ХИМИЯ р-ЭЛЕМЕНТОВ III ГРУППЫ

1. Моряков и Петухова решили заключить брак, но впоследствии выяснилось, что Моряков не сможет присутствовать на церемонии бракосочетания, поскольку он – студент морского училища и в это время он будет находиться в открытом плавании. Чтобы не переносить уже согласованную с работниками ЗАГСА дату, Моряков написал доверенность на имя своего близкого друга Курочкина, в которой уполномочивал его на заключение брака с Петуховой от имени Морякова.   Как Вы думаете, будет ли зарегистрирован брак? Ответ обоснуйте.	Нет. Для заключения брака требуется личное присутствие обоих лиц, желающих заключить брак – часть 1 статьи 11 Семейного кодекса РФ.	3 балла (1 – за краткий ответ, 2 – за верное обоснование
2. Михаил Новоградов в 16-летнем возрасте устроился работать в банк курьером. За год работы он заработал некоторую сумму денег, достаточную для покупки велосипеда. Однако, когда он пришел в магазин выбрать велосипед и приобрести его, ему было отказано в совершении данной покупки без присутствия родителей. Михаил стал доказывать, что необходимую сумму денег он заработал сам и потому может ею распоряжаться. Имеет ли право Новоградов самостоятельно распоряжаться деньгами? Обоснуйте свой ответ.	Да, имеет право. В соответствии со статьей 26 ГК РФ несовершеннолетние в возрасте от 14 до 18 лет вправе без согласия родителей, в частности, распоряжаться своим заработком.	3 балла (1 балл – за краткий ответ; 2 балла – за правильное и точное обоснование; 1 балл – за неточное обоснование)

В В Е Д Е Н И Е

В настоящем пособии обобщены и систематизированы сведения по химии элементов III и IV групп периодической системы Д.И. Менделеева. Данный раздел является частью курса “Общая и неорганическая химия”. Удобная форма изложения материала (в виде таблиц и схем с необходимыми пояснениями) способствует его лучшему изучению и закреплению.

Структура построения разделов пособия по свойствам p- и d-элементов одинакова: краткая общая характеристика подгруппы, сведения о простых веществах, водородных соединениях, соединениях с кислородом, бинарных соединениях, гидроксидах, солях.

Умение решать задачи по химии является основным критерием творческого подхода к изучаемому предмету, поэтому пособие содержит 40 вариантов заданий по свойствам p- и d-элементов III и IV групп.

Получение полноценных знаний по химии основано на конкретном изучении свойств веществ и их превращений, чему способствует выполнение лабораторных работ. В данном учебном пособии предложена лабораторная работа, которая включает опыты, отражающие свойства элементов III и IV групп и их соединений.

Материал пособия – необходимое дополнение к основной литературе по неорганической химии, способствующее более глубокому изучению предмета.

 

 

ХИМИЯ р-ЭЛЕМЕНТОВ III ГРУППЫ

 

К р-элементам (главная подгруппа) III группы относятся два распространенных элемента - бор и алюминий, и три редких - галлий, индий и таллий. С увеличением атомного номера элементов энергия ионизации атомов уменьшается, увеличиваются металлические свойства: бор − неметалл, остальные элементы − металлы.

В таблицах 1-3 приведены важнейшие данные о р - элементах III группы.

 

Таблица 1

Общие сведения

Символ элемента	В	Al	Ga	In	Tl
Русское название	Бор	Алюминий	Галлий	Индий	Таллий
Латинское название	Borum	Aluminium	Gallium	Indium	Thallium
Автор и год открытия	Гей-Люссак Тенар Л.Ж., 1808г.	Эрстед Х.К., 1825г.	Лекок де Буабодран, 1875 г.	Ф. Рейх и Е. Рихтер 1863 г.	У. Крукс, 1861 г.
Содержание в земной коре, масс. %	5 ∙;10-3	8,8	1,5 ∙;10-3	1,4 ∙;10-5	4,5 ∙;10-5
Основные природные соединения	H3BO3 − борная кислота (сассолин), Na2B4O7∙ 10H2O − бура Na2B4O7∙4H2O− кернит	Алюмосиликаты, Al2O3 −; глинозем, корунд, Al2O3 ∙;n H2O −;боксит, Na2O(K2O) ∙ ∙;Al2O3 ∙;2SiO2- нефелин, Na3AlF6 − криолит	Сопутствует Al, Zn, Fe. CuGaS2–галлит	Примесь в минералах цинка, FeIn2S4 − индит, CInS2 − рекизит	Примесь в минералах Zn, Fe, Pb. TeAsS2 − лорандит, (Te,Cu,Ag)2Se –крукезит

 

 

Таблица 2

Атомные характеристики элементов

Элемент	B	Al	Ga	In	Tl
Порядковый номер
Относительная атомная масса	10,81	26,98	69,72	114,82	204,38
Сокращенная электронная формула	2р1	3р1	4р1	5р1	6р1
Степень окисления элемента в соединениях	+3, −;3	+3	+1, +2, +3	+1, +2, +3	+1, +3
Радиус атома, нм	0,098	0,143	0,139	0,166	0,171
Радиус иона Э3+, нм	0,027	0,054	0,062	0,080	0,089
Первый потенциал ионизации, эВ	8,30	5,99	6,00	5,79	6,11
Сродство к электрону, эВ	0,30	0,20	0,39	0,20	0,32
Относительная электроотрицательность	2,01	1,47	1,82	1,49	1,44

 

Таблица 3

Основные физико-химические свойства

 

Элемент	B	Al	Ga	In	Tl
Тип кристаллической решётки	Ромбоэдрическая	Кубическая гранецентрированная	Ромбическая	Тетрагональная	Гексагональная
Плотность, г/см3	2,34	2,70	5,90	7,31	11,85
Тпл., 0С			29,8	156,4
Ткип., 0С
Электро- проводность (Нg −;1)	−	33,3	2,3	11,4	4,8
Стандартная энтальпия атомизации элементов, кДж/моль	561,6	329,1	272,9	238,1	181,0
Стандартная энтропия Дж/моль·К	5,87	28,30	41,10	57,86	64,47
Стандартный электродный потенциал, В, процессов Э3+ +3е = Э Э+ +е = Э	− −	−;1,622 −	−;0,529 −	−;0,343 −;0,126	0,710 −;0,336

1.1. Способы получения

Технический бор получают из природного сырья в несколько стадий:

Na₂B₄O₇∙10H₂O H₃BO₃ B₂O₃ B (аморфный)

Чистый бор получают электролизом расплавленных фтороборатов, восстановлением или разложением его галогенидов, а также разложением гидридов бора:

2BBr₃ + 3H₂ = 2B + 6HBr

B₂H₆ = 2B + 3H₂

Алюминий получают электролизом глинозема (Al₂O₃) в расплавленном криолите Na₃AlF₆ в присутствии флюсов AlF_3, CaF_2, MgF_2.

Ga, In и Tl получают при переработке полиметаллических руд. При этом данные элементы выделяют в виде оксидов или хлоридов, которые затем химическим или электрохимическим способом восстанавливают до металлов.

 

1.2. Химические свойства

Бор – неметалл, остальные элементы – металлы. Все элементы проявляют степень окисления +3, а бор может быть отрицателен (–3). Для таллия наиболее характерна степень окисления +1.

Химия бора во многом напоминает химию кремния (правило диагонали); они близки по электроотрицательности, их гидроксиды являются слабыми кислотами, оксиды имеют высокие температуры плавления и очень устойчивы, соединения с металлами тверды и тугоплавки, соединения с водородом – летучие вещества, воспламеняющиеся на воздухе. В обычных условиях бор (подобно кремнию) весьма инертен и воздействует лишь с фтором; при нагревании окисляется кислородом, серой, галогенами, азотом. В кислотах, не являющихся окислителями, бор не растворяется. Химическая активность аморфного бора выше, чем кристаллического.

Al, Ga и In на воздухе покрыты прочной оксидной пленкой и поэтому не изменяются. Таллий же медленно окисляется.

Al – довольно активный амфотерный металл. Очищенный от оксидной пленки он легко реагирует с водой; взаимодействует с неметаллами (галогены, кислород, сера, азот, углерод, фосфор), оксидами, кислотами, щелочами, аммиаком. Пассивируется концентрированными HNO₃ и H₂SO₄ на холоду.

Ga, In и Tl по химическим свойствам близки к алюминию, хотя щелочи на Tl не действуют.

На рисунках 1 и 2 показано взаимодействие p – элементов III группы с простыми веществами и с важнейшими реагентами.

 

Рис. 1. Схема взаимодействия р–элементов III группы с простыми веществами

Рис. 2. Схема взаимодействия р–элементов III группы с важнейшими реагентами

 

Ga + 6HNO_3(конц.) = Ga(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

2B_{(аморфный)} + 2KOH + 2H₂O = 2KBO₂ + 3H₂

3Te + 4HNO_3(разб.) = 3TeNO₃ + NO + 2H₂O

 

1.3. Бинарные соединения

 

В бинарных соединениях степени окисления для бора +3 и –3, для Al, Ga, In +3, для Tl +1 и +3. Многие бинарные соединения бора похожи по свойствам на аналогичные соединения кремния.