Al, Ga, In, Tl

Něco z historie Al(aluminium) – pochází z lat. Alumen = hořká sůl – KAl(SO4)2 Poprvé H.C. Oersted reakcí amalgamu draslíku a AlCl3 Z počátku velice drahý, r. 1855 v Paříži vedle korunovačních klenotů Ludvík Napoleon III – jako slavnostní příbor 1866 – pokles ceny – dynamo, elektrolýza

Existenci Gallia předpověděl Mendělejev 1875 spektrálně Lecoq de Boisbaudran izoloval 1g ze stovek kg sfaleritu – jméno Indium a thallium také spektroskopicky Indium – 1863 Reich a Richter – podle indigově modré čáry v plamenném spektru Thallium – nezávisle Crookes a Lamy v r. 1861 a nazvaný podle světle zelené linie

Výskyt a rozšíření Al – je složkou vyvřelých minerálů – živce, slídy, větráním jílovité minerály(kaolinit, vermikulit..), kryolit, spinel, granát, beryl, tyrkys, korund!(Safír – Cr, Safír – Co), bauxit AlOx(OH)3-2x ; (0 < x < 1) Bouxit: poprvé objeven v Provance, jako monohydrát, tropy – trihydrát Zásoby jsou obrovské – Austr., Brazil, Guinea, Jamaika, Afr, Am.

Ga, In, Tl – mnohem méně, spíše v sulfidech než oxidech. Ga(19 ppm), nejvíce v germatitu, složité, sfalerit, bauxit, uhlí. Dříve se emitovalo z popílku při pražení nebo pálení uhlí. Nyní jako vedlejší produkt při výrově Al. In(0,21 ppm), Tl(0,7 ppm). In v ZnS(sfalerit), Tl v PbS(galenit) Všechny se získávají z popílku při pražení Zn/Pb sulfidických rud

Výroba Al a) extrakce, čištění a dehydratace bauxitu b) elektrolýzou Al2O3 rozpuštěného v roztaveném kryolitu Na3[AlF6] Bayerův proces – rozpuštění v NaOH, oddělení od kalu, vysrážení trihydrátu a kalcinaci při 1200°C Elektrolýza při teplotě 940 – 980°C původně se rozpouštěv v kryolitu – málo, vzácnější, tak synteticky: 6HF + AL(OH)3 + NaOH → Na3AlF6 + H2O 105A, 4,5V, proudová hustota 0,7 A cm-2

Na 1t Al je 1,89 t bauxitu a 0,45 t anodického uhlíku, dále 0,07 t Na3[AlF6] a elektřina 15 000 kWh. Nejdražší elektřina Hliník je kov bílé až stříbřitě lesklé barvy, je lehký netoxický. Má velkou tepelnou a elektrickou vodivost, odolnost vůči korozi, nemagnetický, v tvárnosti je 2 (Au), tažnosti je 6, slitiny jsou pevné. Je velice odolný vůči korozi díky pasivaci

Ga: stříbřitě modrý lesk, smáčí sklo, porcelán, a další Ga: stříbřitě modrý lesk, smáčí sklo, porcelán, a další. Na skle dává lesklé zrcátko, ultračisté na polovodiče, GaAs – elektřina na koherentní světlo In: podobné Ga, použití na výrobu nízkotající slitiny na pro elektronická zařízení. Slitiny In s Bi, Cd, Pb, Sn je využívají jako tavné pojistky, regulátory tepla a samočinné hasicí zařízení. K pájení za nízké teploty, nízkoteplotní tranzistory

Tl: prvek i sloučeniny jsou jedovaté Tl: prvek i sloučeniny jsou jedovaté. Nebezpečný je styk s pokožkou, požití i vdechnutí. Dříve na hubení hlodavců a mravenců. Bez chuti a zápachu. Malé speciální využití v infračervené technologii. Jako fotocitlivé diody a infračervené detektory.

Atomové vlastnosti prvků. Mají liché atom. číslo proto mají málo stálých izotopů. Teplota tání – nejnižší u Ga Hustota roste, elektroneg. klesá Al – kubická plošně centrovaná s.(12) Ga – orthorombickou s. 1 blízko, 2+2+2 In – tetragonální plošně centrovaná (4+8) Tl – hexagonální s. 12

Chemická reaktivita Od bóru se liší: vyšší chem. reaktivita při nižších teplotách Neexistence těkavých hydridů a klastrů. Al – nejvíce s nekovy, ale se všemi kovy Práškový Al s tekutým O2 exploduje Snadno se rozpouští v horké HCl a v roztoku NaOH a KOH za vzniku vodíku Al(OH)3 je amfoterní [Al(H2O)6]3+ [Al(H2O)2(OH)4]-

Sloučeniny hliníku se slabými kys. podléhají hydrolýze. Al2S3, AlN, Al4Cl3, podobně octan, kyanid, uhličitan Důležité pro čištění vody – hydroxid se tvoří na jemných částicích, které se tak odstraňují

Ga – amfoterní chování je podobné Al In – zásaditější než Ga. Jen slabě amfoterní In se nerozpouští v OH-, ale Ga ano Tl je středně silná base, odlišuje od ostatních, protože se v roztocích vyskytuje I. Sloučeniny Tl se podobají alk. kovům. Stálost o.č.I – Al<Ga<In<Tl

SLOUČENINY Hydridy a příbuzné komplexy Velká odlišnost od bóru AlH3 – bezbarvá, netěkavá pevná látka Al – H – Al Redukční činidlo, bouřlivě s vodou GaH3 – viskózní kapalina, Tt – 15°C InH3, TlH3 – nestálé, rozpustné v etheru Li[AlH4]- LiH + AlCl3 – Li[AlH4]+ LiCl Nebo Na + Al + 2H2 – Li[AlH4] (140°C/3h/35,5MPa)

Halogenidy a komplexy Al2O3 + HF → AlF3 + O2 (700°C) Kat. při Friedelově – Craftsově s., netěkavý, nerozpustný Na3[AlF6] – kryolit – výroba Al AlCl3- krystalická látka, 192°C – dimer Al2Br6 a Al2I6 – dimery, krystalické v kap. a pevném stavu Halogenidy tvoří velké množství adičních sloučenin nebo komplexů Friedel – Craftsova katalýza Různá stabilita a vlastnosti

BF3 + AlCl3 → AlF3 + BCl3 Takto se uvolní největší množství energie EP prvky s EN prvky AlCl3 - při kat. reakcích, k alkylacím, acylacím, polymeracím,cyklizacím, chlorace Výroba ethylbenzenu a styrenu Ga,In,Tl – netěkavé, vysoké Tt, GaX3 – podobný AlX3 InX3 – převážně jako ligand (PPh3, pyridin) TlX3 – méně stálé, chemicky odlišné rychle hydrolyzují

Oxidy a hydoxidy Al2O3 – korund a smirek, vysoká tvrdost, Tt, netěkavost, chem.netečnost- výroba Al, brusný materiál, keramika, drahokamy Pružný, netoxický, velká pevnost v tahu, na omak měkká, provazy, vlákna, izolanty, filtrační materiál, nosič katalyzátoru. Konstrukce aut a motorů, pevnost oceli.

Ga, In, Tl - méně studovány Ga je podobný Al In – deformovaná, rutilová struktura Tl – černé destičky, hydroskopický Spinely a příbuzné AB2X4 – A= Mg,Ca,Cr,Mn, B=Al,Ga,In,Ti,Cr, anion = O,S,Se,Te Hlinitan vápenatý – Ca3Al2O6 – složka portlandského cementu

Portlandský vápenec Směs vody,písku,po ztvrdnutí jako přírodní vápenec Poprvé při stavbě tunelu pod Temží Složení: 26% Ca2SiO4, 51% Ca3SiO5, 11% Ca3Al2O6 Výroba zahříváním směsi vstupních látek na Tt 1500°C, vznikne slinek, který se namele a smíchá s 2 – 5% sádrovcem Cement s vysokým obsahem Al2O3 Už po jednom dni pevný Vysoká T porušuje, mořská voda nevadí

Další anorganické sloučeniny Chalkogenidy Al – Al2S3 (bílý) Al2Se3(šedý) Al2Te3(tmavě šedá) Přímou syntézu za teploty 1000°C, tetraedrická koordinace a polymorfní s. Chalkogenidy Ga,In,Tl: mnohem více – polovodiče, fotovodiče, světelné zářiče Tl5Te3 – supravodivost za nízkých teplot V.B. skupina - polovodiče, krychlová struktura, přímou syntézou za vyšší t a p polovodiče musí být zapouzdřeny proti působení atmosféry

Organokovové sloučeniny Mnoho sloučenin obsahující 1,2,3,4 vazby Al- C Trialkyly a triaryly – velmi reaktivní, bezbarvé, těkavé kapaliny, nízká Tt, samozápalné, prudká reakce s vodou Hlavní význam- vsuvná reakce K. Zieglera- výroba PE. A) růstová reakce – vznik alkoholů a alkenů B) polymerace ethenu a propenu – za přítomnosti organokovových kat. (1963 NC)

Tento PE má vysokou hustotu, je tuhý, pevný, vysoce odolný, nepropustný pro plyny a kapaliny. Teplota měknutí 140 – 150°C. Ga, In, Tl - mnohem méně prozkoumané než Al