double arrow

Алюминий. Электронное строение и общая характеристика


Бор

Электронное строение и общая характеристика

Р-ЭЛЕМЕНТЫ III ГРУППЫ

В III главную подгруппу входят элементы: бор(В), алюминий(Аl), галлий(Gа), индий(In) и таллий(Тl). Электронная формула валентной зоны данных атомов в невозбуждённом со­стоянии - ns21. То есть содержат в наружном электронном слое три электрона. Поэтому данные элементы могут в своих соединени­ях проявлять валентности I и III. Но только тал­лий в своих соединениях может быть одно- или трёхвалентен.

Бор является неметаллом, а остальные элементы металлами, при этом в ряду Al-Ga-In-Т1 усиливаются металлические свойства простых ве­ществ. Оксид бора проявляет кислотные свойства, оксиды алюминия, галлия и индия - амфотерные, а оксиды таллия – основные.

Свободный бор представляет собой кристаллическое вещество чёрного цве­та, по твёрдости уступающее лишь алмазу.

Бор применяется в в металлургии как добавка к стали и некоторым цветным сплавам. Применяется также насыщение поверхности стальных изделий бором(борирование) – значительно повышающее твердость и коррозионную стойкость поверхностного слоя. Борирование проводится при повышенной температуре бором или его соединениями в атмосфере водорода. При высокой температуре бор взаимодействует со многими металлами с образованием боридов обладающих твердостью и коррозионной стойкостью и сохраняющих эти свойства при высоких температурах, что позволяет их использовать в ракетной технике.

При нагревании бора до температуры 700 0С он сгорает с образованием оксида бора и выделением большого количества тепла

(к) + 3∕2О2(г) = В2О3(г), ΔН = -1254 кДж.

Осид бора растворяется в воде с образованием ортоборной кислоты

В2О3 + 3Н2О = 2Н3ВО3.

Особенностью борной кислоты является то, что при её нейтрализации рас­твором щёлочи образуется соль не ортоборной, а тетраборной кислоты (Н2В4О7)

4 Н3ВО3 + 2 NаОН = 4 Nа2В4О7 + 7 Н2О .

Соли тетраборной кислоты называются тетрабораты. Десятиводный кристаллогидрат тетрабората натрия 2В4О7·10Н2О называется бура. Осно­вное её применение при сварке, резании и паянии металлов, в производстве легкоплавкой глазури для эмалирования различных изделий.

При накаливании смеси бора с углем образуется образуется очень тугоплавкое и твердое вещество – карбид бора (В4С).

С азотом бор образует нитрид, существующий в алмазоподобной или графитоподобной модификациях. Алмазоподобная кристаллическая модификация (эльбор, кубонит, боразол) по твердости немного уступает алмазу, но значительно превосходит его по термостойкости. Выдерживает нагревание на воздухе до 2000 0С, в то время как алмаз сгорает при уже при температуре 800 0С. Графитоподобная кристаллическая модификация как и графит является высококачественным смазочным материалом, но в отличие от графита бесцветна и неэлектропроводна.

При действии соляной кислоты на борид магния образуются бороводороды (бораны), летучие жидкости с неприятным запахом и легко воспламеняющиеся на воздухе.

Алюминий самый распространенный на земле металл. Из-за высокой химической активности в природе встречается преимущественно в виде оксида (А12О3).

В свободном виде это серебристо-белый металл, покрытый прочной оксидной плёнкой, которая защищает его от дальнейше­го окисления.

В кислотах и щелочах оксидная плёнка растворяется

Аl2О3 + 6НСl = 2А1Сl3 + 3Н2О,

Аl2О3 + 2КОН = 2КА1О2 + Н2О (при сплавлении),

Аl2О3 + 2КОН + 3Н2О = 2К[А1(ОН)4] (в растворе).

Лишённый оксидной пленки алюминий вытесняет водо­род даже из воды

2 А10 + 6 Н+2О = 2 А1+3(ОН)3 + 3 Н02

Аl0 - 3е = Аl+3 -3 · 2 = -6 е (φ0 = -1,66 В),

+ + 2е = Н2 +2 · 3 = +6 е (φ0 = 0,00 В).

В исходном состоянии толщинка оксидной пленки составляет примерно 25 мкм, что не обеспечивает необходимой коррозионной стойкости, поэтому на практике посредством оксидирования доводят толщину оксидной пленки до 250 мкм.

Алюминий в порошкообразном состоянии или в виде металлической фольги при нагревании на воздухе воспламеняется и сгорает ослепительным белым пламенем с выделением большого количества тепла

2А1 + 3∕2О2 = А12О3, ΔН0298 = -1676 кДж.


Сейчас читают про: