Borova skupina Flashcards
Koji je najzastupljeniji element iz borove skupine?
Aluminij - 8,1% - alumosilikatna kora
Sljedeći je bor sa samo 0,002%
Koji su oksidacijski brojevi prisutni u borovoj skupini?
Većina +3, a teži elementi +1 (zbog efekta inertnog para)
Zašto dolazi do odstupanja promjene Ei u prijelazima Al->Ga i In->Tl
Zato što se kod galija i talija “prvi put” pojavljuju d tj f elektroni
d i f elektroni imaju puno slabiji efekt zasjenjenja te onda valentni elektroni jače osjećaju jezgru nego što bi bilo očekivano
Posljedica toga su viša vrelišta elemenata, odstupanja u Ei i radijusima atoma i iona
d elektroni -> skandidna kontrakcija
f elektroni -> lantanoidna kontrakcija
Što ima više valentnih e- to je lantanoidna kontrakcija slabija
f elektroni još slabije zasjenjuju od d elektrona
Što je efekt intertnog para?
To je posljedica lantanoidne kontrakcije
s e- su jače privučeni nego p e-
Puno je lakše odvojiti p elektrone (Ei) nego s elektrone - velika ionizacijska energija za s elektrone -> ns2 elektroni se neće otpustiti
Posljedica je ta da su stabilna niža oksidacijska stanja
Tl - 1+
Pb - 2+
Bi - 3+
Koji je najpoznatiji mineral bora?
Boraks - Na2[B4O5(OH)4]
Po čemu je značajan borov oksid?
B2O3 - dodaje se staklima za čvrstoću -> Pyrex staklo
Gdje se primjenjuje bor?
Staklo, keramika (borov karbid za oklopna vozila), legure, gnojiva, detergenti (perborati), neodimijski magneti, nuklearni reaktori…
Što je turmalin?
Mineral koji u sebi sadrži bor
Specifičan po tome što se boja minerala mijenja ovisno o tome koji prijelazni metali su prisutni u strukturi
Objasni alotropiju kod bora
Bor ima 14 alotropskih modifikacija -> najbolje istražene su alfa, beta i gama oblici
Koja je najčešća osnovna strukturna jedinica kod bora?
Ikozaedar - B12 -> svaki bor ostvaruje 5 kovalentnih veza sa susjednim atomima bora
3 bora stvaraju 3c-2e vezu
Objasni alfa modifikaciju bora
Sastoji se od više ikozaedara koji su povezani jakim kovalentnim vezama
Objasni beta modifkaciju bora
Z=105 Tt=2250°C -> termodinamički najstabilniji alotrop
Objasni gama modifikaciju bora
Z=28 -> napravljen od povezanih ikozaedara (B12) i parova bora (B2)
Dobiva se zagrijavanje alfa ili beta forme na povišenoj temperaturi
Stabilan na 12-20GPa
Opiši kseta modifikaciju bora
Dobiven pri 115GPa
Jedini nema ikozaedre, umjesto toga je strukturiran kao “valovita” mreža B6 prstena
Kako se može dobiti amorfni bor?
B2O3 (ili B(OH)3)(s) + 3Mg(s)→ 2B(s) + 3MgO (s)
Kako se može dobiti spektroskopski čist bor?
Elektrolizom taline K[BF4]/KCl
Kako nastaju boridi i kako ih dijelimo? Navedi neka svojstva
Nastaju reakcijom metala i bora pri povišenim temperaturama
npr. Ca(s) + 6B (s) -> CaB6 (s)
Dijelimo ih na borom siromašne (Nd2Fe14B) i borom bogate boride (YB66)
Imaju različite strukture i svojstva -> prisutni su ikozaedri B12 ili fragmenti oktaedri - B6
Koje su karakteristike halogenida bora?
BX3
Monomerne molekule
Planarne geometrije
Lewisove kiseline
Objasni trend jakosti Lewisovih kiselina kod halogenida bora
Jakost raste od BF3 do BI3
Rezonancijski efekt
Kod vezanja bora s halogenidima nastaju 3 sp2 hibridizirane orbitale i ostaje jedna prazna p orbitala na boru -> halogenidi doniraju svoje slobodne elektrone u praznu p orbitalu bora i nastaje dvostruka veza -> nastaje parcijalni karakter dvostruke veze (postoje tri rezonantne strukture) zbog koje halogenid onda teže reagira kao kiselina
Halogenidi s većim brojem elektrona imaju valentne elektrone u “višim” orbitalama koje imaju veću energiju -> veća razlika između orbitala bora i halogenida zbog koje je teže napraviti pi vezu -> ako nema pi veze, spoj će lakše reagirati kao kiselina
Kako borovi halogenidi reagiraju s vodom?
Svi hidroliziraju pri sobnoj temperaturi te nastaje borna kiselina B(OH)3 - osim fluorida
On stvara kompleks s molekulom vode te stajanjem prelazi u bornu kiselinu uz nastajanje stabilnog (u vodi) tetrafluoroborata
2BF3 (g) + 6H2O(l) -> 2B(H2O)3 + 6F- -> B(OH)3 (s) +[BF4]- (aq) + 2HF (aq) + H+ (aq)
Navedi reakcije borovih halogenida
+H2O -> B(OH)3
+ROH -> B(OR)3
+NR3 -> X3BNR3
+SR2 -> X3BSR2
+PR3 -> X3BPR3
+RNH2 -> B(NH2)3
Opiši rebrihidizaciju borovog atoma i primjer reakcije
N(CH3)3 + BX3 -> BX3N(CH3)3
Prvo borov halogenid gubi svoju planarnu strukturu (jako endoterman proces) te ga onda napada dušikov atom te nastaje tetraedarski adukt čije nastajanje je jako povoljno, tj. taj egzotermni korak nadomješta endotermnost nastajanja neplanarnog međuprodukta
Poredaj kiseline po jakosti i objasni
(CH3)3B BH3 BF3
BF3>BH3>(CH3)3B
Zbog induktivnog učinka, F je elektron-odvlačeća skupina te jer zbog tog BF3 bolja baza, a metilna skupina je elektron-donirajuća skupina te je zato to lošija kiselina
Poredaj adukte po stabilnosti i objasni
BX3 s piridinom, 3-metil piridinom i 2-metil piridinom
BX3 s piridinom>3-metil piridinom>2-metil piridinom
Zbog steričkog efekta -> metil je jako blizu dušiku koji se veže s borom -> dolazi do steričkih smetnji
Poredaj baze po jakosti i objasni
(CH3)3N NH3 NF3
(CH3)3N>NH3>NF3
Induktivni efekt
Elektron odvlačeće skupine (F) čine bazu slabijom, a elektron donirajuće skupine (CH3) čine bazu jačom
Koje su razlike, a koje sličnosti borazina i benzena?
Sličnosti
Struktura -> šesteročlani prsten
Više rezonancijskih struktura
Razlike
Kod benzena dolazi do delokalizacije naboja, a kod borazina ne zobg razlike u elektronegativnostima bora i dušika
Kako HCl reagira s benzenom, a kako s borazinom?
HCl ne reagira s benzenom, a s borazinom dolazi do adicije, pozitivni vodik se veže na negativne dušikove atome, a negativni klor se veže na pozitivne borove atome
Kojom reakcijom nastaje borazin?
3 NaBH4(s) + 3 NH4Cl(g) → (ClBNH)3 (l) + 3 NaH(s) + 9 H2(g)
(ClBNH)3(l) + 3 NaBH4(s) →2 (BNH2)3 (l) + 3 NaCl(s) + 3/2 H2(g)
Napiši reakciju nastajanja borova nitrida
B2O3(s) + 2 NH3(g) →2 BN(s) + 3 H2O(g)
Pri 1200°C
Čemu je borov nitrid sličan i zašto?
Grafitu i dijamantu
Ima i kubičnu i heksagonsku slagalinu
Kubična modifikacija je odmah nakon dijamanta po tvrdoći na Morseovoj skali
Koje su sličnosti a koje razlike kod borova nitrida i grafita?
Razlike
Grafit ima ponavljajuću ABA strukturu gledajući slojeve u strukturi, a borov nitrid ima AAA strukturu (svaki “istovrsni” atom je točno iznad drugog)
Borov nitrid je bijel, a grafit je crn
Grafit je vodič -> zbog delokalizacije elektrona zbog sp2 hibridizacije
Borov nitrid je izolator
Sličnosti
Mazivost zbog slojevite strukture
Slična udaljenost među slojevima
Mogu stvarati interkalacijske spojeve
Navedi borove okside i navedi neke njihove značajke
Borov suboksid - B6O
B2O3(s) + 16 B(s) → 3B6O(s) (uz pvoišenu temperaturu)
Kovalentna struktura: ikozaedri B12 premošteni kisikovim atomima
Keramički materijal: tvrd, kemijski inertan, dobar vodič topline
Borov(I) oksid - B2O
teorijski predpostavljen ali eksperimentalno nepotvrđen
Borov(III) oksid - B2O3
Najvažniji oksid bora -> koristi se za borosilikatna stakla
2 B(OH)3(s) → B2O3(s)+ 3 H2O(g) (uz povišenu temperaturu)
Svaki atom kisika premošćuje dva bora -> izgleda kao borazin - šesteročlani prstenovi su povezani preko kisika
Kako se može odijeliti željezov oksid od aluminijevog oksida?
Željezov oksid nije amfoterman kao aluminijev te neće reagirati s hidroksidnim ionima
Al2O3 + OH- -> [Al(OH)4]-
Zatim se može dodati CO2 u otopinu te zbog snižavanja pH dolazi do taloženja Al(OH)3
Kako borna kiselina reagira s alkoholima?
Nastaju hlapljivi esteri -> slični silikatnim esterima ali stabilniji
Kakva su kiselo-bazična svojstva borne kiseline
Jako slaba kiselina - pKa oko 9
U vodenim otopinama je prisutna kao borat [B(OH)4]- -> jaka Bronstedova baza
Što nastaje polimerizacijom borata?
Poliborati
Najvažniji su natrijevi poliborati
Natrijev tetraborat - [Na(H2O)4]2[B4O5(OH)4] -> koristi se u deterđentima
Natrijev perborat - Na2[B2(O2)2(OH)4]·6H2O -> sadrži peroksidnu jedinicu (anione) i djeluje kao izbjeljivač (u dodiru s vodom se oslobađa vodikov peroksid)
Navedi neke poliborate i opiši njihove strukture
Metaboratna kiselina - B3O3(OH)3 -> šesteročlani prsten - izmjenjuju se B i O te je na svaki B povezan još jedna OH skupina
Poliboratni anion - (BO2)n (n-) -> lančana struktura - svaki B je vezan na 3 O
Pentaboratni anion - [B5O6(OH)4]- -> dve metaboratne kiseline koje dijele jedan borov atom -> povezan je na 4 kisikova atoma
Koja je najveća sličnost aluminija i bora?
Najsličniji su po kemiji njihovih halogenida
Koje su najvažnije rude aluminija?
Boksit - Al2O3 * XH2O -> koristi se za dobivanje aluminija
Kriolit - Na3AlF6 - natrijev heksafluoroaluminat(III) -> koristi se tijekom dobivanja aluminija za snižavanje tališta Al2O3, ali je krivo reći da se iz kriolita dobiva Al
Kakva je reaktivnost aluminija?
Aluminij je jak reducens (reagira s Fe2O3), ali na površini nastaje sloj Al2O3 koji pasivizira aluminij
Aluminij je amfoteran -> reagira i sa kiselinama i s lužinama te se oslobađa vodik
Al + H+ -> Al(3+) + H2
2Al + 2OH- + 6H2O -> 2[Al(OH)4]- + 3H2
Kakva je gustoća aluminija?
Jako mala - 2,7g/cm3
Kako se može dobiti aluminij?
- korak - Bayerov postupak
Al2O3 se iz boksita odvaja od Fe2O3 jer reagira s OH- ionima i nastaje [Al(OH4]-
Zatim ta kompleksna vrsta dehidratacijom prelazi u Al(OH)3 te onda u Al2O3 - korak - Hall-Heroult
Al2O3 se otapa u rastaljenom kriolitu (kriolit snažava talište s 2000 na 1000 °C) te se nakon elektrolize taline dobiva čisti aluminij
Kako se aluminij ponaša u vodenoj otopini?
Aluminij preferira K.B=6
U razrijeđenim otopinama su prisutne vrste Al(H2O)6 i AlOH(H2O)5
zbog reakcije
[Al(H2O)6]3+(aq) ⇌[MOH(H2O)5]2+(aq) + H+(aq) Ka= 1,1 · 10–5mol/L
Pri višim koncentracijama je prisutna vrsta
(H2O)4Al(OH)2Al(H2O)4 -> dva aluminija su povezana preko 2 OH skupine te na sebe imaju vezane 4 vode
Kako aluminij reagira s didentatni ligandima?
Nastaju kelatni kompleksi
s acetilacetonom -> [Al(acac)3]
s oksalatom -> Al(C2O4)3
Kako aluminijev hidroksid reagira s kiselinama a kako s lužinama?
Amfoteran je pa reagira i s jednim i s drugim
Al(OH)3(s) + 3H+(aq)⇌Al3+(aq)+ 3H2O(l)
Al(OH)3(s) + OH–(aq)⇌[Al(OH)4]–(aq)
Što se događa zagrijavanjem Al(OH)3 u vodenoj otopini?
Prvo nastaje bezvodni Al(OH)3 (s) -> gibsit/hidrargilit
Al(OH)3· xH2O(s) → Al(OH)3(s)
Zatim nastaje AlO(OH) (s) -> oksohidroksid - dva polimorfa - dijaspor i bemit (koriste se kao katalizatori)
Al(OH)3(s) →AlO(OH)(s) + H2O(g)
Daljnjim zagrijavanjem nastaje Al2O3 (s) -> korund, velika čvrstoća
2 AlO(OH)(s) → Al2O3(s) + H2O(g)
Što su rubin i safir?
To je korund (Al2O3) onečišćen kromom (rubin), odnosno titanijem (safir)
Kakva je struktura Al2O3
Jako čvrsta
Svaki aluminij je okružen s 6 kisika -> oktaedarska struktura - čvrstoća proizlazi iz toga da su ti oktaedri povezani i preko stranica, i preko bridova i preko vrhova oktaedara
Što su spineli?
Mješoviti oksidi specifične formule i strukture
AB2O4 -> A je dvovalentni kation, B je trovalentni kation
najpoznatiji primjer MgAl2O4
8 Mg iona se smješta u tetraedarske šupljine, a 16 Al iona u oktaedarske šupljine
Imaju različite boje - ovisno o metalima prisutnim u strukturi
Što su inverzni spineli?
Mješoviti oksidi koji imaju različitu strukturu od običnih spinela
npr. CoFe2O4
Pola trovalentnih iona (Fe) su smješteni u tetraedarskoj šupljini, a druga polovica je smještena u oktaedarske zajedno sa svim dvovalentnim ionima (Co)
Kako nastaju alkoksidi?
Al(s) + 3 ROH(l) → Al(RO)3(s) + 3/2 H2(g)
uz 1% HgCl2 kao katalizator
Po čemu je specifičan polimer jednog aluminijevog alkoksida? (Aluminijev izopropil alkoksid)
Polimerizacijom nastaje struktura gdje neki Al atomi imaju K.B=4, a neki imaju K.B=6 -> moguće je jer alkilna skupina alkoksida nije jako velika kao npr fenil
Što su stipse? Navedi reakciju nastajanja
To su dvosoli opće formule
M(I)M(III)(SO4)2×12H2O
Al2(SO4)3(s)+K2SO4(s)→2 KAl(SO4)2·12 H2O(s)
Mogu biti i obojane ako u strukturu uđe neki prijelazni metal -> npr. Cr-stipsa crvene boje zbog el.konf. kroma
Kako se mogu dobiti aluminijevi halogenidi?
- Al2O3(s)+6 HF(aq) -> 2 AlF3(s) + 3H2O (g)
- Direktnom reakcijom elemenata pri određenim uvjetima
Kakve su strukture plinovitih aluminijevih halogenida?
Fluorid - monomer
Klorid, bromid i jodid su dimeri
Klorid može biti monomer pri visokim temperaturama
Opiši strukture čvrstih aluminijevih halogenida
Fluorid - K.B.=6 - oktaedri koji se povezuju u sva 3 smjera - 3D rešetka - visoko talište
Klorid - K.B.=6 - oktaedri koji se povezuju u lance - 2D slojevi - nisko talište
Bromid i jodid - dimerne molekule - nisko talište
Kakve su veze kod aluminijevih halogenida?
Kod AlF3 su dominantne ionske interakcije -> ionski udio slabi s porastom el.gustoće i veličinom atoma
Kako aluminijevi halogenidi reagiraju s vodom?
U vodenim otopinama će dati heksaakvaaluminijeve kationa -> kisele otopine - slično kao Be(2+)
Iz vodenih otopina će kristalizirati kao akva kompleksne vrste s heksaakvaaluminijevim kationom -> nije moguće dobiti bezvodni AlCl3 zagrijavanjem dobivenih kristala (zato što je koordinacijska veza kovalentna i tako vezana voda se ne može izbaciti zagrijavanjem za razliku od kristalografske vode koja nije vezana kovalentno)
2[Al(H2O)6]Cl3 -> Al2O3 (s) + 6HCl (g) + 9H2O(g)
Kako se može dobiti bezvodni AlCl3 (s)?
2 Al(s) + 6 HCl(g) →2 AlCl3(s) + 3 H2(g)
Koje su karakteristike kompleksnih halogenida?
Opća formula AlXn(y-)
ali je AlF6(3-) - kriolit
K.B=4 ili 6
Polifluoridoaluminatni anioni imaju mnoštvo različitih struktura
Što su ionske tekućine?
Taline koje sadrže ionske vrste
npr. talina NaCl i Al2Cl6 -> nastaju AlCl4(-) i Al2Cl7(-)
Al2Cl6 + 2 Cl- -> 2AlCl4(-)
2AlCl4(-) -> Al2Cl7(-) + Cl-
Koriste se u organskoj kemiji kao zamjena za lako hlapljiva i klorirana otapala -> zelena kemija
Navedi neke značajke galija
Ima jako nisu Tt -> tali se već na dlanu -> dodaje se kod izrade legura niskih tališta -> koristi se u termometrima umjesto žive
Ima nepravilnu koordinaciju -> zbog efekta zasjenjenja d orbitale
Amfoteran je -> daje analogne vrste kao i aluminij -> ima malo jače izražen bazični karakter
Navedi neke značajke indija
Zove se indij zbog indigo boje emisijskog spektra
izrazito mekan - kao natrij
Ponaša se kao supravodič ispod 3,41K
Stabilnije +1 oks. stanje zbog efekta inertnog para
Navedi neke značajke talija
Tl(III) je jak oksidands
Tl+ ima radijus sličan K+ i može ga zamijeniti u nekim enzimima -> ekstremno otrovno
Koristi se za detektore infracrvenog zračenja i prije za trovanje glodavaca i mrava
Kako ovise kiselo-bazna svojstva elemenata s više oksidacijskih stanja?
Oksidi u najvišem oks. stanju su kiseli, u najnižem su bazični, a između su amfoterni
Kakvi su oksidi galija, indija i talija?
Ga2O3 i In2O3 - bazični oksidi - stabilni i bijeli
Tl2O3 - bazičan i smeđecrne boje -> raspada se u kiselinama a pri 100°C prelazi u Tl2O
Kakvi su hidridi galija i indija?
LiGaH4 je termički nestabilan
Digalan - Ga2H6 - sličan diboranu -> reakcije s NH3 i N(Me)3 - cijepanja
LiInH4 - nestabilan
Kako se dobivaju galijevi i indijevi hidridi?
CVD metodom - chemical vapor deposition
GaCl3 i H2 se na povišenoj temperaturi (900°C) uvode u cijev gdje su prisutni bakar ili cezijev jodid ohlađeni na 10K te tamo dolazi do reakcije gdje nastaju željeni hidridi
Kako se dobivaju halogenidi galija i indija?
Direktnom sintezom iz elemenata
Kakva je struktura galijevih i indijevih fluorida?
Slični su aluminijevom fluoridu -> oktaedri povezani preko vrhova
Kakva je struktura galijeva klorida i bromida?
Prisutni su kao dimeri i u krutom i u plinovitom stanju
Kakva je struktura indijevih klorida i bromida?
Imaju slojevitu strukturu -> kao aluminijev klorid
Postoje li Tl(3+) halogenidi?
Postoje, osim jodida -> drugačijih su struktura i raspadaju se na stabilne halogenide Tl(I) ili komplekse npr. Tl(I)[Tl(III)Br4]
Što je TlI3 ?
To nije Tl(3+) jodid, nego je to spoj koji sadrži Tl(+) i I3(-) ione
I3(-) je spoj I2 i I(-) iona
TlI3 sigurno ne može biti spoj Tl(III) zato što bi u prisutnosti joda kao reducensa, Tl(III) odmah prešao u Tl(I)
Koje su karakteristike galijeva nitrida?
Koriste se kao nanocjevčice - poluvodiči
Ga (ili Ga2O3) (s) + NH3(g)→ GaN
Koje su karakteristike indijeva nitrida?
(CH3)3CIn (l) + NH3(g)→InN
zbog strukture se zove nano-cvijet -> koristi se kao poluvodič te ima visok toplinski kapacitet
Može se dobiti i CVD metodom
Objasnite sljedeće:
AlF3 se otapa dodatkom KF. Uvođenjem plinovitog BF3 u rezultirajuću otopinu dolazi do ponovnog taloženja AlF3.
AlF3 (s) + F-(aq) -> [AlF4]- (aq)
[AlF4]- + BF3(g) -> AlF3 (s) + [BF4]- (aq)
Napišite jednadžbe sljedećih reakcija
a)Reakcija oksida bora i magnezija
b)Što se dešava dodatkom vruće NaOH u smjesu čvrstog Al2O3i Fe2O3?
c)Reakcijom CO2 i vodene otopine Na[Al(OH)4]
a) B2O3 + 3Mg -> 3MgO + 2B (i guess)
b) Al2O3 reagira i nastaje [Al(OH)4]-, a Fe2O3 ne reagira s OH-
c) [Al(OH)4]- će zbog zakiseljavanja otopine prijeći u Al(OH)3
Digalan reagira s amonijakom i s trimetilaminom(CH3)3N. Napišite jednadžbe kemijskih reakcija i objasnite svoj odgovor.Nacrtajte strukturnu formulu digalana i na crtežu označite za koje veze očekujete da su kraće odnosno duže. Obrazložite svoj odgovor i objasnite kako nastaju.
Identična situacija kao i kod diborana
Minerali opće formule AB2O4dolaze u prirodi i različito su obojeni. Kako se naziva skupina ovih spojeva i kako biste opisali njihove strukture?
Spineli
U tetraedarske šupljine se smjeste A vrste (dvovalentni metali), a u oktaedarske šupljine se smjeste B vrste (trovalentni metali)
Navedite primjer spoja indija koji je poluvodič i ima visoku vrijednost toplinskog kapaciteta. Kako biste ga priredili?
Indijev nitrid
Zagrijavanjem smjese amonijaka i trimetilindija
