ลักษณะของกลุ่มที่ 3 ของกลุ่มย่อยหลัก สี กลุ่มที่สามของตารางธาตุ องค์ประกอบกลุ่ม IIIA

ในตารางธาตุมีองค์ประกอบ p ที่รู้จักอยู่ 30 องค์ประกอบ ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่อยู่ในหมู่ III-A - VIII-A ในองค์ประกอบ p ระดับย่อย p ของระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน

กลุ่ม III-A – B, Al, Ga, In, Tl – มีลักษณะพิเศษคือการมีอิเล็กตรอน 3 ตัวในชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอม โดยที่โบรอนที่ชั้นนอกของอะตอมมี 2 อิเล็กตรอน อลูมิเนียมมี 8 อิเล็กตรอน Ga, In, Tl – 18 อิเล็กตรอน กลุ่มที่ 3 เป็นธาตุที่มีความเข้มข้นมากที่สุด ประกอบด้วยธาตุ 37 ชนิด รวมทั้งแลนทาไนด์และแอกทิไนด์ ธาตุทั้งหมดเป็นโลหะ ยกเว้นโบรอน

เมื่อเดินทางจากอัลถึงกา รัศมีอะตอมจะลดลง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าใน Ga การเติมระดับ p-sublevel เริ่มต้นหลังจากการเติมเปลือกอิเล็กตรอน 3d 10 ภายใต้อิทธิพลของ 3d 10 - อิเล็กตรอน เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมทั้งหมดจะถูกบีบอัดและขนาดของอะตอมจะลดลง (d - เอฟเฟกต์การบีบอัด)

ไม่พบการเปลี่ยนแปลงที่ซ้ำซากจำเจ (ตามลำดับ) ในคุณสมบัติโลหะ คุณสมบัติของโลหะจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเคลื่อนจากโบรอนไปเป็นอลูมิเนียม และจะลดลงบ้างในแกลเลียม และค่อยๆ เพิ่มขึ้นอีกครั้งเมื่อเคลื่อนไปเป็นแทลเลียม นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม Ga ถูกบีบอัดเนื่องจาก d-อิเล็กตรอน (เอฟเฟกต์การบีบอัด d) ใน Tl (ไม่เหมือนกับ B และ Al) แต่ละตัวมีอิเล็กตรอน 18 ตัวในชั้นสุดท้าย ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นในคุณสมบัติ (หนู Tmelt ฯลฯ) จาก Al เป็น Ga จึงหยุดชะงัก

จุดเดือดจะลดลงตามธรรมชาติจาก B เป็น Tl จุดหลอมเหลวไม่สม่ำเสมอเนื่องจากคุณสมบัติโครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัล

โลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุดคือ Ga (Tm = 29.8˚С)

ในสถานะไม่ตื่นเต้น การกำหนดค่าชั้นนอก ns 2 n.p. 1 อยู่ในสถานะตื่นเต้น - ns 1 np 2

ในสถานะที่ไม่ได้รับการกระตุ้นจะมีอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่ 1 ตัว อย่างไรก็ตาม สารประกอบขององค์ประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่ซึ่งมีสถานะออกซิเดชันคือ +1 นั้นไม่เสถียรอย่างมาก และสถานะออกซิเดชัน +3 ในสถานะตื่นเต้นนั้นเป็นลักษณะเฉพาะส่วนใหญ่ของพวกมัน เนื่องจาก การถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสถานะ s ไปยังสถานะ p ต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย

B เป็นโลหะที่ไม่ใช่โลหะ Al ยังไม่ใช่โลหะทั่วไป Ga In และ Tl เป็นโลหะทั่วไป สารประกอบ: EN 3, E 2 O 3, E(OH) 3

บี 2 ส 2 2p 1 ใน 2 เอ็น 6

ก

ความสามารถในการสร้างใหม่และความเสถียรเพิ่มขึ้น

กา [ อาร์]4 ส 2 4 พี 1 (กาH 3 ) n

ใน [ ค]5 ส 2 5 พี 1 (อินเอช 3 ) n

ตล [ Xe]6 ส 2 6 พี 1 ทล 3

อี 2 เกี่ยวกับ 3

บี 2 โอ 3 กรดออกไซด์

อัล 2 โอ 3 แอมโฟเทอริกออกไซด์

กา 2 โอ 3

ใน 2 โอ 3 แอมโฟเทอริกออกไซด์ (มีคุณสมบัติเด่นเด่น)

ตล 2 โอ(Tl 2 O 3) ออกไซด์พื้นฐาน

อี(โอ) 3

ชม

กำลังเติบโต

ขั้นพื้นฐาน

คุณสมบัติ

อัล(โอ้) 3 แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์

กา(โอ้) 3 แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์

ใน(โอ้) 3 แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์ TlOHไฮดรอกไซด์พื้นฐาน

พวกมันก่อตัวเป็นสารประกอบที่มีฮาโลเจน EG 3, ซัลเฟอร์ E 2 S 3, ไนโตรเจน EN

เคมีของสารประกอบออกซิเจนของโบรอนและซิลิคอนมีอะไรที่เหมือนกันมาก: ธรรมชาติที่เป็นกรดของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ ความสามารถในการสร้างโครงสร้างโพลีเมอร์จำนวนมาก และการเกิดแก้วของออกไซด์

อะลูมิเนียม /> - ตัวแทนหลักของโลหะของกลุ่มย่อยหลักสาม กลุ่มของตารางธาตุ คุณสมบัติของแอนะล็อก - แกลเลียมอินเดียมและแทลเลียม - มีลักษณะคล้ายกับอลูมิเนียมเนื่องจากองค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้มีระบบอิเล็กทรอนิกส์เหมือนกัน การกำหนดค่าเลเยอร์ภายนอก ns 2 n p 1 และอาจแสดงวุฒิการศึกษาได้ออกซิเดชัน +3

โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก กลุ่มที่ 3

เมื่อมวลอะตอมเพิ่มขึ้น ลักษณะโลหะของธาตุก็จะเพิ่มขึ้น โบรอนเป็นอโลหะ ธาตุที่เหลือ (กลุ่มย่อยของอะลูมิเนียม) จะเป็นโลหะ โบรอนมีคุณสมบัติแตกต่างจากธาตุอื่นอย่างมีนัยสำคัญ และเหมือนกับคาร์บอนและซิลิคอน. องค์ประกอบที่เหลือเป็นโลหะหลอมได้ในและทีล - นุ่มมาก.

คุณสมบัติทางกายภาพขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก กลุ่มที่ 3

องค์ประกอบทั้งหมดของกลุ่มเป็นแบบไตรวาเลนต์ แต่เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ความจุจะมีลักษณะเฉพาะมากขึ้น 1 (ทล โมโนวาเลนต์เป็นส่วนใหญ่)

ในซีรีส์ В-А l - G а- In -Т l ความเป็นกรดลดลงและความพื้นฐานของไฮดรอกไซด์เพิ่มขึ้นร (โอ้) 3 . H 3 VO 3 - กรด, A l(OH)3 และ G ก(OH) 3 - ฐานแอมโฟเทอริกใน (OH) 3 และ T l (OH) 3 - ฐานทั่วไป ตฮ่าๆN เป็นฐานที่แข็งแกร่ง

ต่อไปเราจะพิจารณาคุณสมบัติของสององค์ประกอบเท่านั้น: ในรายละเอียด - อลูมิเนียมซึ่งเป็นตัวแทนทั่วไปของโลหะ p ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติและในเชิงแผนผัง - โบรอนซึ่งเป็นตัวแทนของ "โลหะกึ่ง" และแสดงคุณสมบัติที่ผิดปกติ เมื่อเทียบกับองค์ประกอบอื่นๆ ของกลุ่มย่อย

อลูมิเนียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในโลก (อันดับที่ 3 ในบรรดาองค์ประกอบทั้งหมด; 8% ขององค์ประกอบของเปลือกโลก) มันไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติเหมือนโลหะอิสระ เป็นส่วนหนึ่งของอลูมินา (Al 2 O 3), บอกไซต์ (A l 2 O 3 x เอช 2 โอ) นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังพบเป็นซิลิเกตในหิน เช่น ดินเหนียว ไมกัส และเฟลด์สปาร์

อลูมิเนียมมีไอโซโทปเสถียรเพียงตัวเดียว โบรอนมีสองไอโซโทป: 19.9% ​​และ 80.1%

คุณสมบัติทางกายภาพอลูมิเนียมในรูปแบบอิสระเป็นโลหะสีเงินสีขาวที่มีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง อลูมิเนียมมีความหนาแน่นต่ำ - น้อยกว่าเหล็กหรือทองแดงประมาณสามเท่า และในขณะเดียวกันก็เป็นโลหะที่ทนทาน/>

โบรอนมีอยู่ในการดัดแปลงแบบ allotropic หลายอย่าง โบรอนอสัณฐานเป็นผงสีน้ำตาลเข้ม ผลึกโบรอนมีสีเทา-ดำ มีความเงาของโลหะ ในแง่ของความแข็ง ผลึกโบรอนอยู่ในอันดับที่สอง (รองจาก เพชร) ในบรรดาสารทั้งหมด ที่อุณหภูมิห้อง โบรอนเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี เช่นเดียวกับซิลิคอน ก็มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ

คุณสมบัติทางเคมี.พื้นผิวของอลูมิเนียมมักจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ A ที่ทนทานลิตร 2 O 3 ซึ่งช่วยปกป้องจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม หากเอาฟิล์มนี้ออก โลหะจะทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างรุนแรง:

2A ลิตร + 6H 2 O = 2A ลิตร (OH) 3 + ZN 2

ในรูปแบบของขี้กบหรือผงจะเผาไหม้ในอากาศอย่างสดใสปล่อยความร้อนจำนวนมาก:

2A l + 3/2 O 2 = A l 2 O 3 + 1676 kJ

สถานการณ์นี้ใช้เพื่อให้ได้โลหะจำนวนหนึ่งจากออกไซด์ของพวกมันโดยวิธีอะลูมิเนียมอเทอร์มี นี่คือชื่อที่กำหนดให้กับรีดักชันด้วยผงอลูมิเนียมของโลหะเหล่านั้นซึ่งความร้อนในการก่อตัวของออกไซด์น้อยกว่าความร้อนของการก่อตัวของ Aล. 2 O 3 ตัวอย่างเช่น:

C r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3 + 539 kJ

บ่อ ซึ่งแตกต่างจากอลูมิเนียม มันเป็นสารเฉื่อยทางเคมี (โดยเฉพาะผลึก) ดังนั้นมันจึงทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น (> 700°C) โดยเกิดเป็นบอริกแอนไฮไดรด์ B 2 O 3:

2B + ZO 2 = 2B 2 O 3

โบรอนไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำไม่ว่าในกรณีใดก็ตาม ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นไปอีก (> 1200°C) มันจะทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน โดยได้โบรอนไนไตรด์ (ใช้สำหรับการผลิตวัสดุทนไฟ):

2B + น 2 = 2BN

โบรอนทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น ในขณะที่ปฏิกิริยากับคลอรีนและโบรมีนจะเกิดขึ้นเมื่อมีความร้อนสูงเท่านั้น (400 และ 600 °C ตามลำดับ) ในกรณีทั้งหมดนี้จะเกิดไตรเฮไลด์ BHอัล 3 - ของเหลวระเหยง่ายที่เกิดควันในอากาศและไฮโดรไลซ์ด้วยน้ำได้ง่าย:

2V + 3บน l 2 = 2Vบน l 3

จากการไฮโดรไลซิสจะเกิดกรดออร์โธบอริก (บอริก) H3BO3:

วีเอ็นเอ ล. 3 + 3H 2 O = H 3 VO 3 + ZNNaล.

ซึ่งแตกต่างจากโบรอนตรงที่อลูมิเนียมที่อุณหภูมิห้องจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนทั้งหมดอย่างแข็งขันจนเกิดเป็นเฮไลด์ เมื่อถูกความร้อน มันจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ (200 °C) ไนโตรเจน (800 °C) ฟอสฟอรัส (500 °C) และคาร์บอน (2000 °C):

2A l + 3 S = A l 2 S 3 (อลูมิเนียมซัลไฟด์)

2A ลิตร + N 2 = 2A แอลเอ็น(อะลูมิเนียมไนไตรด์)

อัล + P = อัล P (อลูมิเนียมฟอสไฟด์)

4A ลิตร + 3C = A ลิตร 4 C 3 (อลูมิเนียมคาร์ไบด์)

สารประกอบทั้งหมดนี้ถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์เพื่อสร้างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ และตามมาด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย ฟอสฟีน และมีเทน

อลูมิเนียมละลายได้ง่ายในกรดไฮโดรคลอริกทุกความเข้มข้น:

2A l + 6NS l = 2A l C l 3 + ZN 2

กรดซัลฟิวริกและกรดไนตริกเข้มข้นไม่มีผลกับอลูมิเนียมในความเย็น เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมสามารถลดกรดเหล่านี้ได้โดยไม่ปล่อยไฮโดรเจนออกมา:

2A l + 6H 2 S O 4 (conc) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (conc) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

อะลูมิเนียมละลายในกรดซัลฟิวริกเจือจาง แล้วปล่อยไฮโดรเจนออกมา:

2A l + 3H 2 S O 4 = A l 2 (S O 4) 3 + 3H 2

ในกรดไนตริกเจือจาง ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยไนตริกออกไซด์ (ครั้งที่สอง):

A l + 4 HN O 3 = A l (N O 3) 3 + N O + 2H 2 O

อลูมิเนียมละลายในสารละลายของโลหะอัลคาไลและคาร์บอเนตโลหะอัลคาไลเพื่อก่อตัว เตตระไฮดรอกซีอะลูมิเนต:

2A l + 2NaOH + 6H 2 O = 2 นา [A l (OH) 4 ] + 3H 2

กรดที่ไม่เป็นตัวออกซิไดซ์จะไม่ทำปฏิกิริยากับโบรอนและมีความเข้มข้นเพียงอย่างเดียว HNO3 ออกซิไดซ์เป็นกรดบอริก:

B + HNO 3 (กระชับ) + H 2 O = H 3 B O 3 + N O

บทที่สิบเอ็ด งวดกลุ่มที่สาม

ระบบองค์ประกอบ

83. ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบของกลุ่ม III

กลุ่มที่ 3 ได้แก่ โบรอน อะลูมิเนียม แกลเลียม อินเดียม แทลเลียม (กลุ่มย่อยหลัก) รวมถึงสแกนเดียม อิตเทรียม แลนทานัม และแลนทาไนด์ แอกทิเนียม และแอกทิไนด์ (กลุ่มย่อยด้านข้าง)

ที่ระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักจะมีอิเล็กตรอนสามตัว (s 2 p 1) พวกมันยอมแพ้อิเล็กตรอนเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายหรือสร้างอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่สามตัวได้อย่างง่ายดายเนื่องจากการเปลี่ยนอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเป็นระดับ p โบรอนและอะลูมิเนียมมีลักษณะเป็นสารประกอบเฉพาะที่มีสถานะออกซิเดชันที่ +3 องค์ประกอบของกลุ่มย่อยแกลเลียม (แกลเลียม อินเดียม แทลเลียม) ยังมีอิเล็กตรอนสามตัวในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก ซึ่งก่อตัวเป็นโครงร่าง s 2 p 1 แต่จะตั้งอยู่หลังชั้น 18 อิเล็กตรอน ดังนั้นแกลเลียมจึงแตกต่างจากอลูมิเนียมตรงที่คุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะอย่างชัดเจน คุณสมบัติเหล่านี้ในซีรีย์ Ga, In, Tl อ่อนลง และคุณสมบัติของโลหะเพิ่มขึ้น

องค์ประกอบของกลุ่มย่อยสแกนเดียมยังมีอิเล็กตรอนสามตัวในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบเหล่านี้เป็นขององค์ประกอบ d การเปลี่ยนแปลง การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นวาเลนซ์คือ d 1 s 2 ทั้งสามองค์ประกอบจะปล่อยอิเล็กตรอนเหล่านี้ค่อนข้างง่าย องค์ประกอบของกลุ่มย่อยแลนทาไนด์มีโครงร่างที่โดดเด่นของระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก: ระดับ 4f ถูกสร้างขึ้นและระดับ d หายไป เริ่มต้นด้วยซีเรียม ธาตุทั้งหมดยกเว้นแกโดลิเนียมและลูเทเซียมมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับอิเล็กตรอนด้านนอก 4f n 6s 2 (แกโดลิเนียมและลูทีเซียมมีอิเล็กตรอน 5d 1 ตัว) จำนวน n แตกต่างกันไปตั้งแต่ 2 ถึง 14 ดังนั้น s- และ f-อิเล็กตรอนจึงมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเวเลนซ์ ส่วนใหญ่สถานะออกซิเดชันของแลนทาไนด์คือ +3 น้อยกว่า +4

โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นวาเลนซ์แอกติไนด์มีความคล้ายคลึงกับโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นวาเลนซ์แลนทาไนด์หลายประการ แลนทาไนด์และแอกติไนด์ทั้งหมดเป็นโลหะทั่วไป

องค์ประกอบทั้งหมดของกลุ่ม III มีความสัมพันธ์กับออกซิเจนอย่างมาก และการก่อตัวของออกไซด์จะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก

องค์ประกอบ Group III มีการใช้งานที่หลากหลาย

โบรอนถูกค้นพบโดย J. Gay-Lussac และ L. Thénard ในปี 1808 ปริมาณในเปลือกโลกอยู่ที่ 1.2·10 - 3%

สารประกอบโบรอนกับโลหะ (โบไรด์) มีความแข็งและทนความร้อนสูง ดังนั้นจึงใช้ในการผลิตโลหะผสมพิเศษที่มีความแข็งเป็นพิเศษและทนความร้อน โบรอนคาร์ไบด์และโบรอนไนไตรด์มีความต้านทานความร้อนได้ดีเยี่ยม หลังใช้เป็นสารหล่อลื่นที่อุณหภูมิสูง ผลึกไฮเดรตของโซเดียมเตตระบอเรต Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O (บอแรกซ์) มีองค์ประกอบคงที่สารละลายของมันถูกใช้ในเคมีวิเคราะห์เพื่อกำหนดความเข้มข้นของสารละลายกรด ปฏิกิริยาของบอแรกซ์กับกรดจะเกิดขึ้นตามสมการ

นา 2 B 4 O 7 + 2 HCl + 5 H 2 O = 2 NaCl + 4 H 3 VO 3

สารประกอบของแกลเลียมที่มีธาตุกลุ่ม VI (ซัลเฟอร์, ซีลีเนียม, เทลลูเรียม) เป็นสารกึ่งตัวนำ เครื่องวัดอุณหภูมิอุณหภูมิสูงจะเต็มไปด้วยแกลเลียมเหลว

อินเดียมถูกค้นพบโดยที. ริกเตอร์และเอฟ. ไรช์ในปี พ.ศ. 2406 มีปริมาณอยู่ในคอราของโลกอยู่ที่ 2.5·10 - 5% การเติมอินเดียมลงในโลหะผสมทองแดงจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกระทำของน้ำทะเล การเติมโลหะนี้ลงในเงินจะเพิ่มความแวววาวของเงินและป้องกันไม่ให้เกิดความหมองในอากาศ การเคลือบอินเดียมช่วยปกป้องโลหะจากการกัดกร่อน มันเป็นส่วนหนึ่งของโลหะผสมบางชนิดที่ใช้ในทางทันตกรรม เช่นเดียวกับโลหะผสมบางชนิดที่หลอมละลายต่ำ (โลหะผสมของอินเดียม บิสมัท ตะกั่ว ดีบุก และแคดเมียมละลายที่อุณหภูมิ 47 °C) สารประกอบอินเดียมที่มีอโลหะหลายชนิดมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ

แทลเลียมถูกค้นพบโดย W. Crookes ในปี พ.ศ. 2404 มีปริมาณอยู่ในเปลือกโลก 10 - 4% โลหะผสมของแทลเลียม (10%) กับดีบุก (20%) และตะกั่ว (70%) มีความต้านทานกรดสูงมาก มันสามารถทนต่อการกระทำของส่วนผสมของกรดซัลฟิวริก, ไฮโดรคลอริกและกรดไนตริก แทลเลียมจะเพิ่มความไวของตาแมวต่อรังสีอินฟราเรดที่เล็ดลอดออกมาจากวัตถุที่ให้ความร้อน สารประกอบแทลเลียมมีพิษสูงและทำให้ผมร่วง

แกลเลียม อินเดียม และแทลเลียมเป็นธาตุรอง ตามกฎแล้วเนื้อหาในแร่จะต้องไม่เกินหนึ่งในพันของเปอร์เซ็นต์

สารประกอบของสแกนเดียม อิตเทรียม แลนทานัม และแลนทาไนด์เป็นที่รู้จักเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 สแกนเดียมบริสุทธิ์ถูกแยกออกโดย L. F. Nilsson ในปี พ.ศ. 2422 เนื้อหาขององค์ประกอบนี้ในเปลือกโลกคือ 10 - 3% อิตเทรียมถูกค้นพบโดย Yu. Gadolin ในปี พ.ศ. 2337 มีเนื้อหาอยู่ในเปลือกโลกอยู่ที่ 2.9·10 - 3% ปริมาณแลนทานัมในเปลือกโลก ค้นพบโดย เค. จี. โมซันเดอร์ ในปี 1839 อยู่ที่ 4.9·10 - 3% โลหะเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตโลหะผสมพิเศษที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเฉพาะ นอกจากนี้แลนทาไนด์ยังใช้ในการเตรียมองค์ประกอบที่ลุกติดไฟได้เองได้หลายชนิด และใช้ซีเรียมเพื่อผลิตโลหะผสมอลูมิเนียม การเติมซีเรียมจะเพิ่มการนำไฟฟ้าของอลูมิเนียมและปรับปรุงคุณสมบัติทางกล ทำให้ง่ายต่อการม้วนทังสเตน ซีเรียมไดออกไซด์ใช้ในการบดแก้วแสง

ตระกูลแอกติไนด์ประกอบด้วยธาตุที่หนักที่สุด ตามหลังแอกทิเนียมในตารางธาตุ

ในบรรดาแอกติไนด์ ยูเรเนียมและทอเรียมสามารถนำไปใช้ได้จริง

และพลูโทเนียม

ยูเรเนียมถูกค้นพบโดย M. G. Klaproth ในปี 1789 ปริมาณยูเรเนียมในเปลือกโลกอยู่ที่ 2.5·10 - 4% ในธรรมชาติยูเรเนียมพบได้ในรูปของไอโซโทปสามชนิด: 238 U - 99.285%, 235 U - 0.71%, 234 U - 0.005% ไอโซโทป 235 U มีความสามารถในการสลายได้เอง ดังนั้น ยูเรเนียมที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จึงได้รับการเสริมสมรรถนะเพื่อเพิ่มปริมาณไอโซโทป 235 สำหรับไอโซโทปนี้ มีแนวคิดเรื่องมวลวิกฤติ เมื่อไปถึงปฏิกิริยาลูกโซ่จะเริ่มต้นขึ้นและเกิดการระเบิดของนิวเคลียร์ หากมวล 235 U น้อยกว่าวิกฤต คุณจะสามารถควบคุมอัตราของปฏิกิริยาการสลายตัวที่เกิดขึ้นเองได้ คุณสมบัติ 235 U นี้ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ สารประกอบยูเรเนียมยังใช้เป็นสีย้อมในอุตสาหกรรมการพิมพ์และซิลิเกต

ทอเรียมไดออกไซด์ถูกค้นพบโดย J. Ya. Berzelius ในปี 1828 แต่ได้ทอเรียมที่เป็นโลหะเมื่อไม่นานมานี้ ปริมาณทอเรียมในเปลือกโลกอยู่ที่ 1.3·10 - 3% การเติมโลหะนี้ลงในทังสเตนเล็กน้อยจะช่วยยืดอายุการใช้งานของขดลวดไฟฟ้าในหลอดไส้ (ทอเรียมดูดซับก๊าซที่ส่งผลให้ไส้หลอดทังสเตนสึกหรออย่างรวดเร็ว) ทอเรียมไดออกไซด์ใช้ในการแพทย์ตลอดจนในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาบางชนิด

พลูโทเนียมถูกค้นพบโดย G. Seaborg, E. McMillan, J. Kennedy และ A. Wahl ในปี 1940 ปริมาณของมันในเปลือกโลกนั้นมีน้อยมาก พลูโทเนียมได้มาจากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ใช้เพื่อจุดประสงค์เดียวกันกับยูเรเนียม-235

84. อะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมได้รับทางเคมีเป็นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวเดนมาร์ก H. C. Oersted ในปี 1825 ในปี 1854 นักเคมีชาวฝรั่งเศส A. E. Saint-Clair Deville ได้แยกอะลูมิเนียมออกมาโดยใช้วิธีเคมีไฟฟ้า

อยู่ในธรรมชาติ. อลูมิเนียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ เนื้อหาในเปลือกโลกอยู่ที่ 8.05% สารประกอบธรรมชาติที่สำคัญที่สุดของอลูมิเนียมคืออะลูมิโนซิลิเกต บอกไซต์ และคอรันดัม

อะลูมิโนซิลิเกตประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของเปลือกโลก ผลิตภัณฑ์จากการผุกร่อนของพวกมันคือดินเหนียวและเฟลด์สปาร์ (ออร์โธเคลส, อัลไบต์, อนอร์ไทต์) พื้นฐานของดินเหนียวคือดินขาวอัล 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O

อะลูมิเนียมเป็นหินที่ใช้ผลิตอลูมิเนียม ประกอบด้วยอลูมิเนียมออกไซด์ส่วนใหญ่ไฮเดรต Al 2 O 3 nH 2 O

คุณสมบัติทางกายภาพ. อลูมิเนียมเป็นโลหะเบาสีเงินขาวที่ละลายที่อุณหภูมิ 660°C พลาสติกมากดึงเป็นลวดได้ง่ายแล้วรีดเป็นแผ่น: สามารถทำจากฟอยล์ที่มีความหนาน้อยกว่า 0.01 มม. อลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าสูงมาก โลหะผสมกับโลหะหลายชนิดมีความแข็งแรงและน้ำหนักเบา

คุณสมบัติทางเคมี. อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีความว่องไวมาก ในชุดของแรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นหลังจากโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ อย่างไรก็ตาม มันค่อนข้างเสถียรในอากาศ เนื่องจากพื้นผิวของมันถูกปกคลุมไปด้วยฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการสัมผัสกับอากาศ หากถอดฟิล์มป้องกันออกไซด์ออกจากลวดอลูมิเนียม อลูมิเนียมจะเริ่มทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับออกซิเจนและไอน้ำในอากาศ กลายเป็นมวลหลวม - อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์:

4 อัล + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 อัล(OH) 3

ปฏิกิริยานี้มาพร้อมกับการปล่อยความร้อน

อะลูมิเนียมที่ปราศจากฟิล์มป้องกันออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อปล่อยไฮโดรเจน:

2 อัล + 6 H 2 O = 2 อัล(OH) 3 + 3 H 2

อลูมิเนียมละลายได้ดีในกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง:

2 อัล + 6 HCl = 2 AlCl 3 + 3 H 2

2 อัล + 3 H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 +3 H 2

กรดไนตริกเจือจางจะทำให้อะลูมิเนียมผ่านความเย็น แต่เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมจะละลายในนั้น ปล่อยไนโตรเจนมอนนอกไซด์ ไนโตรเจนเฮมิออกไซด์ ไนโตรเจนอิสระ หรือแอมโมเนีย เช่น:

8 อัล + 30 HNO 3 = 8 อัล(NO 3) 3 + 3 N 2 O + 15 H 2 O

กรดไนตริกเข้มข้นจะผ่านอะลูมิเนียม

เนื่องจากอลูมิเนียมออกไซด์และไฮดรอกไซด์เป็นแอมโฟเทอริก

คุณสมบัติ อลูมิเนียมละลายได้ง่ายในสารละลายที่เป็นน้ำของด่างทั้งหมด ยกเว้นแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์:

2 อัล + 6 KOH + 6 H 2 O = 2 K 3 [อัล (OH) 6 ] + 3 H 2

ผงอลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน ออกซิเจน และอโลหะทั้งหมดได้อย่างง่ายดาย ในการเริ่มต้นปฏิกิริยา จำเป็นต้องมีการให้ความร้อน จากนั้นจะดำเนินการอย่างเข้มข้นและมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก:

2 Al + 3 Br 2 = 2 AlBr 3 (อะลูมิเนียมโบรไมด์)

4 Al + 3 O 2 = 2 Al 2 O 3 (อะลูมิเนียมออกไซด์)

2 Al + 3 S = Al 2 S 3 (อะลูมิเนียมซัลไฟด์)

2 Al + N 2 = 2 AlN (อะลูมิเนียมไนไตรด์)

4 Al + 3 C = Al 4 C 3 (อลูมิเนียมคาร์ไบด์)

อะลูมิเนียมซัลไฟด์มีอยู่ได้เฉพาะในรูปของแข็งเท่านั้น ในสารละลายที่เป็นน้ำ จะต้องผ่านการไฮโดรไลซิสโดยสมบูรณ์ด้วยการก่อตัวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์:

อัล 2 ส 3 + 6 H 2 O = 2 อัล (OH) 3 + 3 H 2 ส

อะลูมิเนียมสามารถขจัดออกซิเจนและฮาโลเจนออกจากออกไซด์และเกลือของโลหะอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย ปฏิกิริยาจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก:

8 อัล + 3 เฟ 3 โอ 4 = 9 เฟ + 4 อัล 2 โอ 3

กระบวนการรีดิวซ์โลหะจากออกไซด์ด้วยอะลูมิเนียมเรียกว่าอะลูมิเนียมอุณหภูมิ อุณหภูมิอะลูมิเนียมใช้ในการผลิตโลหะหายากบางชนิดที่สร้างพันธะอันแข็งแกร่งกับออกซิเจน (ไนโอเบียม แทนทาลัม โมลิบดีนัม ทังสเตน ฯลฯ) เช่นเดียวกับรางเชื่อม หากคุณใช้ฟิวส์พิเศษในการจุดไฟเผาส่วนผสมของผงอะลูมิเนียมเนื้อละเอียดและแร่เหล็กแม่เหล็ก Fe 3 O 4 (เทอร์ไมต์) ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเมื่อส่วนผสมให้ความร้อนถึง 3500 °C เหล็กที่อุณหภูมินี้อยู่ในสถานะหลอมเหลว

ใบเสร็จ. อลูมิเนียมได้มาครั้งแรกโดยรีดักชันจากอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยโลหะโซเดียม:

AlCl 3 + 3 Na = 3 NaCl + Al

ปัจจุบันได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวในอ่างอิเล็กโทรไลต์ (รูปที่ 46) อิเล็กโทรไลต์เป็นแบบละลายที่ประกอบด้วยไครโอไลท์ 85-90% ซึ่งเป็นเกลือเชิงซ้อน 3NaF·AlF 3 (หรือ Na 3 AlF 6) และอลูมินา 10-15% - อะลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3 ส่วนผสมนี้ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 °C

เมื่อละลายในไครโอไลท์หลอมเหลว อลูมินาจะทำหน้าที่เป็นเกลือของอะลูมิเนียมและกรดอะลูมิเนียม และแยกตัวออกเป็นไอออนบวกของอะลูมิเนียมและแอนไอออนของกรดที่ตกค้างของกรดอะลูมิเนียม:

อัลAlO 3  อัล 3  + AlO 3 3 

Cryolite ยังแยกตัวออก:

นา 3 อัลเอฟ 6  3 นา  + อัลเอฟ 6 3 

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านการหลอม อะลูมิเนียมและโซเดียมแคตไอออนจะเคลื่อนไปที่แคโทด ซึ่งเป็นตัวกราไฟต์ของอ่าง ซึ่งเคลือบที่ด้านล่างด้วยชั้นอะลูมิเนียมหลอมเหลวที่ได้รับระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส เนื่องจากอลูมิเนียมมีปฏิกิริยาน้อยกว่าโซเดียม จึงถูกรีดิวซ์ก่อน อลูมิเนียมที่ลดลงในสถานะหลอมเหลวจะถูกรวบรวมที่ด้านล่างของอ่างจากจุดที่นำออกเป็นระยะ

แอนไอออน AlO 3 3  และ AlF 6 3  เคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก - แท่งกราไฟท์หรือช่องว่าง ที่ขั้วบวก ประจุลบ AlO 3 3 จะถูกปล่อยออกมาเป็นครั้งแรก 

4 อัลO ​​3 3   12 จ  = 2 อัล 2 O 3 + 3 O 2

ปริมาณการใช้อลูมินาจะถูกเติมอย่างต่อเนื่อง ปริมาณของไครโอไลท์ไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ มีเพียงการสูญเสียเล็กน้อยเท่านั้นที่เกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของคาร์บอนเตตราฟลูออไรด์ CF 4 ที่ขั้วบวก

การผลิตอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมาก (ใช้ไฟฟ้าประมาณ 20,000 กิโลวัตต์ชั่วโมงเพื่อผลิตอะลูมิเนียม 1 ตัน) ดังนั้นโรงถลุงอะลูมิเนียมจึงถูกสร้างขึ้นใกล้กับโรงไฟฟ้า

แอปพลิเคชัน. อลูมิเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมาก ใช้ทำฟอยล์ที่ใช้ในวิศวกรรมวิทยุและบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์อาหาร ผลิตภัณฑ์เหล็กและเหล็กหล่อเคลือบด้วยอะลูมิเนียมเพื่อป้องกันการกัดกร่อน: ผลิตภัณฑ์ได้รับความร้อนถึง 1,000 °C ในส่วนผสมของผงอลูมิเนียม (49%) อลูมิเนียมออกไซด์ (49%) และอลูมิเนียมคลอไรด์ (2%) กระบวนการนี้เรียกว่าอลูมิไนซ์

ผลิตภัณฑ์อลูมิไนซ์สามารถทนความร้อนได้สูงถึง 1,000°C โดยไม่เกิดการกัดกร่อน อลูมิเนียมอัลลอยด์มีความโดดเด่นด้วยความเบาและความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยม ถูกนำมาใช้ในการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ในการก่อสร้างเครื่องบินและวิศวกรรมเครื่องกล

อลูมิเนียมออกไซด์อัล 2 โอ 3 . เป็นสารสีขาวที่มีจุดหลอมเหลว 2050 °C โดยธรรมชาติแล้วอะลูมิเนียมออกไซด์จะเกิดขึ้นในรูปของคอรันดัมและอลูมินา บางครั้งพบผลึกคอรันดัมโปร่งใสที่มีรูปร่างและสีสวยงาม คอรันดัมที่มีสีแดงโดยสารประกอบโครเมียมเรียกว่าทับทิม และสีน้ำเงินที่เกิดจากสารประกอบไทเทเนียมและเหล็กเรียกว่าแซฟไฟร์ ทับทิมและไพลินเป็นอัญมณีล้ำค่า ปัจจุบันสามารถได้มาอย่างง่ายดาย

อลูมิเนียมออกไซด์มีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริก แต่ไม่ละลายในน้ำ กรด และด่าง เมื่อต้มในสารละลายอัลคาไลเข้มข้นจะเข้าสู่สารละลายเพียงบางส่วนเท่านั้น อลูมิเนียมออกไซด์จะถูกแปลงเป็นสถานะที่ละลายได้โดยการหลอมรวมกับอัลคาลิสหรือโพแทสเซียมไพโรซัลเฟต:

AI 2 O 3 + 2 KOH = 2 KAlO 2 + H 2 O

อัล 2 O 3 + 3 K 2 S 2 O 7 = 3 K 2 SO 4 + อัล 2 (SO 4) 3

โลหะผสมที่ได้จะละลายในน้ำ เมื่ออลูมิเนียมออกไซด์ผสมกับโปแตชหรือโซดา อลูมิเนทซึ่งละลายน้ำได้ง่าย:

อัล 2 O 3 + K 2 CO 3 = 2 KAlO 2 + CO 2

คอรันดัมธรรมชาติเป็นสารที่แข็งมาก ใช้ทำล้อทรายและผงบด ทับทิมใช้ทำปลอกสำหรับนาฬิกาและกลไกอื่นๆ ที่มีความเที่ยงตรงสูง

อลูมินาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตอะลูมิเนียม อลูมิเนียมออกไซด์อบแห้งทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับสำหรับการทำให้บริสุทธิ์และการแยกสารอินทรีย์โดยวิธีโครมาโทกราฟี

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อัล(OH) 3 . เป็นสารสีขาวที่เมื่อถูกความร้อนจะสูญเสียน้ำกลายเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีคุณสมบัติแอมโฟเทอริก ไฮดรอกไซด์ที่ตกตะกอนใหม่สามารถละลายได้ง่ายในกรดและด่าง (ยกเว้นแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์):

2 อัล(OH) 3 + 3 H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 + 6 H 2 O

อัล(OH) 3 + 3 KOH = K 3 [อัล(OH) 6 ]

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นเบสอ่อนและเป็นกรดที่อ่อนกว่า ดังนั้นเกลืออะลูมิเนียมจึงอยู่ในสารละลายเมื่อมีกรดมากเกินไปเท่านั้น และอะลูมิเนตจะมีเฉพาะเมื่อมีอัลคาไลมากเกินไปเท่านั้น เมื่อสารละลายเจือจางด้วยน้ำ สารประกอบเหล่านี้จะถูกไฮโดรไลซ์อย่างมาก

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์แห้งซึ่งสูญเสียน้ำบางส่วนไป ไม่ละลายในกรดหรือด่าง จึงมีลักษณะคล้ายกับอะลูมิเนียมออกไซด์

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีความสามารถในการดูดซับสารต่างๆ จึงถูกนำมาใช้ในการทำน้ำให้บริสุทธิ์

บทที่สิบสอง งวดกลุ่มที่สอง

ระบบองค์ประกอบ

85. ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบของกลุ่ม II

กลุ่มที่ 2 ของระบบธาตุตามธาตุ ได้แก่ เบริลเลียม โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท: แมกนีเซียม แคลเซียม สตรอนเทียม แบเรียม และเรเดียม (กลุ่มย่อยหลัก) และกลุ่มย่อยสังกะสี: สังกะสี แคดเมียม ริวติ (กลุ่มย่อยด้านข้าง) โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธเป็นหนี้ชื่อเนื่องจากออกไซด์ (ดิน) ของพวกมันเมื่อละลายในน้ำจะเกิดเป็นสารละลายอัลคาไลน์

ในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักและด้านข้างจะมีอิเล็กตรอนสองตัว (s 2) ซึ่งพวกมันบริจาคสร้างสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันที่ +2

องค์ประกอบทั้งหมดของกลุ่ม II มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำและมีความผันผวนสูง ในธาตุอัลคาไลน์เอิร์ธ ความสามารถในการละลายของไฮดรอกไซด์จะเพิ่มขึ้นจากแมกนีเซียมไปเป็นแบเรียม แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์แทบจะไม่ละลายในน้ำ แคลเซียมไฮดรอกไซด์ละลายได้เล็กน้อย และแบเรียมไฮดรอกไซด์ละลายได้สูง ความสามารถในการละลายของเกลือหลายชนิดลดลงจากแมกนีเซียมไปเป็นเรเดียม ดังนั้นแมกนีเซียมซัลเฟตจึงละลายได้สูงในน้ำแคลเซียมซัลเฟตละลายได้ไม่ดีและสตรอนเซียมแบเรียมและเรเดียมซัลเฟตแทบไม่ละลายน้ำ เรเดียมซัลเฟตมีความสามารถในการละลายต่ำเพื่อแยกเรเดียมออกจากสารเข้มข้น

ในกลุ่มย่อยของสังกะสี ค่าแอมโฟเทอริซิตีของออกไซด์จะลดลงจากสังกะสีไปเป็นปรอท: ซิงค์ไฮดรอกไซด์ละลายได้สูงในด่าง แคดเมียมไฮดรอกไซด์ละลายได้น้อยกว่ามาก และไฮดรอกไซด์ของปรอทไม่ละลายในด่าง กิจกรรมของธาตุในกลุ่มย่อยนี้จะลดลงเมื่อมวลอะตอมเพิ่มขึ้น ดังนั้นสังกะสีจะแทนที่แคดเมียมและปรอทจากสารละลายเกลือของพวกเขา และแคดเมียมจะแทนที่ปรอท

เบริลเลียมถูกค้นพบโดย L. N. Vauquelin ในปี 1798 ปริมาณเบริลเลียมในเปลือกโลกอยู่ที่ 3.8·10 - 4% โลหะเบริลเลียมใช้ทำหน้าต่างสำหรับเครื่องเอ็กซเรย์ เนื่องจากดูดซับรังสีเอกซ์ได้อ่อนกว่าอะลูมิเนียมถึง 17 เท่า การเติมเบริลเลียมลงในโลหะผสมจะเพิ่มความแข็งและการนำไฟฟ้า สารประกอบเบริลเลียมอาจทำให้เกิดโรคปอดที่รุนแรงมาก

สตรอนเชียมถูกแยกได้ครั้งแรกในรูปของออกไซด์โดยเอ. ครอว์ฟอร์ดในปี พ.ศ. 2333 และในรูปแบบบริสุทธิ์โดยจี. เดวีในปี พ.ศ. 2351 ปริมาณสารในเปลือกโลกอยู่ที่ 0.034% สตรอนเทียมไนเตรตถูกใช้ในดอกไม้ไฟ และใช้คาร์บอเนตและออกไซด์ในอุตสาหกรรมน้ำตาล การระเบิดของนิวเคลียร์ทำให้เกิดธาตุสตรอนเซียม-90 ซึ่งเป็นรังสีที่อันตรายมาก เนื่องจากทำให้เกิดอาการป่วยจากรังสี มะเร็งเม็ดเลือดขาว และมะเร็งกระดูก

แบเรียมถูกค้นพบโดย K.V. Scheele ในปี 1774 และ G. Devi ในปี 1808 ปริมาณของมันในเปลือกโลกคือ 0.065% สารประกอบแบเรียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือไฮดรอกไซด์ เปอร์ออกไซด์ และเกลือบางชนิด แบเรียมไฮดรอกไซด์และคลอไรด์ถูกนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการ, แบเรียมเปอร์ออกไซด์ - เพื่อผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, ไนเตรตและคลอเรต - ในดอกไม้ไฟ, แบเรียมซัลเฟต - ในการส่องกล้องของอวัยวะย่อยอาหาร สารประกอบแบเรียมเป็นพิษ

เรเดียมถูกค้นพบโดย M. และ P. Curie ร่วมกับ J. Belebn ในปี พ.ศ. 2441

ปริมาณในเปลือกโลกอยู่ที่ 1·10 - 20% เรเดียมเป็นกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ: ในระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี อนุภาคα และอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาและเกิดเรดอนขึ้น เกลือเรเดียมใช้เพื่อการวิจัยรวมทั้งเพื่อให้ได้เรดอนซึ่งมีคุณสมบัติในการรักษา

แคดเมียมถูกค้นพบโดย F. Strohmeyer ในปี 1817 และเป็นอิสระโดย K. Hermann, K. Karsten และ W. Meissner ในปี 1818 ปริมาณแคดเมียมในเปลือกโลกอยู่ที่ 1.3·10 - 5% เนื่องจากความสามารถของแคดเมียมที่จะเคลือบด้วยฟิล์มป้องกันออกไซด์ จึงถูกใช้เป็นสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนที่มีความเสถียร สารประกอบแคดเมียมเป็นพิษ

86. แมกนีเซียม

แมกนีเซียมถูกค้นพบโดย G. Davy ในปี 1808

อยู่ในธรรมชาติ. ปริมาณแมกนีเซียมในเปลือกโลกอยู่ที่ 1.87% สารประกอบของมันมีอยู่ในแร่ธาตุต่างๆ แมกนีเซียมคาร์บอเนตเป็นส่วนหนึ่งของโดโลไมต์ CaCO 3 MgCO 3 และแมกนีไทต์ MgCO 3 คลอไรด์เป็นส่วนหนึ่งของคาร์นัลไลท์ KCl MgCl 2 6H 2 O แมกนีเซียมซัลเฟตเป็นส่วนหนึ่งของ kainite KCl MgSO 4 6H 2 O เกลือแมกนีเซียมจำนวนมากที่พบในน้ำทะเล ทำให้มีรสขม

คุณสมบัติทางกายภาพ. แมกนีเซียมเป็นโลหะสีเงินสีขาว มีความหนาแน่น 1.74 g/cm3 ละลายที่ 651 °C เดือดที่ 1110 °C ในสภาพอากาศหนาวเย็น แมกนีเซียมจะถูกปกคลุมไปด้วยฟิล์มออกไซด์ ซึ่งช่วยปกป้องแมกนีเซียมจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมโดยออกซิเจนในบรรยากาศ

คุณสมบัติทางเคมี. แมกนีเซียมเป็นโลหะที่มีฤทธิ์ หากฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวถูกทำลาย ออกซิเจนในบรรยากาศก็จะออกซิไดซ์ได้ง่าย เมื่อถูกความร้อน แมกนีเซียมจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน ซัลเฟอร์ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส คาร์บอน ซิลิคอน และองค์ประกอบอื่น ๆ อย่างมีพลัง:

2 Mg + O 2 = 2 MgO (แมกนีเซียมออกไซด์)

Mg + Cl 2 = MgCl 2 (แมกนีเซียมคลอไรด์)

3 Mg + N 2 = Mg 3 N 2 (แมกนีเซียมไนไตรด์)

3 Mg + 2 P = Mg 3 P 2 (แมกนีเซียมฟอสไฟด์)

2 Mg + Si = Mg 2 Si (แมกนีเซียมซิลิไซด์)

แมกนีเซียมไม่ละลายในน้ำ แต่เมื่อถูกความร้อนจะมีปฏิกิริยากับไอน้ำค่อนข้างมาก:

มก. + ชม. 2 O = MgO + ชม. 2

แมกนีเซียมสามารถขจัดออกซิเจนและฮาโลเจนออกจากโลหะหลายชนิดได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นจึงใช้เพื่อให้ได้โลหะหายากจากสารประกอบของพวกเขา:

3Mg + MoO 3 = 3 MgO + Mo

2Мg + ZrСl 4 = 2 МgСl 2 + Zr

มันเผาไหม้ในบรรยากาศของคาร์บอนไดออกไซด์:

Mg + CO 2 = MgO + CO

และละลายได้ดีในกรด:

มก. + เอช 2 SO 4 = มก. SO 4 + เอช 2

4 มก. + 10 HNO 3 = 4 มก. (NO 3) 2 + N 2 O + 5 H 2 O

ใบเสร็จ. แมกนีเซียมได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว อิเล็กโทรไลต์เป็นคาร์นัลไลท์บริสุทธิ์ที่ถูกทำให้ขาดน้ำ แอโนดคือแท่งกราไฟท์ และแคโทดคือเหล็ก เวทมนตร์เหลวที่เกิดขึ้นจะลอยขึ้นสู่พื้นผิวและถูกรวบรวมด้วยสกู๊ป ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส แมกนีเซียมคลอไรด์จะถูกเติมลงในอิเล็กโทรไลต์ เมื่อเร็ว ๆ นี้แมกนีเซียมยังได้รับโดยการลดจากออกไซด์ด้วยแคลเซียมคาร์ไบด์คาร์บอนอสัณฐานหรือซิลิคอน กระบวนการรีดิวซ์ด้วยคาร์ไบด์เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 1200 โดยมีคาร์บอนอยู่ที่ 2000 และด้วยซิลิคอนที่อุณหภูมิ 1200–1300 °C เพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาของโลหะแมกนีเซียมและ SiO 2 ที่เกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยา จะไม่มีการนำ MgO เข้าสู่ปฏิกิริยา แต่เป็นโดโลไมต์ที่ยิงออกมา - ส่วนผสมของแคลเซียมและแมกนีเซียมออกไซด์:

MgO + CaC 2 = CaO + Mg + 2 C (1200 C)

MgO + C = Mg + CO (2000 C)

2 MgO + CaO + Si = CaSiO 3 + 2 Mg (12001300 С)

แอปพลิเคชัน. แมกนีเซียมใช้ในการผลิตโลหะผสมเบาหลายชนิด โดยเฉพาะดูราลูมิน การเติมแมกนีเซียมลงในเหล็กหล่อช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของเหล็กหล่อหลัง แมกนีเซียมถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์ในการผลิตโลหะหายาก (Nb, Ta, Mo, W, Tl, Zr, Hf เป็นต้น) และอโลหะบางชนิด (เช่น Si)

แมกนีเซียมออกไซด์ MgO. เป็นสารผลึกสีขาวละเอียด ไม่ละลายในน้ำ ละลายที่อุณหภูมิ 2800 °C มีคุณสมบัติพื้นฐาน ละลายได้ในกรด:

MgO + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O

เมื่อถูกความร้อนจะทำปฏิกิริยากับกรดออกไซด์:

MgO + SiO 2 = MgSO 4

ในห้องปฏิบัติการสามารถรับแมกนีเซียมออกไซด์ได้โดยการเผาโลหะแมกนีเซียมหรือเผาไฮดรอกไซด์:

มก.(OH) 2 = MgO + H 2 O

ในอุตสาหกรรม MgO ได้มาจากการสลายตัวด้วยความร้อนของแมกนีเซียมคาร์บอเนต:

MgCO 3 = MgO + CO 2

อุตสาหกรรมการก่อสร้างใช้แมกนีเซียมออกไซด์จำนวนมากเพื่อผลิตซีเมนต์แมกนีไซต์และวัสดุทนไฟแมกนีไซต์

แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ Mg(OH) 2 . สารสีขาว ไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายได้ง่ายในกรด:

Mg(OH) 2 + H 2 SO 4 = MgSO 4 + 2 H 2 O

เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ถูกส่งผ่านสารแขวนลอยของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ สารเหล่านี้จะละลายกลายเป็นแมกนีเซียมไบคาร์บอเนต:

Mg(OH) 2 + CO 2 = MgCO 3 + H 2 O

MgCO 3 + CO 2 + H 2 O = Mg(HCO 3) 2

แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ได้มาจากการกระทำของอัลคาลิสหรือแอมโมเนียต่อสารละลายเกลือแมกนีเซียม:

MgCl 2 + 2 KOH = Mg(OH) 2 + 2 KCl

MgCl 2 + 2 NH 4 OH = Mg(OH) 2 + 2 NH 4 Cl

หากเติมเกลือแอมโมเนียมลงในสารละลายที่มีแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ ตะกอนจะละลาย สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแอมโมเนียมไอออนจับกับไฮดรอกซิลไอออน (เกิดแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ที่แยกตัวออกเล็กน้อย):

มก.(OH) 2 + 2 NH 4  = มก. 2  + 2 NH 4 OH

วิธีนี้จะทำให้แมกนีเซียมสามารถละลายในแอมโมเนียได้ สารละลายนี้เรียกว่าส่วนผสมแมกนีเซียม และใช้สำหรับการวัดไอออนของกรดฟอสฟอริกทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ:

MgCl 2 + 3 NH 4 OH + H 3 PO 4 = MgNH 4 PO 4 + 2 NH 4 Cl + 3 H 2 O

ไนเตรต คลอไรด์ ซัลเฟต เปอร์คลอเรต แมกนีเซียมอะซิเตต รวมถึงเกลือกรดของกรดโพลีบาซิกละลายในน้ำได้สูง เกลือแมกนีเซียมอื่นๆ ละลายได้ไม่ดีในน้ำ

87. แคลเซียม

มนุษย์รู้จักเกลือแคลเซียมมาเป็นเวลานาน แต่โลหะนี้ได้รับในสถานะอิสระโดยนักเคมีชาวอังกฤษ G. Davy ในปี 1808 เท่านั้น

อยู่ในธรรมชาติ. ปริมาณแคลเซียมในเปลือกโลกอยู่ที่ 3.3% สารประกอบที่พบมากที่สุดคือแร่แคลไซต์ CaCO 3 (ส่วนประกอบหลักของหินปูน ชอล์ก และหินอ่อน) และแคลไซต์ชนิดโปร่งใสหลากหลายชนิด - สปาร์ของไอซ์แลนด์ แคลเซียมคาร์บอเนตยังเป็นส่วนหนึ่งของแร่โดโลไมต์ CaCO 3 ·MgCO 3 เงินฝากของแคลเซียมซัลเฟตมักพบในรูปของแร่ยิปซั่ม CaSO 4 2H 2 O แคลเซียมฟอสเฟต - ในรูปของแร่ธาตุฟอสเฟต Ca 3 (PO 4) 2 และอะพาไทต์ 3Ca 3 (PO 4) 2 CaF 2 (หรือ Ca 5 (PO 4) 3 F) แคลเซียมฟลูออไรด์ - ในรูปของแร่ฟลูออร์สปาร์ CaF 2 และแคลเซียมไนเตรต - ในรูปของแคลเซียมหรือนอร์เวย์ ไนเตรต Ca(NO 3) 2 แคลเซียมยังรวมอยู่ในอะลูมิโนซิลิเกตหลายชนิด โดยเฉพาะเฟลด์สปาร์

คุณสมบัติทางกายภาพ. แคลเซียมเป็นโลหะอ่อนสีขาวเงินที่ละลายที่อุณหภูมิ 850°C และเดือดที่ 1482°C มันยากกว่าโลหะอัลคาไลมาก

คุณสมบัติทางเคมี. แคลเซียมเป็นโลหะที่มีฤทธิ์ ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติมันจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและฮาโลเจนในบรรยากาศได้อย่างง่ายดาย:

2 Ca + O 2 = 2 CaO (แคลเซียมออกไซด์)

Ca + Br 2 = CaBr 2 (แคลเซียมโบรไมด์)

แคลเซียมทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส คาร์บอน และอโลหะอื่นๆ เมื่อถูกความร้อน:

Ca + H 2 = CaH 2 (แคลเซียมไฮไดรด์)

3 Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (แคลเซียมไนไตรด์)

Ca + S = CaS (แคลเซียมซัลไฟด์)

3 Ca + 2 P = Ca 3 P 2 (แคลเซียมฟอสไฟด์)

Ca + 2 C = CaC 2 (แคลเซียมคาร์ไบด์)

แคลเซียมทำปฏิกิริยาช้าๆ กับน้ำเย็น แต่ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำมัสตาร์ด:

Ca + 2 H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2

แคลเซียมสามารถกำจัดออกซิเจนหรือฮาโลเจนออกจากออกไซด์และเฮไลด์ของโลหะที่มีฤทธิ์น้อย กล่าวคือ มีคุณสมบัติลดลง:

5 Ca + Nb 2 O 5 = CaO + 2 Nb

5 Ca + 2 NbCl 5 = 5 CaCl 2 + 2 Nb

ใบเสร็จ. โลหะแคลเซียมได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว อิเล็กโทรไลต์เป็นส่วนผสมที่หลอมละลายของ CaCl 2 และ CaF 2 ในอัตราส่วน 3: 1 โดยน้ำหนัก เติมแคลเซียมฟลูออไรด์เพื่อลดจุดหลอมเหลวของส่วนผสม แอปพลิเคชัน.แคลเซียมถูกนำมาใช้ในโลหะวิทยาเพื่อชำระเหล็กหล่อและเหล็กกล้าจากออกไซด์ เช่นเดียวกับในการผลิตโลหะหายากหลายชนิด (Tl, Zg, Hf, Nb, Ta ฯลฯ) เป็นตัวรีดิวซ์ของโลหะเหล่านี้จากออกไซด์และคลอไรด์ โลหะผสมของแคลเซียมและตะกั่วใช้ในการผลิตตลับลูกปืนและปลอกสายเคเบิล

แคลเซียมออกไซด์ CaO. สารสีขาวที่ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 3000 °C โดยมีคุณสมบัติพื้นฐานเด่นชัด ทำปฏิกิริยาได้ดีกับน้ำ กรด และกรดออกไซด์:

CaO+ H 2 O = Ca(OH) 2

CaO+ 2 HCl = CaCl 2 + H 2 O

CaO + CO 2 = CaCO 3

ในสภาวะห้องปฏิบัติการ แคลเซียมออกไซด์สามารถได้รับจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของแคลเซียม เช่นเดียวกับการสลายตัวทางความร้อนของคาร์บอเนต ในอุตสาหกรรม CaO ได้มาจากการเผาไหม้หินปูนในเตาเผาแบบปล่องหรือท่อหมุนที่อุณหภูมิ 1,000–1100 °C นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงถูกเรียกว่า เผาหรือ ปูนขาว.

แคลเซียมออกไซด์ใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้างเป็นวัสดุยึดเกาะ

แคลเซียมไฮดรอกไซด์ Ca(OH) 2 . สารของแข็งสีขาว ละลายได้ไม่ดีในน้ำ (Ca(OH) 2 1.56 กรัม ละลายในน้ำ 1 ลิตรที่อุณหภูมิ 20 °C) เมื่อบำบัดแคลเซียมออกไซด์ด้วยน้ำร้อน จะได้แคลเซียมไฮดรอกไซด์บดละเอียด - ปุย. สารละลายน้ำอิ่มตัวของ Ca(OH) 2 เรียกว่าน้ำมะนาว ในอากาศจะมีเมฆมากเนื่องจากมีปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์และการก่อตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต

แคลเซียมไฮดรอกไซด์เป็นด่าง ทำปฏิกิริยาได้ง่ายกับกรด กรดออกไซด์ และเกลือ:

Ca(OH) 2 + 2 HCl = CaCl 2 + 2 H 2 O

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

3 Ca(OH) 2 +2 FeCl 3 = 3 CaCl 2 + 2 Fe(OH) 3

กระบวนการปฏิสัมพันธ์ของแคลเซียมออกไซด์กับน้ำเรียกว่าการดับ ปูนขาวผสมกับทรายและน้ำทำให้เกิดปูนขาวที่ใช้ในการก่อสร้าง: สำหรับยึดอิฐเมื่อวางผนัง, สำหรับฉาบปูน ฯลฯ ในอากาศ ปูนขาวจะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และเปลี่ยนเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต

สังกะสีในโลหะผสมเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด

ได้รับเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 เท่านั้น

อยู่ในธรรมชาติ. ปริมาณสังกะสีในเปลือกโลกอยู่ที่ 8.3·10 - 3% การเชื่อมต่อค่อนข้างแพร่หลาย แร่ธาตุที่พบมากที่สุดคือ Zinc Blende ZnS ซึ่งน้อยกว่า Galmei ZnCO 3 แร่สังกะสีที่เป็นซิลิกอน Zn 2 SiO 4 H 2 O สังกะสี Spinel ZnO Al 2 O 3 และแร่สังกะสีสีแดง หรือ Zincite หรือ ZnO

คุณสมบัติทางกายภาพ. สังกะสีเป็นโลหะสีน้ำเงินอมขาวที่มีความแวววาวของโลหะ เมื่ออยู่ในอากาศ พื้นผิวจะถูกปกคลุมไปด้วยฟิล์มออกไซด์และมัวหมอง สังกะสีละลายที่ 419.5°C และเดือดที่ 913°C ความหนาแน่นของสังกะสีแข็งหล่อคือ 7.13 g/cm 3 ความหนาแน่นของสังกะสีรีดจะสูงกว่าเล็กน้อย ที่จุดหลอมเหลว ความหนาแน่นของสังกะสีคือ 6.92 g/cm3 ในสภาพอากาศเย็น สังกะสีจะค่อนข้างเปราะบาง แต่ที่อุณหภูมิ 100–150 °C ก็สามารถรีดและดึงออกมาได้ง่าย ก่อให้เกิดโลหะผสมกับโลหะอื่นได้อย่างง่ายดาย

คุณสมบัติทางเคมี. สังกะสีเป็นโลหะที่ค่อนข้างมีฤทธิ์ ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ฮาโลเจน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัสได้อย่างง่ายดาย:

2 Zn + O 2 = 2 ZnO (ซิงค์ออกไซด์)

Zn + Сl 2 = ZnСl 2 (สังกะสีคลอไรด์)

Zn + S = ZnS (ซิงค์ซัลไฟด์)

3 Zn + 2 P = Zn 3 P 2 (สังกะสีฟอสไฟด์)

เมื่อถูกความร้อนจะทำปฏิกิริยากับแอมโมเนีย ทำให้เกิดซิงค์ไนไตรด์:

3 Zn + 2 NН 3 = Zn 2 N 3 + 3 Н 2

และยังมีน้ำด้วย:

สังกะสี + H 2 O = ZnO + H 2

และไฮโดรเจนซัลไฟด์:

สังกะสี + H 2 S = ZnS + H 2

ซัลไฟด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของสังกะสีจะป้องกันไม่ให้เกิดปฏิกิริยากับไฮโดรเจนซัลไฟด์เพิ่มเติม

สังกะสีละลายได้ดีในกรดและด่าง:

สังกะสี + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

4 สังกะสี + 10 HNO 3 = 4 Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3 H 2 O

สังกะสี + 2 KOH + 2 H 2 O = K 2 + H 2

สังกะสีจะละลายในสารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำซึ่งต่างจากอะลูมิเนียม เนื่องจากสังกะสีจะก่อตัวเป็นแอมโมเนียที่ละลายน้ำได้สูง:

สังกะสี + 4 NH 4 OH = (OH) 2 + H 2 + 2 H 2 O

สังกะสีจะแทนที่โลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากสารละลายเกลือของพวกมัน

CuSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cu

СdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сd

ใบเสร็จ. ได้รับสังกะสีได้สองวิธี: ไพโรเมทัลโลจิคัลและไฮโดรเมทัลโลจิคัล ในทั้งสองวิธี แร่สังกะสีจะถูกคั่วเพื่อเปลี่ยนซิงค์ซัลไฟด์เป็นออกไซด์:

2 ZnS + 3 O 2 = 2 ZnO + 2 SO 2

สังกะสี CO 3 = สังกะสี O + CO 2

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจะใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริก เมื่อได้รับสังกะสีโดยใช้กระบวนการไพโรเมทัลโลจิคัล ถ่านสังกะสีที่ได้ (ผลิตภัณฑ์จากแร่สังกะสีย่าง) จะถูกผสมกับโค้กและให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 1100–1200 °C สังกะสีลดลง:

ZnO + C = สังกะสี + CO

และที่อุณหภูมิ 913 “C จะถูกกลั่นออก

เพื่อให้ได้สังกะสีโดยใช้วิธีไฮโดรเมทัลโลจิคัล ถ่านสังกะสีจะถูกละลายในกรดซัลฟิวริก สิ่งเจือปนจะถูกแยกออก และสังกะสีจะถูกแยกออกด้วยกระแสไฟฟ้าของสารละลายซัลเฟต (อลูมิเนียมคือแคโทดและตะกั่วคือขั้วบวก)

แอปพลิเคชัน. สังกะสีใช้สำหรับเหล็กชุบสังกะสีเพื่อป้องกันการกัดกร่อน (แผ่นสังกะสี) และสำหรับการผลิตเซลล์กัลวานิก ฝุ่นสังกะสีถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์สำหรับกระบวนการทางเคมี สังกะสีเป็นส่วนประกอบของโลหะผสมหลายชนิด

ซิงค์ออกไซด์ ZnO. ผงสีขาว. ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 2000 °C ละลายได้ไม่ดีในน้ำ มันมีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริก ละลายได้ง่ายทั้งกรดและด่าง เกิดเป็นเกลือสังกะสี:

ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O

ZnO + 2 KOH + 2 H 2 O = K 2

เมื่อหลอมละลายจะมีปฏิกิริยากับออกไซด์พื้นฐานและเป็นกรด:

ZnO + CaO = CaZnO 2

ZnO+ SiO 2 = ZnSiO 3

ซิงค์ออกไซด์ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทางเคมีหลายชนิด มันยังเป็นส่วนหนึ่งของซิงค์ไวท์อีกด้วย

ซิงค์ไฮดรอกไซด์ Zn(OH) 2 . มีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริก ละลายในกรดและด่างได้ง่าย:

สังกะสี(OH) 2 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + 2 H 2 O

สังกะสี(OH) 2 + 2 KOH = K 2

มันยังละลายได้ง่ายในแอมโมเนีย - ซิงค์แอมโมเนียเกิดขึ้น:

สังกะสี(OH) 2 + 4 NH 4 OH = (OH) 2 + 4 H 2 O

ซิงค์ไฮดรอกไซด์เกิดขึ้นเมื่อเกลือสังกะสีได้รับการบำบัดด้วยอัลคาไล (แต่ไม่ใช่แอมโมเนีย) หรือสังกะสีด้วยกรด:

สังกะสีSO 4 + 2 KOH = K 2 SO 4 + Zn(OH) 2

K 2 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + Zn(OH) 2 + 2 H 2 O

เกลือสังกะสี. ซิงค์คลอไรด์ZпCl 2 ได้จากการละลายสังกะสีหรือออกไซด์ในกรดไฮโดรคลอริก ละลายน้ำได้มาก (ละลายในอากาศ) สารละลายซิงค์คลอไรด์ในกรดไฮโดรคลอริกใช้ในการรักษาพื้นผิวโลหะระหว่างการบัดกรี (การกัด) ซิงค์คลอไรด์ก่อให้เกิดกรดเชิงซ้อน H 2 ZnCl 4 ด้วยกรดไฮโดรคลอริกซึ่งละลายออกไซด์ของโลหะ แต่ไม่ใช่โลหะ Ink chloride ใช้เป็นยาฆ่าเชื้อในทางการแพทย์

ซิงค์ซัลไฟด์ ZnS. ผงสีเหลืองอ่อน ละลายในน้ำได้น้อย ละลายที่อุณหภูมิ 1800-1900°C ภายใต้ความดัน (ซับไลม์ที่ 1180°C) ละลายในกรดได้ง่าย:

ZnS + 2 HCl = ZnCl 2, + H 2 S

มันเป็นส่วนหนึ่งของ lithopone - สีแร่ที่ได้จากการผสมแบเรียมซัลไฟด์กับซิงค์ซัลเฟต:

BaS + ZnSO 4 = BaSO 4 + ZnS

Litonone ราคาถูกกว่าตะกั่วขาวมาก แต่มีความเสถียรน้อยกว่าในแสง เมื่อสัมผัสกับรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีกัมมันตภาพรังสี ซิงค์ซัลไฟด์จะเรืองแสง ดังนั้นจึงใช้เป็นสารเรืองแสงในหลอดรังสีแคโทด ซิงค์ซัลไฟด์บดละเอียด (สีเทาซิงค์ซัลไฟด์) ใช้สำหรับเคลือบโครงสร้างโลหะของสะพานและชิ้นส่วนเครื่องจักร

Zinc sulfate ZnSO 4 ใช้เป็นยาฆ่าเชื้อ

89. สารปรอท

ดาวพุธเป็นที่รู้จักของชาวกรีกโบราณ

อยู่ในธรรมชาติ. เนื้อหาในเปลือกโลกคือ

8.3·10  6%. ปรอทพื้นเมืองเกิดขึ้นเมื่อรวมตัวอยู่ในหิน สารปรอทซัลไฟด์ HgS หรือที่เรียกว่าชาดก็พบเช่นกัน

คุณสมบัติทางกายภาพ. ปรอทเป็นโลหะเหลวสีขาวเงิน แข็งตัวที่ -38.84°C เดือดที่ 356.95°C ในสถานะของแข็งจะมีความอ่อนตัวและความยืดหยุ่นที่ดี โลหะหลายชนิดละลายในปรอท เกิดเป็นอะมัลกัม ในโลหะเหล่านั้นโลหะจะมีพฤติกรรมเหมือนอยู่ในสถานะอิสระ แต่จะมีความกระฉับกระเฉงน้อยลง (การก่อตัวของอะมัลกัมจะลดกิจกรรมในลักษณะเดียวกับการเจือจาง) ไอปรอทเป็นพิษมาก ปรอทไม่ถูกขับออกจากร่างกายมนุษย์

คุณสมบัติทางเคมี. ปรอทเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยาต่ำ มันทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น:

2 ปรอท + O 2 = 2 HgO

ปรอททำปฏิกิริยากับคลอรีนในความเย็น ทำให้เกิดปรอทคลอไรด์หรือระเหิด:

ปรอท + Cl 2 = HgCl 2

ปรอททำปฏิกิริยากับผงกำมะถันได้อย่างง่ายดายทำให้เกิดสารประกอบที่แข็งแกร่งมาก - ปรอทซัลไฟด์:

ปฏิกิริยานี้ใช้เพื่อจับสารปรอทที่หกรั่วไหล: สถานที่ที่สงสัยว่าสารปรอทรั่วไหลจะถูกโรยด้วยผงกำมะถัน

ปรอทไม่ละลายในน้ำและด่าง มันละลายในกรดออกซิไดซ์ ในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเมื่อถูกความร้อน และในกรดไนตริกเมื่อเย็น ขึ้นอยู่กับปริมาณของปรอท เกลือของปรอทจะเกิดขึ้นในสถานะออกซิเดชัน +1 และ +2:

ปรอท + 2 H 2 SO 4 = HgSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O

3 Hg + 8 HNO 3 = 3 Hg (NO 3) 2 + 2 NO + 4 H 2 O

Hg + Hg(หมายเลข 3) 2 = Hg 2 (หมายเลข 3) 2

ปรอท (II) ใน HgCl 2 คลอไรด์จะลดลงโดยปรอทโลหะเป็นปรอท (I):

НgСl 2 + Нg = Нg 2 Сl 2 (คาโลเมล)

ใบเสร็จ. ปรอทได้มาจากชาดโดยการเผาในอากาศหรือให้ความร้อนด้วยเหล็กหรือแคลเซียมออกไซด์:

HgS + O 2 = Hg + SO 2

HgS + Fe = Hg + FeS

4 HgS + 4 CaO = 4 Hg + 3 CaS + CaSO 4

สารปรอทถูกกลั่นออกได้ง่าย

แอปพลิเคชัน. ปรอทที่เป็นโลหะถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องควบคุมความดัน หลอดควอทซ์ เทอร์โมมิเตอร์ ปั๊มสุญญากาศแบบแพร่กระจาย เป็นต้น นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตสี เติมสารปรอท ขี้ผึ้งขี้ผึ้งป้องกันโรคผิวหนัง สารผสมปรอทถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์ มีการใช้ปรอทในปริมาณมากในอุตสาหกรรมไฟฟ้าเคมี (แคโทดของปรอท) และโพลาโรกราฟี

ปรอทออกไซด์ HgO. สารมีสีเหลืองหรือสีแดง เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวเป็นออกซิเจนและปรอทได้ง่าย ปรอทออกไซด์มีคุณสมบัติพื้นฐานเท่านั้น มันสามารถละลายในกรดซึ่งปรอทก่อให้เกิดเกลือที่ละลายได้ง่าย:

HgO+ 2 HCl = HgCl 2 + H 2 O

HgO + 2 HNO 3 = Hg(NO 3) 2 + H 2 O

ปรอทออกไซด์ไม่ละลายในน้ำ และเมื่ออัลคาไลทำปฏิกิริยากับสารละลายของเกลือปรอท (II) มันจะตกตะกอน:

HgCl 2 + 2 KOH = 2 KCl + HgO + H 2 O

ปรอท(NO 3) 2 + 2 KOH = 2 KNO 3 + HgO + H 2 O

ในสารประกอบปรอทที่มีสถานะออกซิเดชันที่ +1 อะตอมของปรอท 2 อะตอมจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ เมื่ออัลคาลิสทำปฏิกิริยากับเกลือของปรอท (I) ปรอทของโลหะและปรอท (II) ออกไซด์จะตกตะกอน:

ปรอท(NO 3) 2 + 2 KOH = 2 KNO 3 + HgO + Hg + H 2 O

เกลือของปรอทส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการทางเคมีหลายชนิด ดังนั้น ปรอท HgCl 2 จึงเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาไฮโดรคลอริเนชันของอะเซทิลีน:

HCCH + HCl -- H 3 C = CHCl

ปรอทซัลเฟต HgSO 4 ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับความชุ่มชื้นของอะเซทิลีนตามปฏิกิริยา Kucherov:

HCCH + H 2 O -- CH 3 CHO

คาโลเมล Hg 2 Cl 2 ที่ละลายได้น้อยใช้ในการผลิตอิเล็กโทรดมาตรฐานสำหรับเครื่องมือไฟฟ้า

อะลูมิเนียมอยู่ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่ 3 ของตารางธาตุ ที่ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมอะลูมิเนียม จะมี p-orbitals อิสระ ซึ่งช่วยให้อะตอมเข้าสู่สภาวะตื่นเต้นได้ ในสภาวะตื่นเต้น อะตอมของอลูมิเนียมจะสร้างพันธะโควาเลนต์ 3 พันธะหรือให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนครบ 3 ตัว โดยมีสถานะออกซิเดชันที่ +3

อลูมิเนียมเป็น โลหะที่พบมากที่สุดในโลก : เศษส่วนมวลในเปลือกโลกคือ 8.8% อลูมิเนียมธรรมชาติจำนวนมากเป็นส่วนหนึ่งของอะลูมิโนซิลิเกตซึ่งเป็นสารที่มีส่วนประกอบหลักคือซิลิคอนและอลูมิเนียมออกไซด์

อลูมิเนียมเป็นโลหะสีขาวเงินอ่อน ละลายที่ 600°C มีความเหนียวสูง ดึงเป็นลวดได้ง่าย และรีดเป็นแผ่นและฟอยล์ ในแง่ของการนำไฟฟ้า อลูมิเนียมเป็นอันดับสองรองจากเงินและทองแดง

ปฏิกิริยากับสารธรรมดา:

1) ด้วยฮาโลเจน:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

2) ด้วยออกซิเจน:

4อัล + 3O 2 = 2อัล 2 O 3

3) ด้วยกำมะถัน:

2อัล + 3S = อัล 2 ส 3

4) ด้วยไนโตรเจน:

อลูมิเนียมไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับไฮโดรเจน แต่จะได้รับไฮไดรด์ AlH3 โดยทางอ้อม

ปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน:

1) ด้วยกรด:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2) ด้วยด่าง:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

ถ้า NaOH เป็นของแข็ง:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2NaAlO2 + 3H2

3) ด้วยน้ำ:

2Al + 6H2O = 2Al(OH) 3 + 3H2

คุณสมบัติของอลูมิเนียมออกไซด์และไฮดรอกไซด์:อะลูมิเนียมออกไซด์หรืออลูมินา Al 2 O 3 เป็นผงสีขาว อะลูมิเนียมออกไซด์สามารถผลิตได้โดยการเผาโลหะหรือการเผาอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์:

2อัล(OH)3 = อัล 2 O 3 + 3H 2 O

อลูมิเนียมออกไซด์แทบไม่ละลายในน้ำ ไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 ที่สอดคล้องกับออกไซด์นี้ได้มาจากการกระทำของแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์หรือสารละลายของด่างที่ขาดไปบนสารละลายเกลืออะลูมิเนียม:

AlCl 3 + 3NH 3 H2O = อัล(OH)3 + 3NH4Cl

ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของโลหะนี้คือ แอมโฟเทอริก,เหล่านั้น. มีทั้งคุณสมบัติพื้นฐานและเป็นกรด

คุณสมบัติพื้นฐาน:

อัล 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O

2อัล(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

คุณสมบัติของกรด:

อัล 2 O 3 + 6KOH + 3H 2 O = 2K 3

2อัล(OH) 3 + 6KOH = K 3

อัล 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

อลูมิเนียม รับวิธีอิเล็กโทรไลต์ ไม่สามารถแยกออกจากสารละลายเกลือที่เป็นน้ำได้เพราะว่า เป็นโลหะที่มีฤทธิ์มาก ดังนั้นวิธีทางอุตสาหกรรมหลักในการผลิตโลหะอลูมิเนียมคือการอิเล็กโทรไลซิสของโลหะหลอมที่มีอะลูมิเนียมออกไซด์และไครโอไลท์

โลหะอลูมิเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและมีปริมาณการผลิตเป็นอันดับสองรองจากเหล็ก อลูมิเนียมจำนวนมากใช้ทำโลหะผสม:

ดูราลูมิน - อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ประกอบด้วยทองแดงและแมกนีเซียม แมงกานีส และส่วนประกอบอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย Duralumins เป็นโลหะผสมที่มีน้ำหนักเบา ทนทาน และทนต่อการกัดกร่อน ใช้ในอากาศยานและวิศวกรรมเครื่องกล

แมกนาลิน - โลหะผสมของอลูมิเนียมและแมกนีเซียม ใช้ในวิศวกรรมอากาศยานและวิศวกรรมเครื่องกลในการก่อสร้าง ทนทานต่อการกัดกร่อนในน้ำทะเล จึงใช้ในการต่อเรือ Silumin เป็นโลหะผสมอะลูมิเนียมที่ประกอบด้วยซิลิกอน หล่อได้เลย. โลหะผสมนี้ใช้ในรถยนต์ เครื่องบิน และวิศวกรรมเครื่องกล และในการผลิตเครื่องมือที่มีความแม่นยำ อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีความเหนียว ดังนั้นจึงใช้ฟอยล์บางๆ เพื่อใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์วิศวกรรมวิทยุและสำหรับบรรจุภัณฑ์สินค้า สายไฟและสีเงินทำจากอลูมิเนียม

องค์ประกอบของกลุ่มที่ 13: โบรอน 5 B, อะลูมิเนียม 13 อัล, แกลเลียม 31 Ga, อินเดียม 49 In และแทลเลียม 81 Tl - มีไอโซโทปเสถียรน้อย ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับอะตอมที่มีเลขอะตอมคี่ การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์สถานะกราวด์ n2 np 1โดดเด่นด้วยการมีอยู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่เพียงตัวเดียว ในสภาวะตื่นเต้น พวกมันประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่สามตัว ซึ่งอยู่ใน sp 2 ไฮบริดไดเซชัน มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์สามพันธะ ในกรณีนี้ อะตอมขององค์ประกอบของกลุ่ม 13 จะยังคงอยู่ในวงโคจรว่างหนึ่งวง และจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะน้อยกว่าจำนวนวงโคจรที่มีอยู่ในพลังงาน ดังนั้นสารประกอบโควาเลนต์จำนวนมากขององค์ประกอบของกลุ่มที่ 13 คือกรดลูอิส - ตัวรับคู่อิเล็กตรอนซึ่งไม่เพียงเพิ่มจำนวนการประสานงานเป็นสี่เท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนเรขาคณิตของสภาพแวดล้อมด้วย - มันเปลี่ยนจากระนาบเป็นจัตุรมุข ( sp 3 สถานะการผสมพันธุ์)

โบรอนมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากธาตุกลุ่ม 13 อื่นๆ มาก มันเป็นเพียงชนิดที่ไม่ใช่โลหะ เฉื่อยทางเคมีและก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์ B-F, B-N, B-C ฯลฯ ซึ่งความหลากหลายมักจะเพิ่มขึ้นเนื่องจาก rπ-rπ -ผูกพัน. เคมีของโบรอนนั้นใกล้เคียงกับเคมีของซิลิคอนมากกว่า ซึ่งแสดงให้เห็นความคล้ายคลึงกันในแนวทแยง

d-orbital ที่ว่างจะปรากฏในอะตอมของอะลูมิเนียมและมีความคล้ายคลึงกันมาก รัศมีของอะตอมจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นหมายเลขโคออร์ดิเนชันจึงเพิ่มขึ้นเป็นหก (หรือมากกว่า)

แกลเลียม อินเดียม และแทลเลียมอยู่ใต้โลหะบล็อก d ในตารางธาตุ ดังนั้นจึงมักถูกเรียกว่า องค์ประกอบหลังการเปลี่ยนแปลงการเติม d-shell นั้นมาพร้อมกับการบีบอัดอะตอมอย่างต่อเนื่อง ใน 3d-row นั้นแข็งแกร่งมากจนทำให้รัศมีที่เพิ่มขึ้นเป็นกลางเมื่อระดับพลังงานที่สี่ปรากฏขึ้น ผลที่ตามมา d-การบีบอัดรัศมีไอออนิกของอะลูมิเนียมและแกลเลียมอยู่ใกล้กัน และรัศมีอะตอมของแกลเลียมยังเล็กกว่ารัศมีของอะลูมิเนียมด้วยซ้ำ

พลังงานไอออไนเซชันของอะตอมขององค์ประกอบของกลุ่มที่ 3 (13) ของกลุ่มย่อยหลักนั้นสูงกว่าองค์ประกอบของกลุ่มที่ 3 (13) ของกลุ่มย่อยรองซึ่งสัมพันธ์กับปฏิสัมพันธ์ที่เพิ่มขึ้น ns-และอิเล็กตรอน np ที่มีนิวเคลียสเนื่องจากการเติม ง-และเปลือก f โดยอิเล็กตรอนที่ป้องกันประจุนิวเคลียร์อย่างอ่อน

สำหรับสารประกอบของธาตุหมู่ 13 สถานะออกซิเดชันคือ +3 ในซีรีส์ B-AI-Ga-In-Tl ความเสถียรของสารประกอบดังกล่าวจะลดลง และในทางกลับกันความเสถียรของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชัน +1 จะเพิ่มขึ้น พลังงานของพันธะ M-G ในเฮไลด์จะลดลงในระหว่างการเปลี่ยนจากธาตุแสงไปเป็นธาตุที่หนักกว่า และคุณสมบัติของแอมโฟเทอริกของออกไซด์และไฮดรอกไซด์จะเปลี่ยนไปสู่ความเป็นเบสที่มากขึ้น

เคมีของอินเดียมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งแกลเลียมโดยทั่วไปมีความใกล้เคียงกับเคมีของอะลูมิเนียมมาก สารประกอบของโลหะเหล่านี้ในสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า (Ga 2 0, Ga 2 S, InCl, In ฯลฯ ) ในสารละลายที่เป็นน้ำนั้นไม่ได้สัดส่วน: 3lnСl = InС1 3 + 2 In สำหรับแทลเลียม ในทางกลับกัน สถานะ +1 มีความเสถียรมากที่สุดเนื่องจากความเฉื่อยของคู่อิเล็กตรอน 6s2 .

โบรอนค่อนข้างหายากในเปลือกโลก (9 10 -4 wt.%) โดยเกิดขึ้นในรูปของสารประกอบออกซิเจน ได้แก่ บอเรตและบอโรซิลิเกต จากชื่อหนึ่งในนั้น - บอแรกซ์ Na 2 B 4 0 7 H 2 O (lat. borax) - และชื่อขององค์ประกอบนั้นมาจาก

อะลูมิเนียมมีปริมาณอยู่ในเปลือกโลกเป็นอันดับสาม (8.3 wt.%) รองจากออกซิเจน (45.5 wt.%) และซิลิคอน (25.7 wt.%) อลูมิเนียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุด แร่และแร่ธาตุที่สำคัญที่สุดคือบอกไซต์ A1 2 O 3 2H 2 O คอรันดัม A1 2 O 3 และเนฟีลีน Na 3 K 4 มันยังเป็นส่วนหนึ่งของเฟลด์สปาร์ ไมก้า ดินเหนียว ฯลฯ

แกลเลียม (4.6 10 -4 wt.%) อินเดียม (2 10 -6 wt.%) และแทลเลียม (8 10 -7 wt.%) เป็นธาตุที่หายาก เนื่องจากรัศมีไอออนอยู่ใกล้กัน แกลเลียมจึงมาพร้อมกับอะลูมิเนียมในบอกไซต์ และแทลเลียมจะมาพร้อมกับโพแทสเซียมในอะลูมิโนซิลิเกต

โบรอนเป็นผงไดแมกเนติกทนไฟสีดำ (ผลึก) หรือสีน้ำตาล (อสัณฐาน) ซึ่งเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าได้ไม่ดี อลูมิเนียม แกลเลียม อินเดียม และแทลเลียมเป็นโลหะสีเงินที่มีความแวววาวเป็นพิเศษและมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง เมื่อเก็บไว้ในอากาศ แทลเลียมจะมืดลงอย่างรวดเร็วเมื่อถูกปกคลุมไปด้วยฟิล์มออกไซด์

โบรอนผลึกเป็นสารเฉื่อยทางเคมี โดยจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิประมาณ 750 °C เท่านั้น จึงเกิดเป็นออกไซด์ B 2 0 3 การต้มสารละลายเข้มข้นของ HF, HC1 และ NaOH ไม่มีผลกระทบต่อมัน โบรอนอสัณฐานมีฤทธิ์ทางเคมีมากกว่าและถูกออกซิไดซ์ช้าๆ ด้วยความเข้มข้นที่ร้อน HN0 3, H 2 S0 4, ส่วนผสมโครเมียม, สารละลายเข้มข้นของ H 2 0 2 และ (NH 4) 2 S 2 O8:

บี + 3HN0 3 = H3BO3 + 3N0 2

ทำปฏิกิริยากับ Na 2 0 2 และ KNO หลอมเหลว 3 /นา 2 CO 3 และต่อหน้าสารออกซิไดซ์ - มีด่างด้วย:

4B + 4NaOH + 30 2 = 4NaB0 2 + 2H 2 0

ของผสมของโบรอนอสัณฐานกับ KMn0 4 และ Pb0 2 จะลุกไหม้เมื่อถู และของผสมที่มี HIO 3 จะระเบิด ที่อุณหภูมิสูง โบรอนจะทำปฏิกิริยากับสารพื้นฐานส่วนใหญ่ ยกเว้น H2, Ge, Te, ก๊าซเฉื่อย และปรอท

อลูมิเนียม แกลเลียม และอินเดียมทำปฏิกิริยากับอโลหะ (0 2 , N 2 , S, X 2 ฮาโลเจน ฯลฯ ) ก่อให้เกิดออกไซด์ของ M 2 0 3 ที่สอดคล้องกัน, MN ไนไตรด์, M 2 S 3 ซัลไฟด์, MX 3 เฮไลด์ ในโลหะที่มากเกินไป สามารถรับซัลไฟด์ล่าง (GaS, InS) และเฮไลด์ (InBr, In) ได้ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ แทลเลียมจะเกิดสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันที่ +1

ปฏิกิริยาออกซิเดชันของอะลูมิเนียมกับออกซิเจนจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก และใช้เพื่อลดโลหะหลายชนิดจากออกไซด์ของพวกมัน เช่น:

2อัล + เฟ 2 0 3 = อัล 2 0 3 + 2เฟ

อลูมิเนียมและอะนาลอกของมันก่อให้เกิดสารประกอบทางเคมีที่มีโลหะหลายชนิด - สารประกอบระหว่างโลหะ,เช่น CuA1 2, Al 2 CuMg เป็นต้น

โลหะ Al, Ga, In, Tl ตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนในชุดแรงดันไฟฟ้า และการเกิดออกซิเดชันกับน้ำและกรดที่ไม่ออกซิไดซ์เป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์:

2А1 + 6Н + + 12Н 2 0 = 2[Аl(Н 2 0) 6 ] 3+ + ЗН 2

อินเดียมและแทลเลียมก็ละลายในกรดเช่นกัน แต่แทลเลียม (เนื่องจากความเสถียรของสารประกอบ Tl (III) ลดลงเมื่อทำปฏิกิริยากับกรดที่ไม่ออกซิไดซ์จะเกิดเกลือ T1 (1) ปฏิกิริยาของแทลเลียมกับกรดไฮโดรฮาลิก HX (X = Cl, Br, I ) ถูกยับยั้งเนื่องจากความสามารถในการละลายของเฮไลด์ต่ำ อนุพันธ์ของ Tl(III) เกิดขึ้นเมื่อ Tl สัมผัสกับ "aqua regia" (HCl (conc.) สามปริมาตร + HNO3 หนึ่งปริมาตร (conc. )) และสารออกซิไดซ์ที่แรงอื่นๆ

คุณสมบัติพื้นฐานของสารประกอบเพิ่มขึ้นในชุด Al - Ga - In - Tl และคุณสมบัติที่เป็นกรดลดลง อลูมิเนียมและแกลเลียมทำปฏิกิริยากับด่างซึ่งละลายชั้นป้องกันออกไซด์เช่นเดียวกับอโลหะทั่วไป:

2A1 + 2NaOH + 10Н 2 0 = 2Na + ЗН 2

บ. สาเหตุของคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะในโบรอนมีความโดดเด่น การเตรียมโบรอน คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี สารประกอบของโบรอนกับโลหะและอโลหะ โบรอนคาร์ไบด์ โบรอนไนไตรด์, หกเหลี่ยมและลูกบาศก์ (โบราซอน) โบรอนเฮไลด์ โพลีเมอร์อนินทรีย์จากสารประกอบโบรอน กรดเตตระฟลูออโรบอริก เกลือของมัน Borazol เป็นอะนาล็อกของเบนซีน

โบรอนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่สามช่วงที่สองของระบบธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ D.I. Mendeleev โดยมีเลขอะตอม 5 โบรอนเป็นผงไดแม่เหล็กทนไฟสีดำ (คริสตัล) หรือสีน้ำตาล (อสัณฐาน) ตัวนำความร้อนและไฟฟ้าไม่ดี รู้จักการดัดแปลงโบรอนแบบ allotropic มากกว่า 10 ครั้ง ได้รับครั้งแรกในปี 1808 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส J. Gay-Lussac และ L. Thénard โดยการทำความร้อนบอริกแอนไฮไดรด์ B2O3 ด้วยโลหะโพแทสเซียม ไม่กี่เดือนต่อมา H. Davy ได้โบรอนมาจากกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของ B2O3 หลอมเหลว สารที่มีความแข็งมาก (รองจากเพชร คาร์บอนไนไตรด์ โบรอนไนไตรด์ (โบราซอน) โบรอนคาร์ไบด์ โลหะผสมโบรอน-คาร์บอน-ซิลิคอน สแกนเดียม-ไทเทเนียมคาร์ไบด์) ในธรรมชาติ โบรอนพบอยู่ในรูปของไอโซโทป 2 ชนิด คือ 10 B (20%) และ 11 B (80%)

10 V มีส่วนตัดขวางการดูดกลืนแสงที่สูงมากสำหรับนิวตรอนความร้อน ดังนั้น 10 V ในกรดบอริกจึงถูกใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อควบคุมการเกิดปฏิกิริยา

คุณสมบัติทางเคมี.

ในคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีหลายอย่าง โบรอนที่ไม่ใช่โลหะจะมีลักษณะคล้ายกับซิลิคอน

ในทางเคมี โบรอนค่อนข้างเฉื่อยและที่อุณหภูมิห้องจะมีปฏิกิริยากับฟลูออรีนเท่านั้น:

เมื่อถูกความร้อน โบรอนจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนอื่น ๆ เพื่อสร้างไตรฮาไลด์ โดยไนโตรเจนจะก่อตัวเป็นโบรอนไนไตรด์ BN โดยมีฟอสฟอรัส - ฟอสไฟด์ BP กับคาร์บอน - คาร์ไบด์ที่มีองค์ประกอบต่าง ๆ (B4C, B12C3, B13C2) เมื่อได้รับความร้อนในบรรยากาศที่มีออกซิเจนหรือในอากาศ โบรอนจะเผาไหม้พร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก ทำให้เกิดออกไซด์ B2O3:

โบรอนไม่มีปฏิกิริยาโดยตรงกับไฮโดรเจน แม้ว่าโบรอนไฮไดรด์ (โบราน) ขององค์ประกอบต่างๆ จำนวนมากจะทราบได้ ซึ่งได้จากการบำบัดบอไรด์ของโลหะอัลคาไลหรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทด้วยกรด:

เมื่อได้รับความร้อนสูง โบรอนจะแสดงคุณสมบัติในการบูรณะ ตัวอย่างเช่น สามารถรีดิวซ์ซิลิคอนหรือฟอสฟอรัสจากออกไซด์ได้:

คุณสมบัติของโบรอนนี้สามารถอธิบายได้ด้วยความแข็งแรงที่สูงมากของพันธะเคมีในโบรอนออกไซด์ B2O3

ในกรณีที่ไม่มีสารออกซิไดซ์ โบรอนสามารถทนต่อสารละลายอัลคาไลได้ ในกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกร้อน และในกรดกัดทอง โบรอนจะละลายเป็นกรดบอริก

โบรอนออกไซด์เป็นออกไซด์ที่เป็นกรดทั่วไป ทำปฏิกิริยากับน้ำให้เกิดกรดบอริก:

เมื่อกรดบอริกทำปฏิกิริยากับด่าง เกลือไม่ได้ก่อตัวขึ้นจากกรดบอริกเอง - บอเรต (ที่มีไอออนลบ BO3 3−) แต่เกิดเป็นเทตระบอเรต ตัวอย่างเช่น:

ใบเสร็จ.

โบรอนอสัณฐานที่มีการปนเปื้อนอย่างมากกับโบไรด์ของโลหะ ได้มาจากรีดิวซ์ทางโลหะวิทยาของออกไซด์หรือบอแรกซ์ที่ถูกทำให้ขาดน้ำ:

B 2 0 3 + 3Mg = 2B + 3MgO

ผลิตภัณฑ์ที่บริสุทธิ์กว่าเกิดขึ้นจากการลดสารประกอบโบรอนระเหยง่ายกับไฮโดรเจนบนลวดแทนทาลัมที่ให้ความร้อนถึง 1150 °C:

2BBr 3 + ZN 2 = 2B + 6HBr หรือระหว่างการสลายตัวเนื่องจากความร้อน:

2BI 3 +2H 2 = 2B + 3I 2

สารประกอบโบรอน

โบรอนซัลไฟด์ (B2S3) ก่อตัวขึ้นในรูปของมวลแก้วที่ไม่มีสีเมื่อโบรอนถูกให้ความร้อนในไอกำมะถัน ด้วยน้ำจะสลายตัวเป็นกรดบอริกและ H2 S อย่างสมบูรณ์

โบรอนรวมกับไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 1200 °C เท่านั้น โบรอนไนไตรด์ (BN) เป็นผงสีขาวที่ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 3000 °C เท่านั้น (ภายใต้ความดัน) โครงสร้างผลึกของ BN คล้ายกับกราไฟท์

โบรอนคาร์ไบด์ (B4C) ก่อตัวขึ้นในรูปของผลึกสีดำมันวาวเมื่อส่วนผสมของโบรอน (หรือ B2 O3) และถ่านหินถูกให้ความร้อนในเตาไฟฟ้า มีความโดดเด่นด้วยการหักเหของแสง (mp 2550 °C) และความแข็งขั้นสุด (ใกล้เคียงกับความแข็งของเพชร) ทั้งโบรอนไนไตรด์และคาร์ไบด์มีคุณลักษณะเด่นคือทนทานต่ออิทธิพลทางเคมีต่างๆ ได้ดี

โบรอนไนไตรด์, BN หรือผลึก มีการดัดแปลงสามแบบ: a-BN หกเหลี่ยม, ลูกบาศก์ b-BN (โบราซอน) และรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน g-BN

โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมอัลฟา-BN

โครงสร้างผลึกของ a-BN ประกอบด้วยโครงข่ายคล้ายกราไฟต์ซึ่งตรงกันข้ามกับโครงสร้างของกราไฟท์ โดยอยู่ต่ำกว่าโครงข่ายอื่นโดยมีอะตอมโบรอนและไนโตรเจนสลับกัน ผง a-BN ที่มีลักษณะคล้ายแป้งทัลคัมสีขาวได้มาจากธาตุที่อุณหภูมิสูงกว่า 2000 °C โบรอนไนไตรด์ยังสามารถหาได้โดยการเผาโบรอน (หรือ B2O3) ในบรรยากาศแอมโมเนีย หรือโดยการให้ความร้อนส่วนผสมของ B2O3 ด้วยสารรีดิวซ์ (ถ่านหิน แมกนีเซียม) ในบรรยากาศแอมโมเนีย ในแง่ของคุณสมบัติการหล่อลื่น a-BN นั้นเหนือกว่ากราไฟท์ ในสถานะบีบอัด โบรอนไนไตรด์มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ และเมื่อมีสิ่งเจือปนจำนวนเล็กน้อย ก็จะมีคุณสมบัติในการเรืองแสง โบรอนไนไตรด์เป็นสารเคมีเฉื่อยที่อุณหภูมิห้อง และไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน คลอรีน กรดหรือด่าง ออกซิเจนและคลอรีนเริ่มทำปฏิกิริยากับมันที่อุณหภูมิสูงกว่า 700 °C ทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน (ก่อตัวเป็น BF3 และ N2) และกับ HF (ก่อตัวเป็น NH4BF4); สารละลายอัลคาไลร้อนจะสลายตัวและปล่อย NH3

ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000°C มันจะเริ่มสลายตัวเป็นธาตุต่างๆ

beta-BN (บอราโซน) รูปแบบคล้ายเพชร

ที่ความดันสูงกว่า 62,000 atm และอุณหภูมิสูงกว่า 1,350 °C จะเกิดการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกของการดัดแปลง b-BN ที่มีลักษณะคล้ายกราไฟต์หกเหลี่ยมให้เป็นโครงสร้าง b-BN ที่มีลักษณะคล้ายเพชรลูกบาศก์เกิดขึ้น โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีสำหรับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว เช่นเดียวกับในกรณีของการเปลี่ยนผ่านระหว่างกราไฟท์กับเพชร การเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโบรอนไนไตรด์อย่างรวดเร็ว

ผลึกโบราซอนที่ได้รับจากการเปลี่ยนผ่านแบบ allotropic BN (ฐานสิบหก) - BN (ลูกบาศก์) ที่ความดันสูงจะมีรูปแบบของรูปทรงหลายเหลี่ยม ซึ่งโดยปกติจะเป็นทรงสี่หน้าหรือทรงแปดด้าน มีความโปร่งใสและสีขึ้นอยู่กับการมีอยู่และประเภทของสิ่งสกปรก ขนาดของผลึกโบราโซนที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิของกระบวนการ โบรอนส่วนเกินในส่วนผสมของปฏิกิริยาทำให้ผลึกโบราโซนที่ได้ออกมาเป็นสีน้ำตาลหรือสีดำ เบริลเลียมเป็นสีฟ้า และกำมะถันเป็นสีเหลือง

เมื่อประเมินตามสเกล Mohs ความแข็งจะสมส่วนกับความแข็งของเพชร (ประมาณ 10 คะแนน) แต่โบราซอนมีความทนทานต่อความร้อน (สูงถึง 2,000 ° C) และแรงกระแทกได้เหนือกว่าเพชรอย่างมาก

ความทนทานต่อสารเคมีของโบราโซนสูงกว่าโบรอนไนไตรด์รูปแบบทั่วไปอย่างมาก

สี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนแกมมา-BN

การดัดแปลงรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนของ g-BN ถูกค้นพบพร้อมกับการดัดแปลงแบบหกเหลี่ยมในการเตรียมโบรอนไนไตรด์โดยปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมบอเรตกับโพแทสเซียมไซยาไนด์

โบรอนไนไตรด์และวัสดุที่มีพื้นฐานมาจากนั้นถือเป็นจุดเด่นในบรรดาวัสดุเครื่องมือที่สำคัญที่สุดและเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีสมัยใหม่มากมาย พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในปฏิกิริยาการสังเคราะห์สารอินทรีย์ทางอุตสาหกรรมและการแตกร้าวของน้ำมัน ในผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีอุณหภูมิสูง ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ในการผลิตโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง ไดอิเล็กทริกของก๊าซ และเป็นสารดับเพลิง วัสดุทนไฟสูงซึ่งแสดงทั้งคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์และไดอิเล็กทริกทำจากโบรอนไนไตรด์

พื้นฐานสำหรับการใช้โบราซอนอย่างแพร่หลายในเครื่องมือคือความแข็งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดซึ่งเข้าใกล้ความแข็งของเพชร Borazone ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในเทคโนโลยีอุณหภูมิสูง (ถ้วยใส่ตัวอย่าง ฉนวน ถ้วยใส่ตัวอย่างสำหรับผลิตคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ ชิ้นส่วนของอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้า) ใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และวงจรรวม (แหล่งระนาบโซลิดสเตตของสิ่งเจือปนโบรอน, ปะเก็นไดอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุ), ชิ้นส่วนของอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้า (หน้าต่างสำหรับส่งออกพลังงาน, แท่งระบายความร้อน)

เฮไลด์โบรอนในโครงสร้างและคุณสมบัติแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากเฮไลด์ขององค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่ม 13

รู้จักโบรอนเฮไลด์ที่สูงกว่าสี่ชนิด ทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุล BX 3 ซึ่งมีรูปร่างเป็นรูปสามเหลี่ยมปกติ ตรงกลางมีอะตอมโบรอนอยู่ในสถานะการผสมพันธุ์ sp2 พันธบัตร B-X จะสั้นกว่าพันธบัตรที่คำนวณสำหรับพันธบัตรซิกมาเดี่ยว

เมื่อขนาดของอะตอมฮาโลเจนเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงของพันธะ B-X และความเสถียรของโมเลกุล BX 3 จะลดลง

ในชุดของโบรอนเฮไลด์จากฟลูออไรด์ถึงไอโอไดด์ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะทวีความรุนแรงมากขึ้น เนื่องจากจุดหลอมเหลวและจุดเดือดเพิ่มขึ้น (ดูตาราง 4.4) ภายใต้สภาวะปกติ BF 3 และ BC1 3 เป็นก๊าซ BBg 3 เป็นของเหลว และ BI 3 เป็นของแข็งระเหย

Trifluoride BF 3 ได้มาจากฟลูออไรด์ของบอเรต:

6CaF 2 + Na 2 B 4 0 7 + 8H 2 S0 4 (เข้มข้น) = 4BF 3 t + 2NaHS0 4 + 6CaS0 4 + 7H 2 0

กรดบอริกหรือแอนไฮไดรด์:

B 2 0 3 + 6NaBF 4 + 3H 2 S0 4 (สรุป) = 8BF 3 + 3Na 2 S0 4 + 3H 2 0

BCl 3 และ Bbr 3 - โดยการสังเคราะห์โดยตรง, ฮาโลเจนของส่วนผสมของโบรอนออกไซด์และคาร์บอนแบล็ค:

700 องศาเซลเซียส

В 2 0 3 + ЗС + ЗС1 2 (Br 2) = ЗСО + 2ВС1 3 (ВВг 3)

หรือโดยการส่งโบรอนไตรฟลูออไรด์ไปเหนืออะลูมิเนียมเฮไลด์:

A1Br 3 + BF 3 = บีบีอาร์ 3 + A1F 3

Triiodide BI 3 เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของลิเธียมโบโรไฮไดรด์ LiBH 4 กับไอโอดีนที่ -78 ° C:

LiBH 4 + 4I 2 = BI 3 + 4HI + LiI

โบรอนไตรฮาไลด์เป็นกรดลิวอิสที่แข็งแกร่ง (ตัวรับอิเล็กตรอน) และมีปฏิกิริยากับโมเลกุลของผู้ให้อิเล็กตรอนได้อย่างง่ายดาย เช่น ฐานลูอิส:

BF 3 + NH 3 = F 3 B:NH 3

BF 3 + 0(ค 2 ชม. 5) 2 =F 3 B:0(ค 2 ชม. 5) 2

ในกรณีนี้ การผสมพันธุ์ sp2 ของวงโคจรกลายเป็นการผสมพันธุ์ sp3 โมเลกุลแบนได้รับโครงร่างเสี้ยม และหมายเลขประสานงานของอะตอมโบรอนเพิ่มขึ้นเป็นสี่

ความเป็นกรดของสารประกอบ BX 3 ก็แสดงออกมาในแนวโน้มที่จะไฮโดรไลซิสเช่นกัน ควันคลอไรด์ โบรไมด์ และไอโอไดด์ในอากาศชื้น และสลายตัวทันทีด้วยน้ำ:

BX 3 + 3H 2 O = H 3 B0 3 + ZNX (X = Cl, Br, I)

ฟลูออไรด์ทำปฏิกิริยาช้าๆ กับน้ำ:

4BF 3 + ZN 2 0 = N 3 B0 3 + 3HBF 4

เมื่อ BF 3 ผ่านน้ำเย็นจัด BF 3 ไฮเดรตจะถูกปล่อยออกมา 2H 2 0 มีโครงสร้างไอออนิก: H 3 0 + -

กรดเตตราฟลูออโรบอริก HBF 4เกิดขึ้นระหว่างการไฮโดรไลซิสของ BF 3 มีฤทธิ์แรงกว่ากรดไฮโดรฟลูออริกมาก (pKa เท่ากับ -0.2) และก็เป็นพิษเช่นเดียวกัน มีอยู่ในสารละลายที่เตรียมโดยการละลายกรดบอริกในสารละลาย HF 40% เท่านั้น:

H 3 B0 3 + 4HF = HBF 4 + ZN 2 0

โดยการทำให้สารละลายของกรดเตตราฟลูออโรบอริกเป็นกลางจะได้เกลือเตตร้าฟลูออโรบอเรต มีความเสถียรมากกว่ากรดและละลายโดยไม่สลายตัว สะดวกในการรับ Na โดยการฟลูออไรด์ของบอแรกซ์:

14HF + นา 2 B 4 0 7 + 2NaF = 4NaBF 4 + 7H 2 O

สารละลายเตตระฟลูออโรบอเรตของโลหะอัลคาไลที่เตรียมสดใหม่มีสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง แต่ในระหว่างการเก็บรักษา สารละลายจะค่อยๆ กลายเป็นด่างเนื่องจากการไฮโดรไลซิสที่อ่อนแอ

กรด HBF 4 และเกลือของมันถูกใช้เป็นส่วนประกอบของสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อน สำหรับการใช้งานของฟิล์มโลหะป้องกัน ในการผลิตเมมเบรนแบบแลกเปลี่ยนไอออนและแบบคัดเลือกไอออน ในโลหะวิทยาสำหรับการผลิตโลหะผสม Al - B และสแตนเลส . เตตราฟลูออโรบอเรตบางชนิดมีฤทธิ์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์

โบราซอล.

Borazole (borazine, triborine triimide) เป็นสารเคมีที่มีสูตรทางเคมี B3H6N3 ซึ่งเป็นของเหลวไม่มีสี โมเลกุลเป็นวงแหวนแบนที่มีสมาชิกหกอะตอม โดยอะตอมของโบรอนและไนโตรเจนสลับกัน แต่ละอะตอมเชื่อมต่อกับอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอม

เนื่องจากเป็นอะนาล็อกอนินทรีย์ของเบนซีน โบราโซลจึงมีลักษณะคล้ายกับเบนซีนในคุณสมบัติทางกายภาพ (สถานะของการรวมตัว ช่วงการเดือด ความหนาแน่น ฯลฯ ); ในเวลาเดียวกันคุณสมบัติทางเคมีของโบราโซลและเบนซีนแตกต่างกันอย่างมาก

ปฏิกิริยาของโบราโซลสูงกว่าของเบนซีนเนื่องจากขั้วของพันธะ (อะตอมไนโตรเจนสามอะตอมส่งอิเล็กตรอนคู่เดียวของพวกมันไปยังวงโคจรอิสระของอะตอมโบรอน) ดังนั้น มันจะออกซิไดซ์ในอากาศ ละลายได้ในน้ำ จากนั้นค่อย ๆ ทำปฏิกิริยาเป็น B(OH)3, NH3 และ H2 และมีความเสถียรทางความร้อนน้อยกว่าเบนซีน

อะตอม H ที่ถูกพันธะกับอะตอม B สามารถถูกแทนที่ได้โดยไม่ทำให้วงแหวนแตก ดังนั้นเมื่อ BCl3 หรือ BBr3 กระทำกับโบราโซลเมื่อถูกความร้อนจะเกิดสารประกอบที่มีความเสถียรที่เป็นของแข็ง - ไตรฮาโลโบราโซล B3N3H3Hal3

อะตอม H ที่ N ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาทดแทนได้

ใบเสร็จ.

โบราโซลสามารถเตรียมได้โดยการให้ความร้อนลิเธียมเตตระไฮโดรบอเรตและแอมโมเนียมคลอไรด์:

ตามปฏิกิริยาของไดโบเรนกับแอมโมเนียซึ่งเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน:

ปฏิกิริยาของโบรอนไตรคลอไรด์กับแอมโมเนียมคลอไรด์ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

โบราซอลถูกใช้เพื่อรับ BN ซึ่งเป็นองค์กรของมัน อนุพันธ์ - สำหรับการสังเคราะห์โพลีเมอร์ทนความร้อน ตัวอย่างเช่น ไพโรไลซิสของ N-triphenylborazole ทำให้เกิดโพลีเมอร์ที่มีองค์ประกอบ [-(C6H5)3N3B3H-] 23 โดยที่วงแหวนโบราโซลเชื่อมโยงกันผ่านอะตอมของโบรอน

28. การเตรียม โครงสร้าง คุณสมบัติของไดโบเรน (พันธะสองอิเล็กตรอนสามจุดศูนย์กลาง) อนุกรมที่คล้ายคลึงกันของโบรอนไฮไดรด์: B n H n+4 และ B n H n+6 โบไรด์โลหะ

โบรอนไฮไดรด์ (หรือ โบแรน)- หนึ่งในประเภทของสารประกอบอนินทรีย์ที่ผิดปกติมากที่สุดซึ่งมีหลักการโครงสร้างพิเศษสำหรับการจัดพันธะเคมี ปริมาณสารสัมพันธ์เชิงซ้อน และปฏิกิริยาเคมีที่หลากหลาย

โบเรนเป็นสารประกอบโมเลกุลที่เป็นพิษและไม่เสถียร มีกลิ่นไม่พึงประสงค์อย่างมาก สามารถละลายได้สูงในตัวทำละลายอินทรีย์ เมื่อน้ำหนักโมเลกุลเพิ่มขึ้น จุดหลอมเหลวและจุดเดือดจะเพิ่มขึ้น: ที่อุณหภูมิห้อง diborane B 2 H 6 เป็นก๊าซ pentaborane B 5 H 9 เป็นของเหลว และ decaborane B 10 H 14 เป็นของแข็ง โบเรนมีฤทธิ์ทางเคมี ออกซิไดซ์ได้ง่ายในอากาศและสลายตัวด้วยน้ำ

Monoborane VN 3 ไม่เสถียร เนื่องจากการมีอยู่ของพันธะ B-H สามพันธะและวงโคจรสี่วง อะตอมของโบรอนใน BH 3 จึงไม่อิ่มตัวเชิงประสานงาน และโมเลกุล BH 3 จะยึดโมเลกุลหรือไอออนได้อย่างง่ายดายด้วยคู่อิเล็กตรอนเดี่ยว เช่น โมเลกุลแอมโมเนีย ซึ่งก่อให้เกิดสารประกอบโมเลกุลที่แข็งแกร่ง:

เอช 3 บี + NH 3 = เอช 3 B:NH 3

Monoborane BN 3 ถูกแยกได้โดยการควบแน่นของไอระเหยของสารประกอบดังกล่าวที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว

สถานที่พิเศษในหมู่โบรอนไฮไดรด์ถูกครอบครองโดยไดโบเรน B 2 H 6 ซึ่งเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตโบรอนอื่น ๆ ทั้งหมด มันถูกสังเคราะห์โดยรีดักชันของสารประกอบโบรอนกับโซเดียมไฮไดรด์เมื่อถูกความร้อน (175 °C):

2BF 3 (g) + 6NaH (โซล) = B 2 H 6 (g) + 6NaF (โซล) หรือลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์ในสารละลายอีเธอร์:

4ВС1 3 + 3LiAlH 4 = 2B 2 H 6 + 3LiCl + ЗА1С1 3

โมเลกุลไดโบเรนถูกสร้างขึ้นจากสองส่วนของ BH 3 (รูปที่ 4.3, ก)ในลักษณะที่อะตอม B สองอะตอมและอะตอม H สองอะตอมที่เชื่อมต่อกันนั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน (ระนาบของรูป) และอะตอมของขั้ว H สี่อะตอม (สองอะตอมสำหรับอะตอม B แต่ละอะตอม) ตั้งอยู่ในระนาบตั้งฉาก ไม่มีพันธะเคมีระหว่างอะตอมของโบรอน อะตอม B แต่ละอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว โดย 2 ตัวในนั้นเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะอิเล็กตรอน 2 ตัวที่มีจุดศูนย์กลาง 2 ตัวธรรมดากับอะตอมที่ปลาย H ดังนั้น กลุ่ม BH 2 แต่ละกลุ่มจึงสามารถให้อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวสำหรับสร้างพันธะในส่วนของ BH 3 แน่นอนว่ามีเวเลนซ์อิเล็กตรอนไม่เพียงพอที่จะสร้างพันธะที่คล้ายกันกับอะตอม H ที่เชื่อมโยงกัน 2 อะตอม โบเรนเป็นสารประกอบที่ขาดอิเล็กตรอน

เพื่ออธิบายพันธะดังกล่าว จึงได้มีการเสนอโครงร่างของพันธะสองอิเล็กตรอนสามจุดศูนย์กลาง B-H-B (รูปที่ 4.3, ข)ในวิธีการโคจรระดับโมเลกุล การผสมออร์บิทัลอะตอมสองอะตอมของโบรอน ѱ(B 1) และ ѱ(B 2) กับออร์บิทัลไฮโดรเจน ѱ(H) ทำให้เกิดการก่อตัวของ MO สามตัว: พันธะѱ 1, พันธะไม่ ѱ 2 และแอนติบอดี ѱ 3. อิเล็กตรอนคู่หนึ่ง (ตัวหนึ่งจากอะตอม B และตัวที่สองจากอะตอม H) ครอบครองพันธะ MO ทำให้เกิดการเชื่อมโยงพันธะ B-H-B สองอิเล็กตรอนที่มีจุดศูนย์กลางสามจุดอย่างเสถียรในโบเรน (รูปที่ 4.3, วี)

โบรานที่สูงขึ้น

โบเรนที่สูงกว่านั้นเป็นสารประกอบโมเลกุลที่ไม่มีสีและไม่เสถียร จุดเดือดของพวกมันอยู่ใกล้กับจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลใกล้เคียงกัน ขึ้นอยู่กับโครงสร้างและองค์ประกอบจะแบ่งออกเป็นหลายประเภท Closo-boranes [B n H n ] 2-, และ = 6 - 12 (จากภาษากรีก - กรง) เป็นกลุ่มประจุลบ); ยังไม่ได้รับโมเลกุลที่เป็นกลาง B n H i + 2 Nido-boranes (จากภาษาละติน nidus - รัง) มีช่องเปิดด้านหนึ่งเป็นกลางเช่น B 5 H 9, B 10 H 14 หรือรูปทรงหลายเหลี่ยมประจุลบขององค์ประกอบทั่วไป B n H n + 4 ซึ่งรวมถึง diborane B 2 ยังไม่มีข้อความ 6. Arachno-boranes (จากภาษากรีก - เว็บ) เป็นรูปหลายเหลี่ยมที่มีจุดยอดอิสระสองจุด ประกอบด้วยกระจุกดาวเปิดที่สอดคล้องกับสูตร B n H n+6 เช่น B 4 H 10, B 5 H 11, B 8 H 14 Hypho-borans (จากภาษากรีก - เครือข่าย) มีกระจุกดาวเปิดมากที่สุด ซึ่งจำนวนจุดยอดอิสระคือสาม: B n H n+8 เช่น B 8 H 16, B 10 H 18 โครงสร้างที่ซับซ้อนที่สุดนั้นถูกครอบครองโดย conjuncto-boranes (จากภาษาละติน conjuncto - เพื่อเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน) ประกอบด้วยชิ้นส่วนประเภทที่ระบุไว้ข้างต้นเชื่อมต่อถึงกัน

โบเรนเป็นสารประกอบที่มีปฏิกิริยาสูง กิจกรรมของพวกมันจะลดลงเมื่อน้ำหนักโมเลกุลเพิ่มขึ้นและขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโมเลกุล ความเสถียรทางเคมีในระดับสูงของโคลโซโบเรนอธิบายได้จากการแยกตัวของอิเล็กตรอนที่รุนแรง

Tetrahydroborates เป็นสารรีดิวซ์ทั่วไป ในหมู่พวกเขามีความเสถียรมากที่สุดคือเกลือของโลหะอัลคาไล MVN 4 พวกมันเตรียมโดยการทำปฏิกิริยาโซเดียมไฮไดรด์ที่เป็นของแข็งกับโบรอนเฮไลด์หรือเอสเทอร์ของกรดบอริก:

4NaH + BCl3 = NaBH 4 + 3NaCl

B(OCH 3) 3 + 4NaH = NaBH 4 + 3NaOCH 3

เตตระไฮโดรบอเรต* เป็นสารผลึกไม่มีสีที่ละลายได้ในน้ำ แอมโมเนียเหลว เอมีน และลิเธียม โบโรไฮไดรด์ที่ละลายได้ในอีเทอร์ LiBH 4 สลายตัวด้วยความร้อนที่สูงกว่า 380 °C ส่วนที่เหลือสามารถทนความร้อนได้สูงถึง 580 °C NaBH 4 เป็นตัวรีดิวซ์อย่างอ่อน นี่คือสารประกอบไอออนิกที่ละลายโดยไม่สลายตัวที่อุณหภูมิ 505 °C มันถูกใช้ในอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษและกระดาษสำหรับการฟอกเยื่อกระดาษเนื่องจากความจริงที่ว่าเมื่อทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างจะก่อให้เกิดสารฟอกขาวที่แข็งแกร่ง - โซเดียมไดไทโอไนต์ Na 2 S 2 0 4:

นา + 8NaOH + 8S0 2 = 4Na 2 S 2 0 4 + NaB0 2 + 6H 2 0

อัลคาไลน์เตตระไฮโดรบอเรตใช้เคลือบโลหะและสร้างหน้าสัมผัสในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

กรดซัลฟิวริกเข้มข้นสลายโบโรไฮไดรด์:

2Na + 2H 2 S0 4 = 2NaHS0 4 + B 2 H 6 + 2H 2

ปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างแรงจนส่วนผสมของปฏิกิริยามักจะติดไฟ

การคลอรีนของโบเรนทำให้เกิดการแตกตัวของพันธะ B-B:

ข 2 ชม 6 + 6C1 2 = 2BC1 3 + 6HC1

และการมีปฏิสัมพันธ์กับแอมโมเนียทำให้เกิดการก่อตัวของไซคลิกไตรเมอร์: โบราซีน (HNBH) 3 หรือโบราโซล (BNH) 3

Diborane มีความไวไฟสูงในอากาศ:

B 2 N 6 + zo 2 \u003d 2 o 3 + zn 2 o

และเมื่อได้รับความร้อนโดยไม่มีอากาศเข้าไป มันจะสลายตัวเป็นส่วนผสมของโบเรนที่สูงกว่า การสลายตัวเกิดขึ้นผ่านตัวกลางที่ไม่เสถียร BH 3, B 3 H 7 เป็นต้น (แสดงในวงเล็บปีกกา):

ข 2 ชม 6 = 2(BH 3)

(VN 3) + B 2 H 6 = (B 3 H 7) + H 2

(VN 3) + V 3 N 7 = V4H10

B 4 H 10 + (VN 3) = B 5 H 11 + N 2

ในขั้นตอนต่อๆ ไป จะเกิดโบราน B 5 H 9, B 6 H |0, B 6 H 12 และผลิตภัณฑ์ที่มีความเสถียรมากที่สุด B 10 H 14 พร้อมด้วยโพลีเมอร์ (BH) X

โครงสร้างและคุณสมบัติของโบไรด์โลหะ

เมื่อโบรอนทำปฏิกิริยากับโลหะ จะเกิดโบไรด์หลายชนิด ซึ่งโบรอนมีสถานะออกซิเดชันเชิงลบอย่างเป็นทางการ

ในโบไรด์ที่มีปริมาณโลหะสูง อะตอมของโบรอนจะถูกแยกออกและตั้งอยู่บริเวณศูนย์กลางของปริซึมตรีโกณมิติของอะตอมโลหะเป็นส่วนใหญ่

ในบอไรด์ Cr 5 ใน 3 พวกเขา 3 ใน 2 (M = V, Nb, Ta) มีคู่ B-B ที่แยกได้ MB โบไรด์ (M = Ti, Hf, V, Cr, Mo, Mn, Fe, Ni) ถูกสร้างขึ้นโดยกลุ่มอะตอมโบรอนที่แยกได้ ในโครงสร้างของ borides M 3 ใน 4 ((M = V, Nb, Cr, Mn) พบโซ่คู่ของอะตอมโบรอน

เอ็มวี บอริเดส 2 (M = Mg, A1) และ M 2 ใน 5 (M = Ni, Mo, W) ถูกสร้างขึ้นจากชั้นสองมิติ และบอไรด์ประเภท LaB 6 - กรอบสามมิติของอะตอมโบรอน

ในโครงสร้างของโบไรด์ที่มีปริมาณโบรอนสูง (MB 4, MB 12) ชิ้นส่วนสามมิติของ icosahedra จะถูกเก็บรักษาไว้ , ในช่องว่างซึ่งมีอะตอมของโลหะอยู่

แม้ว่าขนาดของอะตอมที่ประกอบเป็นบอไรด์จะแตกต่างกันมาก แต่ระยะห่างระหว่างอะตอมของ B-B นั้นเกือบจะคงที่และถูกกำหนดโดยพันธะ B-B ที่แข็งแกร่ง

บอไรด์เป็นวัสดุที่มีความแข็งเป็นพิเศษ เฉื่อยทางเคมี และทนไฟ โดยมีจุดหลอมเหลวและค่าการนำไฟฟ้าที่มักจะสูงกว่าโลหะต้นกำเนิด ตัวอย่างเช่น เซอร์โคเนียมไดโบไรด์ ZrB 2 ละลายที่อุณหภูมิสูงกว่า 3000 °C ในขณะที่จุดหลอมเหลวของเซอร์โคเนียมอยู่ที่ 1,670 °C ค่าการนำไฟฟ้าของโบไรด์ TiB 2 นั้นสูงกว่าไทเทเนียมถึงห้าเท่า ความแข็งของโบรอนคาร์ไบด์ B 4 C สูงกว่าความแข็งของซิลิคอนคาร์ไบด์และเข้าใกล้ความแข็งของเพชร

โลหะโบไรด์ใช้ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง การเคลือบป้องกันสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่น และใบพัดกังหันก๊าซ ประสิทธิภาพในการจับนิวตรอนความร้อนด้วยไอโซโทป 10 V สูงกว่านิวเคลียสอื่นๆ ด้วยเหตุนี้โบรอนโบไรด์และคาร์ไบด์จึงทำหน้าที่เป็นวัสดุสำหรับแท่งควบคุมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในปี พ.ศ. 2543 นักวิจัยชาวญี่ปุ่นได้ค้นพบตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่ซึ่งมีแมกนีเซียม ไดโบไรด์ MgB 2 ซึ่งมีอุณหภูมิวิกฤติ เสื้อ ค =-233 องศาเซลเซียส โบรอนคาร์ไบด์ในรูปของเส้นใยถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุต่างๆ เส้นใยดังกล่าวได้มาจากการทำปฏิกิริยาส่วนผสมของ BC1 3 + H 2 กับเส้นใยคาร์บอนที่อุณหภูมิ 1630°C:

4ВС1 3 + 6Н 2 + С = В 4 С + 12НС1

โบไรด์โลหะถูกสังเคราะห์โดยการลดส่วนผสมของ B 2 O 3 กับออกไซด์ของโลหะกับคาร์บอนที่อุณหภูมิ 2,000 °C:

V 2 O s + B 2 O 3 + 8С = 2VB + 8СО

ปฏิกิริยาของสารอย่างง่ายรวมถึงการลดลงของส่วนผสมของเฮไลด์โลหะระเหยและโบรอนกับไฮโดรเจน:

TiCl 4 + 2ВС1 3 + 5Н 2 = TiB 2 + 10HC1

โบไรด์ของโลหะแอคทีฟบางชนิด (MgB 2, A1B 2) สลายตัวด้วยน้ำกลายเป็นส่วนผสมของโบเรนต่างๆ โบไรด์ส่วนใหญ่ (A1B 12, CaB 6, ZrB 2 ฯลฯ) จะไม่สลายตัวด้วยน้ำ

29. สารประกอบออกซิเจนของโบรอน โบรอน(III) ออกไซด์ กรดบอริก เกลือของพวกมัน: เมตา-, เตตร้า-, ออร์โธบอเรต การเตรียม โครงสร้างของบอแรกซ์ การไฮโดรไลซิส แปรรูปบอแรกซ์ให้เป็นกรดบอริก

องค์ประกอบทั้งหมดของกลุ่ม 13 มีลักษณะเฉพาะคือการก่อตัวของออกไซด์และอนุพันธ์ของพวกมันในสถานะออกซิเดชันสูงสุดที่ +3 สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชัน +1 มีความเสถียรสำหรับแทลเลียม

สารประกอบออกซิเจนโบรอน

สารประกอบออกซิเจนที่สำคัญที่สุดของโบรอน ได้แก่ โบรอนออกไซด์ B 2 0 3 กรดบอริกและเกลือ - บอเรต

โบรอนออกไซด์ B 2 0 3 .

ได้มาจากการออกซิเดชั่นของโบรอนกับออกซิเจน:

4B + 3O 2 = 2B 2 O 3 หรือโดยการทำให้ขาดน้ำของ H 3 VO 3 อย่างละเอียด:

2H 3 VO 3 = B 2 O 3 + ZN 2 O

ผลึก B 2 O 3 (tPL = 577 °C, t bp = 1860 °C) สร้างขึ้นจากสามเหลี่ยมแบน BO3 ที่เชื่อมต่อกันด้วยจุดยอดทั่วไปเป็นโครงสร้างสามมิติ Melt B 2 O 3 มีแนวโน้มที่จะเย็นเกินไป มวลแก้วที่เกิดจากมันประกอบด้วยสามเหลี่ยม BO 3 ที่ได้รับคำสั่งบางส่วนซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นวัฏจักร ออกไซด์ของโลหะหลายชนิดละลายได้ง่ายใน B 2 O 3 ที่หลอมละลายซึ่งใช้เพื่อให้ได้แก้วสี (เช่นสีน้ำเงินที่มี CoO) รวมถึงในระหว่างการบัดกรีเพื่อทำความสะอาดพื้นผิวโลหะจากออกไซด์ของพวกมัน แก้วบอเรตมักถูกใช้เป็นชั้นและสารเคลือบที่ปกป้องพื้นผิวของผลิตภัณฑ์จากการเกิดออกซิเดชัน เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 1,450 °C โบรอนออกไซด์จะระเหยไปในรูปของโมเลกุลโมโนเมอร์ ความผันผวนของ B 2 0 3 เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีไอน้ำเนื่องจากการก่อตัวของกรดเมตาบอริกที่ระเหยได้:

B 2 O 3 (แข็ง) + H 2 O (g) = 2HVO 2 (g)

ที่อุณหภูมิสูง B 2 O 3 จะถูกรีดิวซ์เป็นโบรอนโดยโลหะอัลคาไล แมกนีเซียม อลูมิเนียม และคาร์บอน

Amorphous B 2 ออนซ์ละลายในน้ำด้วยความร้อนที่เห็นได้ชัดเจน ( เลขที่ = = -76.3 กิโลจูล/โมล) กลายเป็นส่วนผสมของกรดบอริก

กรดออร์โธบอริก (บอริก) B(OH) 3 (H 3 VO 3)นี่เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการไฮโดรไลซิสของสารประกอบโบรอนที่ละลายน้ำได้ เช่น บอแรกซ์ Na 2 8H 2 0:

นา 2 8H 2 0 + H 2 S0 4 = 4B(OH) 3 + นา 2 S0 4 + 5H 2 0

กรดบอริกเป็นผลึกเกล็ดที่มีความมันเยิ้มเมื่อสัมผัส โดยมีโครงสร้าง (รูปที่ 4.9, ก) B(OH) 3 โมเลกุลเชื่อมต่อกันเป็นชั้นแบนเนื่องจากพันธะไฮโดรเจน -OH... O แต่ละชั้นคือ เชื่อมต่อกันด้วยพันธะระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอและอยู่ห่างจากกันมาก

H 3 BO 3 ละลายในน้ำ (4.3 กรัมในน้ำ 100 กรัมที่อุณหภูมิ 20 ° C) และเป็นกรดโมโนเบสิกอ่อน ซึ่งแตกต่างจากกรดธรรมดาคุณสมบัติที่เป็นกรดไม่ได้เกิดจากการกำจัดไฮโดรเจนไอออน แต่เกิดจากการเติมกลุ่มไฮดรอกซิลของโมเลกุลน้ำซึ่งทำหน้าที่เป็นฐานลูอิส:

B(OH) 3 + H-OH = [B(OH) 4 - + H +, หน้า เค 9.25 (25 °C)

คุณสมบัติที่เป็นกรดของ H 3 B0 3 แสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าเมื่อมีความเข้มข้น H 2 S0 4 (ในฐานะตัวแทนกำจัดน้ำ) ด้วยแอลกอฮอล์จะก่อให้เกิดเอสเทอร์:

B(OH) 3 + ZCH 3 OH = (CH 3 O) 3 B + ZN 2 O

เนื่องจากพันธะโควาเลนต์ B-O ภายในโมเลกุลมีความแข็งแรงสูง และในทางกลับกัน ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอ เอสเทอร์เหล่านี้จึงมีความผันผวน ไอระเหยของพวกมันเมื่อติดไฟในอากาศจะไหม้ด้วยเปลวไฟสีเขียว ปฏิกิริยานี้ใช้สำหรับการตรวจจับสารประกอบโบรอนในเชิงคุณภาพ

เมื่อภาวะขาดน้ำบางส่วนที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 °C กรดเมตาบอริก (HBO 2) จะถูกสร้างขึ้นจาก B(OH) 3 n ตัวอย่างเช่น ในกรดไตรเมทาบอริก (HBO 2) 3 (หรือ B 3 O 3 (OH) 3) จะมีกลุ่ม BO 3 สามกลุ่ม ถูกรวมกันผ่านอะตอมออกซิเจนในวงจรปิด:

ซึ่งก่อตัวเป็นชั้น ๆ เนื่องจากพันธะไฮโดรเจน (รูปที่ 4.9, b)

เมื่อเปรียบเทียบกับโมโนเมอร์ B(OH) 3 ในกรดไตรเมทาบอริก จำนวนหมู่ -OH ต่ออะตอมโบรอนจะลดลงสามเท่า อะตอมออกซิเจนที่เชื่อมจะดูดซับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนบางส่วนจากพันธะ B-OH ทำให้พันธะ H-O มีขั้วมากขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มความแข็งแรงของกรดเมตาบอริกเนื่องจากผลอุปนัย

กรดบอริกอื่นๆ ยังถูกแยกออกมาในรูปแบบอิสระ เช่น กรดเตตระบอริก H 2 B 4 O 7 (pK a 1 4.1, pK a2 5.1) เกิดขึ้นจากกระบวนการโพลีคอนเดนเซชัน:

2B(OH) 3 + [B(OH) 4 - = [B 3 O 3 (OH) 4 - + 3H 2 O

2B(OH) 3 + 2[B(OH) 4 ] - = [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2- + 5H 2 O

โบรัต.เหล่านี้เป็นเกลือของกรดบอริก เนื่องจากความง่ายในการจัดเรียงพันธะ B-O-B ใหม่และการรวมกันของโบรอนที่มีหมายเลขโคออร์ดิเนทที่ 3 และ 4 จึงมีตัวเลือกมากมายสำหรับการเชื่อมโยงกลุ่ม BO 3 สามเหลี่ยมและกลุ่มจัตุรมุข [B(OH) 4 ] เข้ากับไอออนโพลีบอเรตโพลีนิวเคลียร์ ในแง่นี้บอเรตจะคล้ายกับซิลิเกตและฟอสเฟต

โครงสร้างของบอเรตแอนไอออนบางชนิดแสดงไว้ในรูปที่ 1 4.10. ประจุโดยรวมของไอออนจะถูกกำหนดโดยจำนวนอะตอมออกซิเจนส่วนปลายและอะตอมโบรอนทรงเตตราฮีดรัล ซึ่งแต่ละอะตอมมีประจุลบหนึ่งประจุ กลุ่มสามเหลี่ยมโมโนเมอร์ B0 3 (รูปที่ 4.10, ก) มีอยู่ในลิเธียมออร์โธบอเรต Li 3 B0 3, กลุ่มไซคลิก B 3 O 6 3- (รูปที่ 4.10, ข) - ในโซเดียมเมตาบอเรต 3

Tetrahedra B(OH) 4 มีอยู่ใน tetrahydroxoanion (รูปที่ 4.10, วี), เช่นเดียวกับใน Na 2 peroxoborate 6H 2 0 ซึ่งได้มาจากการทำปฏิกิริยา H 3 B0 3 กับ H 2 0 2 เปอร์ออกไซด์ในตัวกลางที่เป็นด่าง Peroxoborate (หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ Perborate) เป็นส่วนประกอบสำคัญของผงซักฟอก การไฮโดรไลซิสของเพอร์บอเรตทำให้เกิด H 2 0 2 ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารฟอกสีอ่อน