jego tlenku, przez redukcję magnezem lub sodem: B 2 O 3 + 3Mg = 2B + 3MgO  H o = kJ/mol Glin otrzymuje się z boksytów (Al 2 O 3 ▪H 2 O) – po etapach przygotowawczych prowadzi się elektrolizę stopionego Al 2 O 3 rozpuszczonego w kriolicie: Gal, ind i tal otrzymuje się najczęściej przez elektrolizę wodnych roztworów ich soli elektroliza Al 2 O 3 w stopionym Na 3 AlF 6 w 1220 K Katoda : Al e = Al Anoda : 2OH - = H 2 O + 1/2 O 2 + 2e Wysoki koszt energii. W USA 5% energii zużywana jest na produkcję aluminium Katoda : Al e = Al Anoda : 2OH - = H 2 O + 1/2 O 2 + 2e Wysoki koszt energii. W USA 5% energii zużywana jest na produkcję aluminium

10 10 Właściwości chemiczne borowców

11 11 azotki typu MeN: 2Me + N 2 → 2MeN (Me=B, Al) Azotek galu powstaje w temp o C w reakcji z tlenem i amoniakiem: 4Ga + 4NH 3 + 3O 2 → 4GaN + 6H 2 O tlenki Me 2 O 3 : 4Me + 3O 2 → 2Me 2 O 3 (Me=B, Al, Ga, In, Tl) (gal ogrzewany w powietrzu tworzy GaO, który jest mieszaniną Ga i Ga 2 O 3 ): Tlenki powstają też podczas termicznego rozkładu węglanów,wodorotlenków, azotanów i siarczanów borowców 2Me(OH) 3 → Me 2 O 3 + 3H 2 O (Me=Al, Ga, In, Tl) B 2 O 3 powstaje z kwasu ortoborowego w temperaturze czerwonego żaru: H 3 BO 3 → HBO 2 + H 2 O → B 2 O 3 + H 2 O Borowce, w odróżnieniu od litowców i berylowców, nie tworzą nadtlenków ani ponadtlenków.

12 12 Właściwości chemiczne borowców Borowce nie reagują z wodą. Produktem reakcji tlenku boru B 2 O 3 z wodą jest kwas ortoborowy: B 2 O 3 + 3H 2 O → 2H 3 BO 3 Tlenki metalicznych borowców są nierozpuszczalne w wodzie. Tlenek boru ma właściwości kwasowe, tlenek glinu i galu są amfoteryczne, zaś tlenek indu ma właściwości zasadowe. Azotki boru oraz glinu, galu i indu reagują z wodą i powstaje odpowiednio kwas ortoborowy i amoniak oraz wodorotlenki i amoniak: BN + 3H 2 O → H 3 BO 3 + NH 3 MeN + 3H 2 O → Me(OH) 3 + NH 3 (Me=Al, Ga, In)

13 13 Kwasowo-zasadowe własności tlenków Kwasowość wzrasta w górę grupy i z lewa na prawo w okresie

14 14 Tlenki i wodorotlenki glinowców

15 15 Tlenowe kwasy boru  pochodne B 2 O 3

16 16 Połączenia boru z wodorem Żaden borowiec nie reaguje bezpośrednio z wodorem z utworzeniem wodorków. Brak BH 3  znany jest jedynie addukt BH 4 -, tj. anion tetrahydroboranu Podstawowy wodorek boru – diboran B 2 H 6 – można otrzymać następująco: Mg 3 B 2 + H 3 PO 4 → mieszanina boranów →B 2 H 6 2BCl 3 + 6H 2 → 2B 2 H 6 + 6HCl 4BCl 3 + 3Li[AlH 4 ] → 2B 2 H 6 + 3AlCl 3 + 3LiCl

17 17 Połączenia boru z wodorem Hybrydyzacja orbitali elektronowych obu atomów boru jest typu sp 3 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 x 1 = 12 el. Gdyby były wyłącznie wiązania typu  to 8 x 2 = 16 el. Borany są związkami elektronowo "deficytowymi" Budowa cząsteczek C 2 H 6 i B 2 H 6 - porównanie ! 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 x 1 = 12 el. Gdyby były wyłącznie wiązania typu  to 8 x 2 = 16 el. Borany są związkami elektronowo "deficytowymi" Budowa cząsteczek C 2 H 6 i B 2 H 6 - porównanie !

18 18 Połączenia boru z wodorem Znane są też trwalsze od zwykłych wodorków tetrahydroborany: 4NaH + B(OCH 3 ) 3 → Na[BH 4 ] + 3CH 3 ONa Ogólnie – Me[BH 4 ] n, Me=litowce, Be, Al i metale przejściowe; „n” zależy od wartościowości kationu. Inne borowce też tworzą wodorki z niedoborem elektronów: AlCl 3 + LiH → (AlH 3 )n → Li[AlH 4 ] Gal tworzy Li[GaH 4 ], ind – polimeryczny wodorek (InH 3 )n, natomiast nie jest pewne, czy tal tworzy wodorek. Wodorki boru są kowalencyjne, a innych borowców (niekompleksowe) - polimeryczne. Wodorki kompleksowe (zwłaszcza litowców) są jonowe. Wodorki są silnymi reduktorami – reagują z wodą z wydzieleniem wodoru: B 2 H 6 + 6H 2 O → 2H 3 BO 3 + 6H 2 Li[AlH 4 ] + 4H 2 O → LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2

19 19 Halogenki borowców W podwyższonej temperaturze borowce reagują z fluorowcami 2Me + 3X 2 → 2MeX 3 (Me=B, Al, Ga, In, Tl; X=F, Cl, Br, I) Wszystkie halogenki boru mają budowę kowalencyjną i są gazami. Flluorki pozostałych borowców są jonowe, a ich inne halogenki – w stanie bezwodnym – są kowalencyjne. Wszystkie halogenki hydrolizują pod wpływem wody – halogenki boru dają inne produkty hydrolizy niż halogenki pozostałych borowców: 4BF 3 + 3H 2 O → H 3 BO 3 + 3H[BF 4 ] BX 3 + 3H 2 O → H 3 BO 3 + 3HX (X=Cl, Br, I) MeX 3 + 3H 2 O → Me(OH) 3 + 3HX (Me=Al, Ga, In, Tl; X=F, Cl, Br, I) AlCl 3, AlBr 3 i GaCl 3 występują w środowiskach niepolarnych w postaci dimerów (osiągają w ten sposób konfigurację oktetu elektronowego):

20 20 Halogenki borowców Wszystkie borowce dają halogenki MeX w fazie gazowej, w wysokiej temperaturze. Poza Tl+F- wszystkie te związki są kowalencyjne. Halogenki jednowartościowego talu są trwalsze od tych na +III stopniu utlenienia: MCl 3 + 2M → 3MCl (M=borowiec) Bor tworzy dihalogenki o wzorze B 2 X 4, w których występuje wiązanie B-B: 2BCl 3 + 2Hg → B 2 Cl 4 + Hg 2 Cl 2 Gal i ind tworzą dihalogenki MeX 2, w których jednak nie są na +II stopniu utlenienia (w rzeczywistości te związki mają budowę kompleksową i zawierają gal i ind na stopniach utlenienia +I i +III): Me + MeCl 3 → 2MeCl 2 (Me[MeCl 4 ]) (Me=Ga, In)

21 21 Związki boru z metalami Borki : Me n B m 1) Odporne na czynniki chemiczne 2) Wysokie temperatury topnienia; > 2300 K Zastosowania: 1) dysze rakiet 2) elektrody pracujące w wysokich temperaturach

22 22 rozpuszczalność związków borowców w wodzie Te związki borowców, dla których energia hydratacji jest większa od energii sieciowej, są dobrze rozpuszczalne w wodzie (m.in. azotany, halogenki z wyjątkiem niektórych fluorków, siarczany, częściowo siarczki). Kwas ortoborowy – H 3 BO 3 i tlenek boru – B 2 O 3, są umiarkowanie dobrze rozpuszczalne w wodzie. Wodorotlenki borowców Me(OH) 3 (Me=Al, Ga, In, Tl) są trudnorozpuszczalne,a iloczyny rozpuszczalności maleją ze wzrostem liczby atomowej borowca. Tlenki metalicznych borowców są nierozpuszczalne. Spośród siarczków borowców B 2 S 3, Al 2 S 3 i Ga 2 S 3 są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Siarczki indu i talu na +III stopniu utlenienia są nierozpuszczalne. Wszystkie ortofosforany – MePO 4 i ortoarseniany – MeAsO 4 borowców (Me=Al, Ga, In, Tl) należą do najtrudniej rozpuszczalnych w wodzie związków tych metali. Związki talu na +I stopniu utlenienia są zazwyczaj trudniej rozpuszczalne niż analogi na +III stopniu utlenienia

23 23 Związki borowców z węglem W wyniku ogrzewania boru z węglem powstaje przestrzenny węglik (metanek) o wzorze B 12 C 3 (struktura sieci podobna do NaCl): 12Be + 3C → Be 12 C 3 Glin ogrzewany z węglem, tworzy typowy dla III grupy węglik (metanek) Al 4 C 3 : 4Al + 3C → Al 4 C 3 Ale – podobnie do berylowców – w reakcji z acetylenem glin tworzy acetylenek: 2Al + 3C 2 H 2 → Al 2 (C2) 3 + 3H 2 Acetylenki reagując z wodą wydzielają acetylen, zaś produktem reakcji metanku z wodą jest metan: Al 2 (C2) 3 + 6H 2 O → 2Al(OH) 3 + 3H 2 C 2 Al 4 C H 2 O → 4Al(OH) 3 + 3CH 4

24 24 Związki kompleksowe borowców Jony borowców są mniejsze od jonów litowców i berylowców i mają większy ładunek – dlatego chętniej tworzą połączenia kompleksowe. Znane są typowe kompleksy nieorganiczne borowców o budowie tetraedrycznej: np. [BF 4 ] -, [AlH 4 ] -, [BH 4 ] -, [Al(OH) 4 ] -, [InCl 4 ] -, [GaCl 4 ] - oraz oktaedrycznej: [Me(H 2 O) 6 ] 3+ (Me=Al, Ga, In, Tl) i [MeCl 6 ] 3- (Me=Al, Ga, In, Tl) Najważniejszymi kompleksami borowców są oktaedryczne kompleksy chelatowe, m.in. z EDTA, acetyloacetonem, szczawianami i 8-hydroksychinoliną (oksyną):

25 25 Związki kompleksowe borowców In group 3 the electronegativity of the metals is getting a bit higher, and the heavier metals Ga, In, and Tl are actually post-transition elements (they are close to Au), so have much higher electronegativity and a very different chemistry from B and Al. They form trivalent cations that form very strong complexes: Metal ion:Al(III) Ga(III) In(III) Tl(III) ionic radius (Å): log K 1 (OH) log K 1 (EDTA): increasing electronegativity

26 26 The Tl(III) ion is stabilized by complexation with ligands, and is an extremely powerful Lewis acid. Because of its high electronegativity, Tl(III) is classified as soft in HSAB, as reflected by its log K 1 values with halide ions: Metal ion: Al 3+ Ga 3+ In 3+ Tl 3+ log K 1 (F - ): log K 1 (Cl - ): HARD ← → SOFT Związki kompleksowe borowców

27 27 Najważniejsze zastosowania związków borowców Bor (B), glin (Al), w mniejszym stopniu gal (Ga) i ind (In): dodatki stopowe do stali. Glin jest składnikiem podstawowym ważnych stopów lekkich konstrukcyjnych. Glin stosowany jest też w aluminotermii i do odtleniania stali. Korund (elektrokorund, stopiony Al 2 O 3 ): podstawowy materiał ścierny (twardość 9.3 w 10-stopniowej skali Mohsa). Naturalne glinokrzemiany: do produkcji materiałów wiążących dla budownictwa (cement portlandzki – do 7% Al 2 O 3, cement glinowy – do 45% Al 2 O 3 ). Kaoliny, gliny i skalenie (materiały o dużej zawartości Al 2 O 3 ): wyroby ceramiczne i szklarskie (jeden z podstawowych tlenków szkłotwórczych, obok SiO 2 ). B 2 O 3 (zazwyczaj w postaci boraksu lub H 3 BO 3 ): jeden z najważniejszych składników szkłotwórczych dla szkieł gatunkowych wysokiej jakości (Silvit, Termisil, szkło na włókna szklane, na ekrany kineskopowe). H 3 BO 3 : łagodne działanie antyseptyczne. Ałuny (np. KAl(SO 4 ) 2 ∙12H 2 O): składniki sztyftów poprawiających krzepliwość krwi. Boraks (Na 2 B 4 O 7 ∙4H 2 O): wyrób sztucznych materiałów ozdobnych (tzw. „perła boraksowa” B 2 O 3 + CoO → Co(BO 2 ) 2, produktem są metaoksoborany). Peroksoboran sodu (NaBO 3 ): dodatek wybielający w proszkach do prania. Najważniejsze zastosowania związków borowców Bor (B), glin (Al), w mniejszym stopniu gal (Ga) i ind (In): dodatki stopowe do stali. Glin jest składnikiem podstawowym ważnych stopów lekkich konstrukcyjnych. Glin stosowany jest też w aluminotermii i do odtleniania stali. Korund (elektrokorund, stopiony Al 2 O 3 ): podstawowy materiał ścierny (twardość 9.3 w 10-stopniowej skali Mohsa). Naturalne glinokrzemiany: do produkcji materiałów wiążących dla budownictwa (cement portlandzki – do 7% Al 2 O 3, cement glinowy – do 45% Al 2 O 3 ). Kaoliny, gliny i skalenie (materiały o dużej zawartości Al 2 O 3 ): wyroby ceramiczne i szklarskie (jeden z podstawowych tlenków szkłotwórczych, obok SiO 2 ). B 2 O 3 (zazwyczaj w postaci boraksu lub H 3 BO 3 ): jeden z najważniejszych składników szkłotwórczych dla szkieł gatunkowych wysokiej jakości (Silvit, Termisil, szkło na włókna szklane, na ekrany kineskopowe). H 3 BO 3 : łagodne działanie antyseptyczne. Ałuny (np. KAl(SO 4 ) 2 ∙12H 2 O): składniki sztyftów poprawiających krzepliwość krwi. Boraks (Na 2 B 4 O 7 ∙4H 2 O): wyrób sztucznych materiałów ozdobnych (tzw. „perła boraksowa” B 2 O 3 + CoO → Co(BO 2 ) 2, produktem są metaoksoborany). Peroksoboran sodu (NaBO 3 ): dodatek wybielający w proszkach do prania. Borowce 27


Pobierz ppt "1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt."

Podobne prezentacje


Reklamy Google