13. skupina Flashcards
Razlike med borom in ostalimi elementi 13. skupine
Razen bora so v tej skupini že same kovine z izrazito kationskim kemizmom (vezi tvorijo z
oddajanjem treh elektronov, pri Tl je obstojnejši Tl+ kot Tl3+).
Bor pa je nekovina in tvori izključno kovalentne vezi (pravilo diagonale - podobnost s
silicijem).
Elementi Al, Ga, In, Tl imajo kationski kemizem (so kovine), po skupini navzdol pada obstojnost oksidacijskega števila +3. V nekaterih primerih se pokaže kovalentni značaj vezi (nadaljevanje).
Lastnosti bora
Elektronska deficitarnost je vidna Že pri elementarnem boru – Tvori ikozaedre, kjer se s tremi elektroni poveže s 6 in več sosedi. Bor je nereaktiven element
Pridobivanje bora
Bora je v naravi 1,8 10-3%. Najpomembnejša minerala sta kernit (Na2B4O7x 4 H2O) in boraks (Na2B4O7x 10H2O).
Bor pridobivamo iz raztopin mineralov. Prva stopnja je obarjanje borove kisline, sledi sušenje do borovega oksida in redukcija oksida z magnezijem (dobimo amorfen rjavi bor).
Na2B4O7+ 2HCl + 5H2O → 2NaCl + 4H3BO3
2H3BO3 → B2O3+ 3H2O
B2O3+ 3Mg → 2B + 3MgO
Kristaliničen bor dobimo pri redukciji BBr 3
z vodikom pri 1400 ºC.
Znanih je več modifikacij (vsaj 4 – 2 rdeči in 2 črni) - značilen gradnik je ikozaeder B12.
Pridobivanje aluminija
Aluminij je s 7.3 % v naravi 3. najpogostejši element (za O in Si). Najpomembnejši vir je
ruda boksit (po kraju Le Baux), ki je zmes mineralov (böhmit g-AlOOH, diaspor a-AlOOH,
hidragirit Al(OH)3 in različne železove titanove in silicijeve spojine - povprečno je v boksitu
20-25 % Fe2O3 in 1-5 % SiO2).
Tehnično je pomemben še kriolit (Na3[AlF6]).
Aluminij pridobivajo z elektrolizo taline Al2O3, ki ga je treba predhodno dobiti iz boksita.
Ker se Al2O3 tali šele pri 2050 ºC, znižajo
tališče pod 1000 ºC z dodatkom kriolita
(elektrolizirajo talino Al2O3).
Aluminij je tehnično zelo uporabna kovina
zaradi korozijske odpornosti, majhne gostote (2,70 g/cm3) in dobrih mehanskih lastnosti.
2 postopka za pridobivanje Al2O3
Za pridobivanje Al2O3iz boksita se uporabljata dva postopka:
Bayerjev (mokri):
boksit+NaOH→ NaAl(OH)4 + Fe2O3xH2O(s) + Na2Al2SiO6
Z uvajanjem CO2 se iz filtrata (ki vsebuje
Na[Al(OH)4]) obori Al(OH)3, ki se potem s
segrevanjem na 1200 ºC pretvori v Al2O3
.
Le Chatelier-jev (suhi):
Reagira suha zmes boksita in sode, sprosti se CO2, nastaneta NaAlO2 in
NaFeO2, ki pri raztapljanju v vodi dasta topni Na
[Al(OH)4] in netopni Fe2O3xH2O.
Nadaljnji postopek je enak kot pri Bayerju
.
Lastnosti aluminija
Elementarni Al je lahka, a konstrukcijsko dokaj uporabna (trda, trdna, žilava)
kovina, ki se veliko uporablja za različne inženirske namene (tudi v številnih zlitinah).
Al je močan reducent, pogosto se uporablja za pridobivanje drugih kovin z aluminotermično reakcijo, na primer:
M2O3 + 2Al → 2M + Al2O3
(M je trivalentna kovina, deluje tudi pri drugih valencah)
Reakcije je treba sprožiti (segrevanje), potem so običajno zelo eksotermne, nastane staljena kovina in Al2O3, ki je zelo stabilen.
Al reagira s kislinami in bazami:
2 Al(s) + 3 H2SO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g)
2 Al(s) + Ba(OH)2(aq) + 6 H2O(l) → 2 Ba[Al(OH)4)]2(aq)+ 3 H2(g)
V obeh primerih se sprošča vodik
Pridobivanje in lastnosti galija, indija in talija
Teh elementov je v zemeljski skorji malo (pod ppm)
Galij je večkrat stranski produkt pri pridobivanju aluminija iz boksita po Bayerjevem
postopku.
Prav tako je indij stranski produkt pr pridobivanju cinka iz sfalerita.
Enako talij, ki je običajno primešam piritu in je stranski produkt pri predelavi tega
minerala.
Ga se, podobno kot Al raztaplja v kislinah in bazah, In in Tl pa le v kislinah. Pri taliju
nastanejo enovalentni kationi, talijeve spojine so zelo strupene.
Hidridi bora (borani)
So spojine z nenavadnimi oblikami molekul zaradi elektronske deficitarnosti -
nastanejo večjedrne vezi različnih tipov (B-H-B, B-B-B in
Pri reakciji z vodo iz diborana
nastaneta borova kislina in vodik
B2H6(g) + 6 H2O(l) → 2 B(OH)3(s) + 6 H2(g)
Hidridi aluminija
tudi Reakcije
Hidridi aluminija nastanejo na podoben način kot borani (iz AlCl3
in LiAlH4
) in so tudi
elektronsko deficitarni (večjedrne vezi). Vodik ima v teh spojinah negativno oksidacijsko
stanje.
3 LiAlH4(s) + AlCl3(s) → 4 AlH3(s) + 3 LiCl(s)
LiAlH4 pa pripravimo iz elementov v dietiletru pri visokem tlaku in temperaturi
Li(s) + Al(s) + 2 H2(g) → LiAlH4(s)
Z vodo burno reagira
LiAlH4(s) + 4 H2O(l) → LiOH(aq) + Al(OH)3(aq) + 4 H2(g)
Iz NaBH4in AlCl3 pa nastane Al(BH4)3
Oksospojine bora
Borov oksid B2O3
je polimorfen, nastane pri dehidraciji borove kisline.
Borova kislina nastane pri nakisanju boraksa ali kernita.
Na2B4O7∙10H2O(aq) + 2H3O+(aq) → 4B(OH)3(aq) + 2Na+(aq) + 7H2O(l)
je trdna snov s plastovito strukturo (povezava B(OH)3 molekul z vodikovimi vezmi).
Borova kislina je v vodi zelo šibka enobazna Lewisova kislina:
H3BO3+ H2O → H+ + B(OH)4]-
Z alkoholi tvori estre (vodo vežemo na H2SO4):
H3BO3+ 3MeOH → B(OMe)3+ 3H2O (hlapen - zelen plamen)
H3BO3
tvori z bazami soli – borate (v teh pogojih triprotonska). Ker kislina
lahko polikondenzira, je znanih več vrst boratov
Med borati so znani “perborati” (najpomembnejše sestavine pralnih praškov – hkrati
mehčalec vode in belilo), ki so lahko solvati boratov in poleg kristalne vode vsebujejo še
vodikov peroksid (lahko so tudi derivati):
H3BO3+ NaOH + H2O2+ H2O → NaBO2+H2O2+3H2O
ali
Oksidi in hidroksidi aluminija
Pomembne so tri spojine: Al(OH)3, AlOOH in Al2O3. Pri vseh treh je znanih več
polimorfnih modifikacij.
65
Aluminijev hidroksid je amfoteren -
reagira s kislinami kot baza in z bazami
kot kislina (obe obliki):
Al(OH)3+ H3O+ → [Al(H2O)6]3+
Al(OH)3+ OH- → [Al(OH)4]-
Iz vodnih raztopin Al-soli vedno izkristalizirajo hidrati
Prav tako je amfoteren g-Al2O3, γ- Al2O3 + 3 H2O + 2 OH− 2 [Al(OH)4]− γ-Al2O3 + 6 H3O+ + 3 H2O 2 [Al(H2O)6]3+ a-Al2O3 (korund) pa ne, ker je tako stabilen, da se ne raztaplja v vodnih raztopinah, je tudi zelo trd (brusilno sredstvo) in kemijsko inerten (kanali za žlindro in talino Fe), korund s primesmi tvori drage kamne (Cr – rubin, Ti in Fe – safir)
Priprava aluminijevih halogenidov in AlF3
Brezvodnih aluminijevih halogenidov ne moremo pripraviti s sušenjem hidratov
Gre pa s sintezo iz elementov V plinastem stanju so
molekule Al2Cl6 podobne diboranu, v trdnem pa se
kloridni ioni zložijo v najgostejši sklad,
aluminijevi pa se “preselijo”
v oktaedrične praznine. S HF reagirata kovina in oksid
Z uvajanjem v raztopine fluoridov
Nastanejo različne koordinacijske
AlF3
je ionska spojina, drugi Al-halogenidi, kažejo kovalentni značaj
Spojine bora z dušikom
Borazin
3 NH4Cl(s) + 3 NaBH4(s) → B3N3H6(s) + 3 NaCl(s) + 9H2(g) 3 B2H6(g) + 6 NH3(g) → 2 B3N3H6(s) + 12 H2(g) Podoben benzenu, vendar veliko bolj reaktiven. B3N3H6 + 3HCl →(ClHBNH2)3 Ciklotriborazan, podoben cikoheksanu, nastane iz (ClHBNH2)3 po reakciji z NaBH4
borov nitrid reakcija
B2O3 + 2 NH3→ 2 BN + 3 H2O
