1 / 37

Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl)

Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl). Historie. sloučeniny B a Al známy od starověku 1808 připraven nečistý bór, kvalitní až v roce 1892

marty
Download Presentation

Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl)

  2. Historie • sloučeniny B a Al známy od starověku • 1808 připraven nečistý bór, kvalitní až v roce 1892 • 1827 první příprava hliníku 1854 výroba redukcí draslíkem nebo elektrolýzou, kov velmi drahý, vystavován s korunovačními klenoty a používán na císařských recepcích • 1886 zvládnuta průmyslová výroba hliníku elektrolýzou oxidu v roztaveném kryolitu

  3. Historie • 1861 spektroskopicky objeveno Tl • 1863 spektroskopicky objeveno In • existenci gallia předpověděl Mendělejev v roce 1870, objeveno spektroskopicky ve sfaleritu v roce 1875

  4. Vlastnosti prvků III. hlavní skupiny konfigurace ns2np1 stálost vyššího oxidačního stavu se postupně snižuje: B a Al jen M+III (+ B-III) Ga a In převážně M+III, méně M+I Tl převážně Tl+I, omezeně Tl+III bor nekov až polokov, ostatní kovy

  5. Borité suroviny Boritany colemanit Ca2B6O11 . 5 H2O, borax Na2B4O7 . 10 H2O, hlavní suroviny, USA a Turecko (95 % světových zásob) Sassolin H3BO3 pouze lokálně (Itálie) Boritokřemičitanydanburit CaB2Si2O8, datolit CaBSiO4(OH) Rusko

  6. Bor • Velmi obtížná příprava v čistém stavu redukcí oxidu hliníkem, chloridu zinkem nebo (nejčistší) bromidu vodíkem na žhaveném vlákně 2 BBr3 + 3 H2→ 2 B + 6 HBr několik alotropických krystalických fází, nemají praktický význam Bor přímo reaguje s F a za vyšší teploty i s dalšími halogeny a nekovy, ne s H2

  7. Boridy Sloučeniny boru s kovy, ve kterých má bor záporné oxidační číslo (–III, většinou však velmi nestandardní stechiometrické poměry v důsledku tvorby skupin atomů boru, od M5B po MB66) Ve struktuře většinou menší skupiny, řetězce, oktaedry nebo ikosaedry B12

  8. Struktura B4C

  9. Boridy Některé boridy jsou mimořádně tvrdé, chemicky odolné a žáruvzdorné, elektricky vodivé body tání až přes 3000 °C (např. ZrB2) Příprava přímou reakcí prvků, reakcí oxidů s borem nebo reakcí B2O3 nebo B4C s prvkem v redukčním prostředí (C, H2)

  10. B4C 2 B2O3 + 7 C → B4C + 6 CO (1600 °C) Použití: Neutronové štíty, kontrolní tyče v jaderných reaktorech, brusivo, leštící přípravky, obložení brzd, pancíře Vlákna B4C do kompozitů (křídla letadel) I jiné boridy mají uplatnění, např. TiB2 k výrobě lopatek plynových turbin

  11. Nitrid boru BN Šesterečný BN H3BO3 + CO(NH2)2  BN + CO2 + H2O 500 až 950 °C, NH3 vrstevnatá struktura podobná grafitu, elektrický izolant, výborný vodič tepla bílý grafen

  12. Nitrid boru BN Kubický BN ze šesterečného při 1800 °C a 8500 GPa diamantová struktura mimořádně tvrdý, brusné nástroje, některé vlastnosti lepší než diamant

  13. Borany Sloučeniny BnHm, řada sloučenin, velmi rozdílné struktury Mg3B2 + HCl → MgCl2 + B2H6, B4H10 ... základní člen diboran B2H6 trojstředová vazba

  14. Diboran Výroba B2H6 2 NaBH4 + I2 B2H6 + 2 NaI + H2 3 NaBH4 4 Et2O.BF32 B2H6+3 NaBF4+ 4 Et2O Výchozí surovina pro výrobu ostatních boranů, samozápalný B2H6 + 3 O2 B2O3 + 3 H2O

  15. Další borany Velmi složité struktury, příprava pyrolýzou diboranu za určitých podmínek a s katalyzátory, raketové palivo

  16. Karborany Borany s atomy uhlíku ve struktuře Proti boranům stálejší, materiály pro nanoelektroniku, speciální plasty, léky

  17. Halogenidy boru Trihalogenidy BX3 monomerní, molekuly tvaru rovnostranného trojúhelníka, hybridizace sp2, BF3 a BCl3 plyny, BBr3 kapalina, BI3 nízkotající pevná látka 3 CaF2 + B2O3 + 3 H2SO4 3 CaSO4 + 3 H2O + 2 BF3 B2O3 + 3 C + 3 Cl2 2 BCl3 + 3 CO

  18. Halogenidy boru Elektronově deficitní struktury BX3 (Lewisovy kyseliny) ochotně reagují s molekulami s volnými elektronovými páry (Lewisovy báze) za vzniku aduktů (komplexů). Vazba je donor – akceptorová.

  19. Halogenidy boru Reakce BF3 NaF + BF3  Na[BF4]BF4- izostrukturní s CH4 BF3 + NH3 BF3·NH3 BF3 + H2O  H[BF3(OH)] Reakce BCl3 (obdobně BBr3 a BI3) BCl3 + 3 H2O  H3BO3 + 3 HCl použití: Friedel-Craftsovy syntézy

  20. Oxid boritý Oxid B2O3 je vysoce hygroskopický a velmi obtížně krystaluje (lehce tvoří sklo) Příprava oxidu dehydratací H3BO3 2 H3BO3→ B2O3 + 3 H2O Roztavený B2O3 lehce rozpouští většinu oxidů kovů za vzniku boritanových skel, obdoba křemičitých skel

  21. Kyseliny borité Kyselina trihydrogenboritá H3BO3 v roztoku se chová jako jednosytná slabá kyselina H[B(OH)4], silná závislost rozpustnosti ve vodě na teplotě, nejběžnější surovina boru, výroba rozkladem boritanů kyselinami široké použití v keramice (glazury), sklářství (boritokřemičitá skla Pyrex a Simax), zdravotnictví, prací prášky

  22. Kyseliny borité Kyselina hydrogenboritá HBO2 příprava opatrnou dehydratací H3BO3, polymerní struktura, skelný vzhled Kyseliny polyborité složité struktury aniontů složené z planárních jednotek BO3 a tetraedrických BO4, v roztoku nestálé, anionty běžně v boritanech

  23. Boritany Soli různých kyselin boritých, některé mají velmi složité aniony Na2B4O7 . 10 H2O dekahydrát tetraboritanu disodného – borax přesněji: Na2[B4O5(OH)4]. 8 H2O použití jako H3BO3

  24. Výskyt hliníku Hliník je značně rozšířený (třetí v pořadí po O a Si, 8,3 hmot. % zemské kůry), ale obsažen je hlavně v horninotvorných minerálech (hlinitokřemičitanech živcích, pyroxenech, amfibolech, slídách atd.). Pro výrobu hliníku jsou vhodné pouze tzv. bauxity (směs několika minerálů oxid-hydroxidů hlinitých).

  25. Výskyt Ga, In a Tl • Gallium nízký obsah a malý význam, doprovází hliník v bauxitu a získává se jako vedlejší produkt při výrobě hliníku • Indium nízký obsah a malý význam, doprovází zinek ve sfaleritu, vedlejší produkt při výrobě zinku • Thallium nízký obsah a malý význam, doprovází olovo v galenitu, vedlejší produkt při výrobě olova

  26. Výroba hliníku Výhradním výrobním postupem je oddělení hliníku z bauxitu Bayerovým procesem a elektrolýza oxidu hlinitého rozpuštěného v roztaveném kryolitu Na3[AlF6] Bayerův proces Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 Na[Al(OH)4] v autoklávu, po ochlazení a zředění opět vypadne Al2O3

  27. Výroba hliníku 960 °C, velká spotřeba elektrického proudu katoda: Al3+ + 3 e– Al(l) anoda: 2 O2– + C  CO2 + 4 e–

  28. Použití kovů • Hliník hlavně konstrukční slitiny • Gallium hlavně GaAs pro polovodičové aplikace • Indium nízkotavné pájky, polovodičové materiály InP, InAs a InSb • Thallium infračervené materiály, velmi jedovaté

  29. Halogenidy hliníku AlF3typicky iontová sloučenina, netěkavá a ve vodě nerozpustná příprava: Al2O3 + 6 HF  2 AlF3 + 3 H2O (700 °C) lehce tvoří komplexní soli AlF3+ 3 NaF  Na3[AlF6]kryolit

  30. Halogenidy hliníku AlCl3 bezvodý tvoří dimer, použití jako Friedel-Craftsovy katalyzátory AlCl3 . 6 H2O úplně jiná struktura [Al(H2O)6]Cl3 komplexní kationt, koordinační číslo 6, oktaedr

  31. Oxidy a hydroxidy hlinité Al2O3několik modifikací, nejstálejší α - Al2O3 korund, mimořádně tvrdá látka, nelze jí rozpustit v žádném roztoku, pouze tavením s KHSO4 Příprava: zahříváním všech ostatních oxidů a hydroxidů na teploty nad 850 °C Použití: brusný materiál, přírodní barevné jako drahokamy (rubín, safír)

  32. Drahokamové odrudy korundu rubín safír

  33. Oxidy a hydroxidy hlinité • Al2O3modifikace γ - Al2O3, měkká látka s velkým povrchem, dobře rozpustná v kyselinách a louzích, použití v chromatografii • Al(OH)3 amorfní nebo krystalický, několik modifikací (v přírodě gibbsit), typické amfoterní chování Al(OH)3 + 3 HNO3→ Al(NO3)3 + 3 H2O Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

  34. Oxidy a hydroxidy hlinité • Al(O)OH nebo AlO(OH) hydroxid-oxid hlinitý, v několika modifikacích, v přírodě diaspor a boehmit Všechny uvedené oxidy, hydroxidy a hydroxid-oxidy složkami bauxitu

  35. Soli hlinité V hydratovaných solích kationty[Al(H2O)6]3+, iontové struktury, řada solí rozpustných ve vodě (dusičnan, síran), fosforečnan nerozpustný, uhličitan se netvoří Při pH 3 až 5 se začíná vylučovat amorfní hydroxid Al(OH)3 Kamence M+1Al(SO4)2 . 12 H2O M = K, Na, NH4), podvojné sírany, velmi dobře rozpustné ve vodě a dobře krystalizující

  36. Soli Ga, In a Tl • Soli gallia s Ga3+ obdobou solí hliníku, existují i sloučeniny Ga+ s malou stálostí • Soli india obdobné jako gallia, In již nemá amfoterní charakter a nerozpouští se v alkáliích • Soli thallia jsou typické kationtem Tl+ tvořícím ve vodě velmi málo rozpustný TlCl, vzácné soli Tl3+ jsou velmi silnými oxidovadly, soli Tl jsou velmi jedovaté

More Related