Energia jonizacji (ev) Promień jonowy (nm)

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Energia jonizacji (ev) Promień jonowy (nm)"

Aneta Górska
7 lat temu
Przeglądów:

Borowce Pierwiastek Konfiguracja elektronowa Energia jonizacji (ev) Promień jonowy (nm) Elektroujemność Potencjał (V) Bor (B) (He)2s 2 2p 1 8,30 0,020 2-0,87 Glin (Al) (Ne)2s 2 2 p 1 5,98 0,052

1 Borowce Pierwiastek Konfiguracja elektronowa Energia jonizacji (ev) Promień jonowy (nm) Elektroujemność Potencjał (V) Bor (B) (He)2s 2 2p 1 8,30 0, ,87 Glin (Al) (Ne)2s 2 2 p 1 5,98 0,052 1,5-1,66 Gal (Ga) (Ar)2s 2 2p 1 6,00 0,060 1,6-0,53 Ind (In) (Kr)5s 2 5p 1 5,79 0,081 1,7-0,34 Tal (Tl) (Xe)6s 2 6p 1 6,11 0,095 1,8-0,34 Spis treści 1 Charakterystyka grupy 13 2 Jony borowców 3 Właściwości fizykochemiczne 4 Podstawowe reakcje borowców 5 Właściwości tlenków 6 Wodorki 7 Związki borowców z halogenami 8 Rozpuszczalność związków borowców w wodzie 9 Właściwości boru 10 Związki boru z deficytem elektronów 11 Właściwości glinu 12 Związki borowców na +1 stopniu utlenienia Charakterystyka grupy 13 Bor jest jedynym niemetalem w grupie, pozostałe są metalami o właściwościach amfoterycznych. Cechy amfoteryczne maleją od glinu do talu. Podstawowym stopniem utlenienia dla borowców jest +3. Stopień utlenienia +1 występuje tylko w związkach metali. W przypadku związków talu jest to trwalszy stopień utlenienia. Małe rozmiary i duży ładunek jonów oraz wysokie energie jonizacji powodują, że borowce

2 tworzą głównie związki o wiązaniach kowalencyjnych. Bor tworzy tylko związki kowalencyjne. Związki pozostałych borowców (AlCl 2, GaCl 2 ) są kowalencyjne w stanie bezwodnym, ale w roztworach wodnych dysocjują na jony. Jony borowców Bor bardzo silnie wiąże swoje elektrony walencyjne i nie tworzy kationów. Glin, gal, ind tworzą tylko jony M 3+, natomiast tal tworzy jony M 3+ i M +. Tendencja do tworzenia jonów rośnie w miarę przechodzenia w dół grupy. Wszystkie jony metali III grupy są hydratowane w środowisku wodnym. Podatność jonów na hydratacje maleje w szeregu Al 3+ > Ga 3+ > In 3+ > Tl 3+. Właściwości fizykochemiczne Bor jest półprzewodnikiem, pozostałe pierwiastki są metalami. Bor w temperaturze pokojowej jest chemicznie bierny, bezpośrednio reaguje jedynie z fluorem i kwasem azotowym. W podwyższonej temperaturze łączy się z metalami tworząc borki o różnorodnych strukturach Mn 4 B, FeB, Cr 2 B, ZrB, CaB 6. Glin metaliczny pokrywa się warstwą tlenku Al 2 O 2, która nadaje mu odporność chemiczną (wysoka energia wiązania Al-O). Ze względu na mały promień jonowy i duży ładunek Al 3+ tworzy wiele trwałych jonów kompleksowych: AlF 2+, AlF 2+, AlF 4, AlF 5 2-, AlF Podstawowe reakcje borowców Z tlenem 4 M (s) + 3 O 2 (g) 2 M 2 O 2 (s) (M = B, Al, Ga, In, Tl). Tlenki powstają też w wyniku termicznego rozkładu nietrwałych związków berylowców (węglanów, azotanów, siarczanów, wodorotlenków). W odróżnieniu od litowców i berylowców, borowce nie tworzą nadtlenków ani ponadtlenków. Z azotem 2 M(s) + N 2 (g) 2 MN(s) (M = B, Al). Z fluorowcami 2B(s) + 3X 2 (g,c,s) 2 BX 2 (g) 2 M(s) + 3X 2 (g,c,s) M 2 X 6 (g) (M = Al, Ga, In), 2 Tl(s) + X 2 (g,c,s) 2 TlX(s). Z wodą 2 Tl(s) + 2 H 2 O (c) 2 TlOH(aq) + H 2 (g).

3 Z kwasami 2 M(s) + 6 H 2 O+(aq) 2 M 3+ (aq) + 6 H 2 O(c) + 3 H 2 (g) (Al, Ga, Tl). Z zasadami 2 M(s) + 2 OH (aq) + 6 H 2 O(c) 2 M(OH) 4 (aq) + H 2 (g) (Al, Ga). Właściwości tlenków Powstają w reakcji z tlenem przebiegającej w podwyższonej temperaturze 2 M + 3/2 O 2 M 2 O 2. B 2 O 2 tlenek kwasowy B 2 O 2 (s)+ 6 NaOH(aq) 2 Na 2 BO 2 (aq) + 3 H 2 O. Tl 2 O 2 tlenek zasadowy Tl 2 O 2 (s) + 6 HCl (aq) 2 TlCl 2 (aq) + 3 H 2 O. Al 2 O 2, Ga 2 O 2, In2O 2 tlenki amfoteryczne Al 2 O 2 (s) + 6 NaOH(aq) + 3H 2 O 2 Na 2 [Al(OH 6 )](aq) + H 2 O, Al 2 O 2 (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl 2 (aq) + 3 H 2 O. Wodorki Borowce nie reagują z wodorem bezpośrednio (można je otrzymać w reakcjach pośrednich). Bor tworzy różnorodne połączenia z wodorem (B 2 H 6, B 4 H 10, B 10 H 16 ), a pozostałe pierwiastki tylko wodorki typu MH 2. Wodorki wszystkich borowców są silnymi reduktorami reagują z wodą wydzielając wodór: B 2 H 6 + 6H 2 O 2H 2 BO 2 + 6H 2 MH 2 + 3H 2 O M(OH) 3 + 3H 2 Związki borowców z halogenami Wszystkie borowce tworzą monohalogenki MX w fazie gazowej, w wysokiej temperaturze. Z wyjątkiem TlF, wszystkie są związkami kowalencyjnymi. Halogenki talu TlX są trwalsze niż

4 halogenki TlX 2. Bor tworzy dihalogenki o wzorze M 2 X 4, w których występuje wiązanie B-B. Gal oraz ind tworzą dihalogenki MX 2, które są związkami kompleksowymi (metale przyjmują stopnie utlenienia +1 i +3). Wszystkie borowce tworzą trihalogenki MX 3 (M oznacza atom borowca). Fluorki mają budowę jonową, wysokie temperatury topnienia i są słabo rozpuszczalne w wodzie. Pozostałe halogenki są w znacznym stopniu kowalencyjne, w fazie gazowej oraz w środowiskach niepolarnych występują w postaci dimerów (MX 2 )2. W roztworach wodnych trihalogenki ulegają hydrolizie. Halogenki boru hydrolizują z utworzeniem kwasu borowego 4 BF H 2 O H 3 BO 3 + 3H[BF 4 ], BX H 2 O H 3 BO 3 + 3HX (X = Cl, Br, I). Halogenki pozostałych borowców hydrolizują z utworzeniem wodorotlenków MX 3 + 3H 2 O M(OH) 3 + 3H + + 3X (M = Al, Ga, In, Tl; X = F, Cl, Br, I). Z nadmiarem jonów halogenkowych niektóre borowce tworzą jony kompleksowe [AlF6] 3-, [GaF6] 3-, [InCl6] 3-, [TlCl 4 ] 3-. Rozpuszczalność związków borowców w wodzie Związki borowców, dla których energia hydratacji jest większa od energii sieciowej, są dobrze rozpuszczalne w wodzie (azotany, halogenki z wyjątkiem niektórych fluorków, siarczany, niektóre siarczki). Kwas ortoborowy H 2 BO 2 i tlenek boru B 2 O 2 są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Al 2 O 2 wykazuje minimalną rozpuszczalność w wodzie, pozostałe tlenki borowców są nierozpuszczalne. Wodorotlenki borowców M(OH) 3 (M = Al, Ga, In, Tl) są trudno rozpuszczalne, a ich iloczyny rozpuszczalności maleją ze wzrostem liczby atomowej borowca. Siarczki B2S 2, Al 2 S 2, Ga 2 S 2 są dobrze rozpuszczalne w wodzie, odpowiednie siarczki indu i talu są nierozpuszczalne. Wszystkie ortofosforany MPO 4 i ortoarseniany MAsO 4 borowców (M = Al, Ga, In, Tl) są najtrudniej rozpuszczalnymi w wodzie związkami tych metali. Właściwości boru Borki metali II grupy MB 2 reagują z kwasami z wytworzeniem związków borowodorowych, o zróżnicowanym składzie (od gazowego B 2 H 6 do stałego B 18 H 22 ), które podczas ogrzewania bez dostępu powietrza ulegają rozkładowi na bor i wodór. Jedynym ważnym tlenkiem boru jest B 2 O 2, który po rozpuszczeniu w wodzie tworzy słaby kwas borowy H 2 BO 2 (o właściwościach antyseptycznych):

5 B 2 O 2 + 3H 2 O 2H 2 BO 2 Borany powstają przez zobojętnianie kwasu borowego lub w reakcjach B2O 2 z tlenkami zasadowymi. Halogenki boru (BF 2, BCl 2, BBr 2, BJ 2 ), ze względu na niedobór dwóch elektronów chętnie przyłącza parę elektronową, tworząc związki addycyjne np. F 2 B:NH 2 (w którym wolna para elektronowa pochodzi od atomu azotu). Związki boru z deficytem elektronów Borowodory stanowią 2 typy połączeń boru z wodorem określone wzorami: oraz diboran B 2 H6 tetraboran B 4 H 10 pentaboran B 5 H 9 Są to związki elektronodeficytowe, w których występuje struktura mostkowa (wiązanie trójcentrowe B-H-B), którą stanowi orbital molekularny złożony z orbitalu sp 3 jednego atomu boru (B), orbitalu 1s atomu wodoru (H) i sp 3 drugiego atomu boru (B). Na każdym orbitalu znajduje się para elektronów. diboran diboran

6 Właściwości glinu Glin jest odporny na działanie kwasów organicznych, ale w obecności niektórych mocnych kwasów nieorganicznych (HCl, H 2 SO 4 ) ochronna warstwa tlenku ulega rozpuszczeniu i metal reaguje z jonami H + : 2Al + 6H + 2Al H 2. W stężonych roztworach mocnych zasad glin rozpuszcza się tworząc gliniany: 2Al + 2NaOH + H 2 O 2NaAlO 2. W roztworach wodnych zawierających siarczany jony Al 3+ tworzą sole podwójne (tzw. ałuny) o wzorze MAl(SO 4 ) 12H 2 O. Podczas dodawania mocnej zasady do wodnych roztworów Al 3+ wytrąca się biały, galaretowaty osad wodorotlenku Al(OH) 3, który zaraz po utworzeniu łatwo rozpuszcza się w kwasie lub nadmiarze zasady. W miarę upływu czasu rozpuszczalność osadu maleje, na skutek tworzenia mostków tlenkowych między sąsiednimi jonami glinu. Związki borowców na +1 stopniu utlenienia W miarę wzrostu liczby atomowej borowce wykazują coraz silniejszą tendencję do przyjmowania stopnia utlenienia +1. W przypadku talu jest to trwalszy stopień utlenienia (wzrasta trwałość konfiguracji ns 2 ). Znane są nieliczne związki jednowartościowego glinu: Al 2 O, Al 2 S, Al 2 Se, AlH, AlCl. Chlorki galu i indu o strukturach Ga(GaCl 4 ) i In(InCl 4 ) zawierają jeden atom metalu na stopniu utlenienia +1, a drugi na stopniu utlenienia +3. Jon Tl +1 wykazuje w związkach właściwości zbliżone do właściwości jonów litowców, pod pewnymi względami przypomina też jon Ag+. TlOH jest dobrze rozpuszczalną, silną zasadą. W czasie ogrzewania w temp. 100 C ulega rozkładowi z utworzeniem Tl 2 O w postaci czarnego higroskopijnego proszku. Halogenki i siarczki talu są trudno rozpuszczalne w wodzie, podobnie jak związki srebra. Wszystkie rozpuszczalne związku talu są trujące.

Podobne dokumenty

Tlen. Występowanie i odmiany alotropowe Otrzymywanie tlenu Właściwości fizyczne i chemiczne Związki tlenu tlenki, nadtlenki i ponadtlenki

Tlen. Występowanie i odmiany alotropowe Otrzymywanie tlenu Właściwości fizyczne i chemiczne Związki tlenu tlenki, nadtlenki i ponadtlenki Tlen Występowanie i odmiany alotropowe Otrzymywanie tlenu Właściwości fizyczne i chemiczne Związki tlenu tlenki, nadtlenki i ponadtlenki Ogólna charakterystyka tlenowców Tlenowce: obejmują pierwiastki