Соединения с другими элементами
Все элементы группы III A образуют с серой сульфиды типа Э2S3, а таллий – Te2S. B2S3, Al2S3 и Ga2S3 полностью разлагаются водой: Э2S3 + 6H2O = 2Э(OH)3 + 3H2S. In2S3 и Tl2S3 не взаимодействует не только с водой, но и с разбавленными кислотами. Труднорастворимый Tl2S образуется при пропускании сероводорода через растворы солей трехвалентного таллия: 2TeCl3 + 3H2S = Tl2S + 2S + 6HCl. Нитриды состава ЭN известны для B, Al, Ga и In. Все они – твердые кристаллические вещества. BN химически инертен, остальные разлагаются щелочами: 2ЭN + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Э(OH)4] + 2NH3. Фосфиды состава ЭР при обычных условиях устойчивы, обладают полупроводниковыми свойствами. AlP, GaP и InP полностью гидролизуются: ЭР + 3H2O = Э(OH)3 + PH3. Из карбидов наибольшее значение имеет карбид бора B4C – химически инертное электропроводное соединение, близкое по твердости к алмазу. Его получают нагреванием до 2500 0С углерода с оксидом бора: 2B2O3 + 7C = B4C + 6CO 1.4. Кислоты бора и их производные
Ортоборную кислоту H3BO3 получают гидролизом галогенидов, боранов и др. В водном растворе ортоборная кислота находится в равновесии с другими кислотами бора: ортоборная метаборная тетраборная Все кислоты − слабые, наиболее слабая из них H3BO3. Особенность H3BO3 заключается в том, что при ее нейтрализации щелочами образуются соли не ортоформы, а тетрабораты, метабораты или соли других полиборных кислот: 4H3BO3 + 2NaOH = Na2B4O7 + 7H2O H3BO3 + NaOH = NaBO2 + 2H2O В избытке щелочи тетрабораты переходят в металобораты: Na2B4O7 + 2NaOH = 4NaBO2 + H2O При действии на метабораты тетрабораты сильных кислот выделяется борная кислота: Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = Na2SO4 + 4H3BO3
1.5. Гидроксиды и их производные
Для Al, Ga, In, и Tl характерны гидроксиды типа Э(OH)3, для таллия – также TlOH. Получают гидроксиды осаждением щелочами из растворимых солей соответствующих металлов: Э(NO3)3 + 3NaOH = Э(OH)3 + 3NaNO3 Al (OH)3, Ga (OH)3 и In (OH)3 амфотерны, причем от Al к In усиливаются основные свойства. Tl(OH)3 имеет основной характер, TlОН – растворимое в воде сильное основание. При нагревании гидроксиды теряют воду, переходя в оксиды:
Все гидроксиды взаимодействуют с кислотами, а амфотерные – и со щелочами (при сплавлении и в растворе) с образованием алюминатов, галлатов и индатов: Э(OH)3 + NaOH = NaЭО2 + 2Н2О (1000 0С) Э(OH)3 + NaOH(конц.) = Na[Э(OH)4] На рис. 3 и 4 показаны схемы взаимосвязи между основными типами соединений элементов группы III А на примерах В и Аl.
1.6. Применение
Бор и его соединения – нитрид BN, карбид В4С, фосфид ВР – применяются как полупроводники, BN и В4С – сверхтвердые материалы. Бура Na2B4O7×10Н2О используется в стекольном, керамическом и других производствах. Область применения сплавов алюминия – от домашней утвари до современной авиатехники. Легкоплавкие сплавы галлия находят широкое применение в различного рода терморегуляторах и высокотемпературных термометрах. Сплавы, содержащие индий, применяются в качестве припоев для соединения металлов, стекла, керамики. Таллий находит применение в электронике и электротехнике, Tl2S – для изготовления фотоэлементов.
Рис.3. Химические свойства бора и его соединений
Рис. 4. Химические свойства алюминия и его соединений
2. ХИМИЯ D – ЭЛЕМЕНТОВ III ГРУППЫ
Побочная подгруппа третьей группы (III В) охватывает большое число химических элементов, т.к. в состав ее, кроме четырех d–элементов (Sc, Y, La, Ac), входят f−элементы с порядковыми номерами 58 - 71 (лантаноиды) и 90 – 103 (актиноиды). Это редкоземельные металлы, обычно находящиеся в природе совместно. Разделение их осуществляется с большим трудом. Скандий и его аналоги, каждый в своем периоде, являются первыми d – элементами, т.е. у них первых начинают заполнятся d–орбитали предвнешнего электронного слоя. Наличие лишь одного электрона в d–состоянии обуславливает малую устойчивость d1s2 – конфигурации и отражается на свойствах этих элементов. В частности, в отличие от других d – элементов скандий и его аналоги проявляют постоянную устойчивую степень окисления +3. Важнейшие сведения о d – элементах III группы приведены в таблицах 4–6. Таблица 4 Общие сведения
Таблица 5 Атомные характеристики элементов
Таблица 6 Основные физико-химические свойства
2.1. Способы получения металлов Извлечение Sc, Y, La из руд сопряжено с трудоемкими операциями – обогащением и последующей переработкой для получения промежуточных продуктов Э2О3 или ЭГ3. Ниже приведена схема производственных процессов получения Sc2O3:
Далее металлы восстанавливают из оксидов или галогенидов магнием, кальцием или щелочным металлом: Э2О3 + 3Mg = 2Э + 3MgO (1300-1500 0C) 2ЭГ3 + 3Са = 2Э + 3СаF2 (1500 0C) Ac + 3Li = Ac + 3LiF (1200 0C) Ac получают также в ядерных реакторах, а Sc, Y и La – электролизом расплавленных хлоридов.
2.2. Химические свойства Элементы группы III В являются очень активными металлами, причем в ряду Sc → Y → La → Ас химическая активность возрастает. Скандий напоминает алюминий и является амфотерным элементом, а его аналоги по свойствам похожи на щелочноземельные металлы. В ряду активности Sc и его аналоги находятся далеко впереди водорода. Sc и Y реагируют только с горячей водой, а La – уже при обычных условиях: 2La + 6Н2О = 2La(ОН)3 + 3Н2 Все элементы легко взаимодействуют с разбавленными кислотами, причем разбавленную HNO3 они восстанавливают максимально: 8Э + 3HNO3 = 8Э(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9Н2О Sc, Y и La склонны к комплексообразованию, причем в пределах подгруппы координационные числа элементов растут: если для Sc характерно к.ч. = 6, то у Y и La оно достигает 8 и 9. На рис. 5 и 6 представлены схемы взаимодействия металлов группы III В с простыми веществами и важнейшими реагентами.
Рис. 5. Схема взаимодействия элементов группы III В с простыми веществами
Рис. 6. Схема взаимодействия элементов группы III В с важнейшими реагентами 2.3. Бинарные соединения Практически во всех соединениях элементы группы III В проявляют степень окисления +3. Устойчивость бинарных соединений от Sc до Ac растет.
|
