Элементы III группы главной подгруппы таблицы Д.И. Менделеева

1.

Вопросы:
1. Нахождение в природе.
2. Физические свойства бора и алюминия.
3. Химические свойства бора и алюминия.
4. Получение и применение бора, алюминия и их соединений.
5. Биологические функции бора и алюминия.

2.

Вопрос 1. Нахождение в природе
• Символы элементов III группы главной подгруппы таблицы Д.И. Менделеева следующие: B, Al,
Ga, In, Tl. Все эти элементы относятся к р–электронному семейству. Основными
представителями этой группы являются бор и алюминий.
• Наиболее распространен в природе алюминий. Остальные встречаются намного реже.
• Природные соединения бора и алюминия:
• H3BO3 – борная кислота;
• Na2B4O7∙ 10H2O – бура;
• СaB4O7∙– борокальцит;
• CaHBSiO5 – датолит (содержит около 6% бора);
• Al2O3 – корунд;
• Al2O3∙nH2O – боксит;
• Al2O3∙2SiO2∙2H2O – каолин (форфоровая глина);
• Na3[AlF6] – криолит;
• Na2О∙Al2O3∙2SiO2 –нефелин.

3.

Вопрос 2. Физические свойства бора и
алюминия
Бор – аллотропные модификации: 1) аморфный бурого (серого) цвета
порошок, неэлектро- и теплопроводный; 2) кристаллический –
гранатово-красные кристаллы, твердые, как алмаз, температура
плавления
2300оС,
полупроводник
с
малой
теплои
электропроводностью.
Алюминий – серебристо-белый металл, тягучий, ковкий,
электропроводность (лишь на 40% меньше, чем у меди) и
теплопроводность высокая.

4.

Вопрос 3. Химические свойства бора и алюминия
С выделением тепла протекает реакция взаимодействия алюминия с
хлором. С серой, азотом кремнием и углеродом алюминий реагирует лишь при
нагревании. Например,
4Al + 3 C = Al4C3 (карбид алюминия).
Карбид алюминия разлагается водой:
Al4C3 +12Н2О = 4Al(OH)3 + 3CH4 (метан).
Алюминий легко реагирует с кислотами не окислителями:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2.
Концентрированной серной и азотной кислотами при комнатной и более
низкой температуре пассивируется за счет образования не растворимой в этих
условиях пленки оксида алюминия. При нагревании эти кислоты растворяют
алюминий:
Al + 4HNO3 (конц) = Al(NO3)3 + NO + 2H2O;
8Al + 30HNO3 (разб) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O;
8Al + 15H2SO4 (конц) = 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O.
Алюминий амфотерный металл и растворяется в растворах щелочей:
Al + 2KOH + 4H2O (избыток воды) = K2[Al(OH)6] + H2;
2Al + 2KOH (недостаток воды) = 2KAlO2 + H2.

5.

Вопрос 4. Получение и применение бора, алюминия и их соединений
Бор и алюминий получают восстановлением их кислородных
соединений сильными восстановителями или электролизом расплавов солей:
B2O3 + 3Mg = 2B + 3MgO.
Получают бор также термическим разложением хлорида бора или его
водородных соединений (боранов). Алюминий преимущественно получают
электролизом раствора оксида алюминия в креолите (Na3[AlF6]). В расплаве
оксид алюминия диссоциирует:
Al2O3 2Al+3 + 3O–2,
при электролизе на катоде:
Al+3 + 3е = Al,
а на угольном аноде: 3O–2 +2C –6e = CO2 + CO (сгорает углерод).
Кристаллический бор применяется в терморегуляторах, пирометарх, а
также как полупроводниковый материал. Из чистого алюминия делают
электрические провода. Алюминий входит в состав сплавов дюралюминия
(сплав с медью) и силумина (сплав с кремнием). Из сплавов алюминия
изготавливают посуду, аппараты химической и пищевой промышленности,
конденсаторы. Порошок алюминия применяют в красках.

6.

Соединения бора с водородом – бораны. Простейший из них диборан
В2Н6 устойчив при обычной температуре, газообразное вещество сгорает в
кислороде (в избытке кислорода взрывается). Применяют как ракетное
топливо. Реагирует с водой:
В2Н6 + 6Н2О = 2Н3ВО3 + 6Н2.
Бор образует соединения со многими металлами (бориды) и
неметаллами. Бориды щелочноземельных металлов разлагаются кислотами:
Ca3B2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2H3BO3.
Оксид бора получают разложением ортоборной кислоты при
нагревании:
2Н3ВО3 →(t) В2О3 + 3Н2О.
Оксид бора растворим в воде с образованием ортоборной кислоты.
Оксид алюминия получают термическим разложением гидроксида
алюминия:
2Al(OH)3 →(t) Al2O3 + 3Н2О.

7.

Применяют ортоборную кислоту при приготовлении глазурей, эмалей, в
производстве специальных стекол, в бумажном и кожевенном производстве, как
дезинфицирующее средство.
Оксид алюминия (корунд) – очень твердое вещество, применяют как
образивный материал для изготовления точильных камней, наждачной бумаги.
Прозрачные кристаллы оксида алюминия, окрашенные в различные цвета,
являются драгоценными камнями (рубин, сапфир). Рубин – оксид алюминия с
небольшой примесью оксида хрома (III), имеет красный цвет, применяется в
качестве квантовых генераторов (лазеров), для изготовления точных приборов и
часов. Сапфир синего, голубого реже зеленого цвета (оксид алюминия с примесью
Fe+2, Fe+3, Ti+3).
Бориды переходных металлов очень твердые и тугоплавкие вещества.
Например, борид циркония плавится при температуре 30400С, обладает химической
стойкостью, идет на производство деталей реактивных двигателей, лопаток газовых
турбин, режущего инструмента. Из карбида бора изготавливают инструмент для
обработки твердых металлических сплавов.

8.

Бура Na2B4O7•7H2O применяется при сварке и паянии металлов как флюс
для растворения оксидов, для производства легкоплавких глазурей для
фаянсовых и фарфоровых изделий, а также как эмали для посуды из чугуна,
при изготовлении цветного стекла, в качестве удобрения.
Сульфат алюминия Al2(SO4)3•18H2O применяют для очистки воды при
изготовлении некоторых сортов бумаги. Алюмокалиевые квасцы
KAl(SO4)2•12H2O применяют для дубления кож, в красильном деле в качестве
протравы для х/б тканей. Хлорид алюминия применяют как катализатор
огромного числа органических реакций, в том числе при крекинге
углеводородов.

9.

Вопрос 5. Биологические функции бора и
алюминия
Бор повышает урожайность многих с/х культур, поэтому его
соединения применяют в качестве микроудобрения. В зеленых
частях растения бор повышает содержание хлорофилла.
Алюминий относится к токсичным металлам. Попадая в
организм человека, он ослабляет память, в результате чего
развивается болезнь «старческий маразм». Алюминий влияет на
многие внутриклеточные процессы, но и оказывает токсическое
действие на клеточную оболочку.