Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl). Historie sloučeniny B a Al známy od starověku 1808 připraven nečistý bór, kvalitní až v roce 1892 1827.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl). Historie sloučeniny B a Al známy od starověku 1808 připraven nečistý bór, kvalitní až v roce 1892 1827."— Transkript prezentace:

1 Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl)

2

3 Historie sloučeniny B a Al známy od starověku 1808 připraven nečistý bór, kvalitní až v roce první příprava hliníku 1854 výroba redukcí draslíkem nebo elektrolýzou, kov velmi drahý, vystavován s korunovačními klenoty a používán na císařských recepcích 1886 zvládnuta průmyslová výroba hliníku elektrolýzou oxidu v roztaveném kryolitu

4 Historie 1861 spektroskopicky objeveno Tl 1863 spektroskopicky objeveno In existenci gallia předpověděl Mendělejev v roce 1870, objeveno spektroskopicky ve sfaleritu v roce 1875

5 Vlastnosti prvků III. hlavní skupiny Xt.t. (°C) B2, Al1,47660 Ga1,8230 In1,49157 Tl1,44303 konfigurace ns 2 np 1 stálost vyššího oxidačního stavu se postupně snižuje: B a Al jen M +III (+ B -III ) Ga a In převážně M +III, méně M +I Tl převážně Tl +I, omezeně Tl +III bor nekov až polokov, ostatní kovy

6 Borité suroviny Boritany colemanit Ca 2 B 6 O H 2 O, borax Na 2 B 4 O H 2 O, hlavní suroviny, USA a Turecko (95 % světových zásob) Sassolin H 3 BO 3 pouze lokálně (Itálie) Boritokřemičitany danburit CaB 2 Si 2 O 8, datolit CaBSiO 4 (OH) Rusko

7 Bor Velmi obtížná příprava v čistém stavu redukcí oxidu hliníkem, chloridu zinkem nebo (nejčistší) bromidu vodíkem na žhaveném vlákně 2 BBr H 2 → 2 B + 6 HBr několik alotropických krystalických fází, nemají praktický význam Bor přímo reaguje s F a za vyšší teploty i s dalšími halogeny a nekovy, ne s H 2

8 Boridy Sloučeniny boru s kovy, ve kterých má bor záporné oxidační číslo (–III, většinou však velmi nestandardní stechiometrické poměry v důsledku tvorby skupin atomů boru, od M 5 B po MB 66 ) Ve struktuře většinou menší skupiny, řetězce, oktaedry nebo ikosaedry B 12

9 Struktura B 4 C

10 Boridy Některé boridy jsou mimořádně tvrdé, chemicky odolné a žáruvzdorné, elektricky vodivé body tání až přes 3000 °C (např. ZrB 2 ) Příprava přímou reakcí prvků, reakcí oxidů s borem nebo reakcí B 2 O 3 nebo B 4 C s prvkem v redukčním prostředí (C, H 2 )

11 B4CB4C 2 B 2 O C → B 4 C + 6 CO (1600 °C) Použití: Neutronové štíty, kontrolní tyče v jaderných reaktorech, brusivo, leštící přípravky, obložení brzd, pancíře Vlákna B 4 C do kompozitů (křídla letadel) I jiné boridy mají uplatnění, např. TiB 2 k výrobě lopatek plynových turbin

12 Nitrid boru BN Šesterečný BN H 3 BO 3 + CO(NH 2 ) 2  BN + CO 2 + H 2 O 500 až 950 °C, NH 3 vrstevnatá struktura podobná grafitu, elektrický izolant, výborný vodič tepla bílý grafen

13 Nitrid boru BN Kubický BN ze šesterečného při 1800 °C a 8500 GPa diamantová struktura mimořádně tvrdý, brusné nástroje, některé vlastnosti lepší než diamant

14 Borany Sloučeniny B n H m, řada sloučenin, velmi rozdílné struktury Mg 3 B 2 + HCl → MgCl 2 + B 2 H 6, B 4 H základní člen diboran B 2 H 6 trojstředová vazba

15 Diboran Výroba B 2 H 6 2 NaBH 4 + I 2  B 2 H NaI + H 2 3 NaBH 4 4 Et 2 O.BF 3  2 B 2 H 6 +3 NaBF Et 2 O Výchozí surovina pro výrobu ostatních boranů, samozápalný B 2 H O 2  B 2 O H 2 O

16 Další borany Velmi složité struktury, příprava pyrolýzou diboranu za určitých podmínek a s katalyzátory, raketové palivo

17 Karborany Borany s atomy uhlíku ve struktuře Proti boranům stálejší, materiály pro nanoelektroniku, speciální plasty, léky

18 Halogenidy boru Trihalogenidy BX 3 monomerní, molekuly tvaru rovnostranného trojúhelníka, hybridizace sp 2, BF 3 a BCl 3 plyny, BBr 3 kapalina, BI 3 nízkotající pevná látka 3 CaF 2 + B 2 O H 2 SO 4  3 CaSO H 2 O + 2 BF 3 B 2 O C + 3 Cl 2  2 BCl CO

19 Halogenidy boru Elektronově deficitní struktury BX 3 (Lewisovy kyseliny) ochotně reagují s molekulami s volnými elektronovými páry (Lewisovy báze) za vzniku aduktů (komplexů). Vazba je donor – akceptorová.

20 Halogenidy boru Reakce BF 3 NaF + BF 3  Na[BF 4 ] BF 4 - izostrukturní s CH 4 BF 3 + NH 3  BF 3 ·NH 3 BF 3 + H 2 O  H[BF 3 (OH)] Reakce BCl 3 (obdobně BBr 3 a BI 3 ) BCl H 2 O  H 3 BO HCl použití: Friedel-Craftsovy syntézy

21 Oxid boritý Oxid B 2 O 3 je vysoce hygroskopický a velmi obtížně krystaluje (lehce tvoří sklo) Příprava oxidu dehydratací H 3 BO 3 2 H 3 BO 3 → B 2 O H 2 O Roztavený B 2 O 3 lehce rozpouští většinu oxidů kovů za vzniku boritanových skel, obdoba křemičitých skel

22 Kyseliny borité Kyselina trihydrogenboritá H 3 BO 3 v roztoku se chová jako jednosytná slabá kyselina H[B(OH) 4 ], silná závislost rozpustnosti ve vodě na teplotě, nejběžnější surovina boru, výroba rozkladem boritanů kyselinami široké použití v keramice (glazury), sklářství (boritokřemičitá skla Pyrex a Simax), zdravotnictví, prací prášky

23 Kyseliny borité Kyselina hydrogenboritá HBO 2 příprava opatrnou dehydratací H 3 BO 3, polymerní struktura, skelný vzhled Kyseliny polyborité složité struktury aniontů složené z planárních jednotek BO 3 a tetraedrických BO 4, v roztoku nestálé, anionty běžně v boritanech

24 Boritany Soli různých kyselin boritých, některé mají velmi složité aniony Na 2 B 4 O H 2 O dekahydrát tetraboritanu disodného – borax přesněji: Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ]. 8 H 2 O použití jako H 3 BO 3

25 Výskyt hliníku Hliník je značně rozšířený (třetí v pořadí po O a Si, 8,3 hmot. % zemské kůry), ale obsažen je hlavně v horninotvorných minerálech (hlinitokřemičitanech živcích, pyroxenech, amfibolech, slídách atd.). Pro výrobu hliníku jsou vhodné pouze tzv. bauxity (směs několika minerálů oxid- hydroxidů hlinitých).

26 Výskyt Ga, In a Tl Gallium nízký obsah a malý význam, doprovází hliník v bauxitu a získává se jako vedlejší produkt při výrobě hliníku Indium nízký obsah a malý význam, doprovází zinek ve sfaleritu, vedlejší produkt při výrobě zinku Thallium nízký obsah a malý význam, doprovází olovo v galenitu, vedlejší produkt při výrobě olova

27 Výroba hliníku Výhradním výrobním postupem je oddělení hliníku z bauxitu Bayerovým procesem a elektrolýza oxidu hlinitého rozpuštěného v roztaveném kryolitu Na 3 [AlF 6 ] Bayerův proces Al 2 O NaOH + 3 H 2 O → 2 Na[Al(OH) 4 ] v autoklávu, po ochlazení a zředění opět vypadne Al 2 O 3

28 Výroba hliníku 960 °C, velká spotřeba elektrického proudu katoda:Al e –  Al (l) anoda:2 O 2– + C  CO e –

29 Použití kovů Hliník hlavně konstrukční slitiny Gallium hlavně GaAs pro polovodičové aplikace Indium nízkotavné pájky, polovodičové materiály InP, InAs a InSb Thallium infračervené materiály, velmi jedovaté

30 Halogenidy hliníku AlF 3 typicky iontová sloučenina, netěkavá a ve vodě nerozpustná příprava: Al 2 O HF  2 AlF H 2 O (700 °C) lehce tvoří komplexní soli AlF NaF  Na 3 [AlF 6 ] kryolit

31 Halogenidy hliníku AlCl 3 bezvodý tvoří dimer, použití jako Friedel-Craftsovy katalyzátory AlCl 3. 6 H 2 O úplně jiná struktura [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 komplexní kationt, koordinační číslo 6, oktaedr

32 Oxidy a hydroxidy hlinité Al 2 O 3 několik modifikací, nejstálejší α - Al 2 O 3 korund, mimořádně tvrdá látka, nelze jí rozpustit v žádném roztoku, pouze tavením s KHSO 4 Příprava: zahříváním všech ostatních oxidů a hydroxidů na teploty nad 850 °C Použití: brusný materiál, přírodní barevné jako drahokamy (rubín, safír)

33 Drahokamové odrudy korundu rubín safír

34 Oxidy a hydroxidy hlinité Al 2 O 3 modifikace γ - Al 2 O 3, měkká látka s velkým povrchem, dobře rozpustná v kyselinách a louzích, použití v chromatografii Al(OH) 3 amorfní nebo krystalický, několik modifikací (v přírodě gibbsit), typické amfoterní chování Al(OH) HNO 3 → Al(NO 3 ) H 2 O Al(OH) 3 + NaOH → Na[Al(OH) 4 ]

35 Oxidy a hydroxidy hlinité Al(O)OH nebo AlO(OH) hydroxid-oxid hlinitý, v několika modifikacích, v přírodě diaspor a boehmit Všechny uvedené oxidy, hydroxidy a hydroxid-oxidy složkami bauxitu

36 Soli hlinité V hydratovaných solích kationty [Al(H 2 O) 6 ] 3+, iontové struktury, řada solí rozpustných ve vodě (dusičnan, síran), fosforečnan nerozpustný, uhličitan se netvoří Při pH 3 až 5 se začíná vylučovat amorfní hydroxid Al(OH) 3 Kamence M +1 Al(SO 4 ) H 2 O M = K, Na, NH 4 ), podvojné sírany, velmi dobře rozpustné ve vodě a dobře krystalizující

37 Soli Ga, In a Tl Soli gallia s Ga 3+ obdobou solí hliníku, existují i sloučeniny Ga + s malou stálostí Soli india obdobné jako gallia, In již nemá amfoterní charakter a nerozpouští se v alkáliích Soli thallia jsou typické kationtem Tl + tvořícím ve vodě velmi málo rozpustný TlCl, vzácné soli Tl 3+ jsou velmi silnými oxidovadly, soli Tl jsou velmi jedovaté


Stáhnout ppt "Prvky III. hlavní skupiny (B, Al, Ga, In, Tl). Historie sloučeniny B a Al známy od starověku 1808 připraven nečistý bór, kvalitní až v roce 1892 1827."

Podobné prezentace


Reklamy Google