I I I. S K U P I N A

III. skupina – 3 elektrony konfigurace s2p1 Prvek X I b. t. (K) b. v. (K) B 2,04 718 2570 2820 Al 1,47 573 930 2770 Ga 1,82 578 303 2340 In 1,49 559 429 2370 Tl 1,44 588 577 1660

Oxidační čísla prvků III. skupiny –3 B +3 --- Si Al Ga In Tl +1 (+3) --- Tl+ (alkalické kovy)

B – 1,6 · 10–3 , Příprava boru: sassolin H3BO3 B O R B B – 1,6 · 10–3 , sassolin H3BO3 borax Na2B4O5 · (OH)4 · 8 H2O Příprava boru: B2O3 + (Na/Al)  B (AlB12) 800 °C 2 BCl3 + 3 Zn  2 B + 3 ZnCl2 1300 °C 2 BBr3 + 3 H2  2 B + 6 HBr 2 BI3  2 B + 3 I2

Struktura elementárního boru B12 – ikosaedr

Vlastnosti boru Chemické vlastnosti 4 B + 3 O2  2 B2O3 t > 800 °C 2 B + N2  2 BN 2 B + 3 X2  2 BX3 H2O + B + HNO3  H3BO3 + NO 2 B + 6 NaOH  2 Na3BO3 + 3 H2 2 B + Fe2O3  B2O3 + 2 Fe Binární sloučeniny BX3 , B2O3 , B2S3 s kovy – boridy , s vodíkem – borany

Halogenidy boru BX3 sp2 BF3 – g – b. v. 172 K BCl3 – b. v. 285 K 3 CaF2 + 3 H2SO4 + B2O3  BF3 + CaSO4 + 3 H2O BF3 + HF  HBF4 (ClO4–) BCl3 – b. v. 285 K AlCl3 (AlBr3) + BF3  BCl3 (BBr3) B2O3 + 3 C + 3 Cl2  2 BCl3 + 3 CO 3 H2O + BCl3  B(OH)3 + 3 HCl BBr3 – b. v. 364 K BI3 – b. t. 316 K

Halogenidy boru Cl Cl B B B2Cl4 2 BCl3 + Hg  B2Cl4 + HgCl2 B4Cl4

Halogenidy boru

Sloučenidy boru s kyslíkem H3BO3  HBO3  B2O3 boraxová perlička CuO + B2O3  Cu(BO2)2 Oxidy HBO2 ; H3BO3 + estery . H3BO3 + H2O  B(OH)4– + H+ H3BO3 B2O3

Borax Na2B4O7 · 10 H2O 2 –

Idealizované obrazce řetězení atomů boru v boridech bohatých na kov B O R I D Y (a) (b)   (c) (d) (e) (f) M3B M3B2 MB Ru11B8 M3B4 MB2 Idealizované obrazce řetězení atomů boru v boridech bohatých na kov

BORIDY – příklady řetězení a) Izolované atomy B: Mn4B; M3B (Tc, Re, Co, Ni, Pd); Pd5B2; M7B3 (Tc, Re, Ru, Rh); M2B (Ta, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni) . b) Izolované dvojice B2: Cr5B3; M3B2 (V, Nb,Ta) c) Pilovitě uspořádané řetězce atomů B: M3B4 (Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mn, Ni); MB (Ti, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni) d) Rozvětvené řetězce atomů B: Ru11B8 e) Dvojité řetězce atomů B: M3B4 (V, Nb, Ta, Cr, Mn) f) Pilovitě uspořádané řetězce atomů B: MB2 (Mg, Al, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Ru, Os, U, Pu); M2B5 (Ti, Mo, W)

Boridy Atomy boru jsou často obklopeny trojbokými hranoly atomů kovů: Idealizované okolí boru v boridech bohatých na kov – atomy B jsou často ve středech trojbokých hranolů atomů kovů.

Boridy bohaté borem rozmanité stechiometrie MB6: oktaedry B6 M10B11 . MB12: ikosaedry B12 MB66: propojeno 6 ikosaedrů nestechiometrické

Boridy – příklady struktur TiB2 Cr3B4 CaB6 ZrB12

Boridy

Vlastnosti a využití boridů Pozoruhodné vlastnosti Ti b. t. ~ 1 800 °C TiB2 b. t. ~ 3 000 °C elektrická vodivost 5 větší než u Ti TiB2 , ZrB2 , CrB2 – turbínové lopatky, raketové trysky . BeB2 – B4C  neprůstřelné vesty, štíty letadel Karbid boru 4 BCl3 + 6 H2O + C (vlákna)  B4C + 12 HCl vlákna . Letecký průmysl – Airbus, Boeing

Boridy – MgB2

Boridy

6 LiH + 8 Et2O · BF3  6 LiBF4 + B2H6 + 8 Et2O B O R A N Y Stock 1914 – 1920 Mg3B2 + HCl  B2H6 , B4H10 , B5H9 , B5H11 , B6H10 , B10H14 Nejjednodušší boran – BH4– – jen aniont Na[BH4] 6 LiH + 8 Et2O · BF3  6 LiBF4 + B2H6 + 8 Et2O 2 B5H11 + 2 H2  2 B4H10 + B2H6 B2H6 + 2 NaH  2 Na[BH4]

BORANY – klasifikace 1) BnHn+2 – closo – uzavřené polyedry BnHn2– – většinou aniontová forma – stabilní B6H62– , B12H122– . 2) BnHn+4 – nido – otevřené, chybí 1 vrchol – stabilní B2H6 (g) , B5H9 , B6H10 , B8H12 (l) , B10H14 (s) 3) BnHn+6 – arachno – chybí 2 vrcholy – nestabilní B4H10 (l). 4) BnHn+8 – hypho – chybí 3 vrcholy – velmi nestabilní . 5) – conjuncto – spojení předchozích typů

Borany Porovnání stability nido- a arachno- boranů při reakci s vodou: B5H9 po zahřátí rozklad 420 K + H2O  B5H11 za studena rozklad 300 K

Borany – struktura tetraedr BH4– B2H6

Třístředová vazba v boranech TMO B2H6  proti-vazebný 2 B    H nevazebný    vazebný

Třístředová vazba v boranech y1 y2 y3 j1 + j2 j1 – j2 j1 j2 j3 y1 y2 y3 y1 y2 y3

Borany – closo- B12H122– B6H62–

Borany – closo- B20H16

Borany – nido- B6H10 B10H14

Borany – arachno- a nido- arachno-B5H11 nido-B5H9

Karborany Příprava: 1,2-C2B10H14 2,3-C2B4H8 B10H14 + 2 Et2S  B10H12(Et2S)2 + H2 B10H12(Et2S)2 + C2H2  C2B10H12 + 2 Et2S + H2 1,2-C2B10H14 2,3-C2B4H8

Sloučeniny boru a dusíku B + N BN borazol

Sloučeniny boru a dusíku

Sloučeniny boru a dusíku [rBN = 1,446 Å] hexagonální

Sloučeniny boru a dusíku (c) (b) (d) Sloučeniny boru a dusíku

Sloučeniny boru a dusíku kubický (struktura diamantu) [rBN = 1,56 Å]

Al – 7,45 % , bauxit (převážně hydratovaný Al2O3) H L I N Í K Al Al – 7,45 % , bauxit (převážně hydratovaný Al2O3) 4 Al + 3 O2  2 Al2O3 2 Al + 3 H2SO4  Al2(SO4)3 + 3 H2 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O  2 Na[Al(OH)4] + 3 H2 Al2O3 + NaOH  Na[Al(OH)4] Výroba: 160 °C, 50 atm. bauxit + NaOH  NaAlO2 TiO2 , Fe2O3 zředění  Al2O3   Al2O3 + Na3AlF6 + C  Al + CO + ( F2 , HF )

Hydridy hliníku LiAlH4 AlH3 – polymerní struktura, 4 LiH + AlCl3  Li[AlH4] + 3 LiCl 3 Li[AlH4] + AlCl3  3 LiCl + AlH3 Li[AlH4] + 4 H2O  Li[Al(OH)4] + 4 H2 AlH3 – polymerní struktura, – třístředová vazba

Sloučeniny hliníku Halogenidy AlF3 – koordinační číslo 6 ; [Al(H2O)6]Cl3 AlCl3 AlCl4– Al2Cl6 Al2(SO4)3 MIAl(SO4) · 12 H2O Ga, In, Tl

Aqua a hydroxokomplexy hliníku pH ≤ 6 3 – 7 4 – 8 – H+ + H+ pH  5 – 9 > 6 velké velmi velké [Al(OH)(H2O)5]2+ [Al(OH)(H2O)5]2+ [Al2(OH)2(H2O)8]4+

Struktura aqua a hydroxokomplexů hliníku [Al(H2O)6]3+ [Al2(OH)2(H2O)8]4+ [Al3(OH)4(H2O)9]5+ [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+