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 - ns²nр¹. 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

2В_(к) + 3∕2О_2(г) = В₂О_3(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 Nа₂В₄О₇·10Н₂О 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),

2Н⁺ + 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.