13. skupina Flashcards
elementi 13. skupine
B bor
Al aluminij
Ga galij
In indij
Tl talij
elementi imajo več valenčnih orbital, kot imajo valenčnih elektronov
značilnosti elementov 13. skupine
razen bora same kovine: izrazit kationski kemizem (vezi tvorijo z obdajanjem treh elektronov )
B je nekovina, tvori izključno kovalentne vezi (podobnost s silicijem)
po skupini navzdol pada obstojnost +3 oksidacijskega
povečuje se obstojnost za dve manjšega oksidacijskega od max
tvorba vezi bor
B tvori elektronsko deficitarne spojine (orbital več kot je na voljo e-)
so pa vse vezi kovalentne
BH3 molekula NE obstaja
BF3 obstaja
el. par iz enega F delokalizira v prazno orbitalo (dodatna pi vez)
B2H6 obstaja
ena vez, ki sega čez tri jedra: samo en elektronski par
bor da en e-, vosik da en e-
drugi bor k tej vezi ne prispeva e-, ampak samo orbitalo, spodaj ravno obratno
elektronska deficitarnost je vidna že pri elementarnem boru
tvori ikozaedre, kjer se s tremi elektroni poveže z 6 in več sosedi
lastnosti bora
B nereaktiven element
več alotropskih modifikaij
reagira z dušikom→ BN
v talinah hidroksidov → borati + H2
s kovinami tvori boride → trde nereaktivne snovi, prevajajo el. tok
pridobivanje bora
najpomembnejša minerala kernit Na2B4O7 x 4H2O in boraks Na2B4O7 x 10H2O
pridobivanje iz raztopin mineralov
obarjanje borove kisline, sušenje do borovega oksida in redukcija z magnezijem
dobimo amorfen rjavi bor
NE reduciramo z koksom, nastal bi borov karbit (reagirata med sabo)
Na2B4O7 + HCl + H2O → NaCl + H3BO3
H3BO3 → B2O3 + H2O
B2O3 + Mg → B + MgO
kristaličen bor dobimo pri redukciji BBr3 z vodikom pri 1400C
BBr3 + H2 → B + HBr
pridobivanje aluminija
pridobivanje z elektrolizo taline Al2O3, ki ga je potrebno predhodno dobiti iz boksita
dva postopka za pridobivanje Al2O3 iz boksita:
-Bayerjev (mokri)
boksit + NaOH → Na[Al(OH)4] + Fe2O3 xH2O + Na2[Al2SiO6]
z uvajanjem CO2 se iz filtrata, ki vsebuje Na[Al(OH)4] obori Al(OH)3, ki se potem s segrevanjem na 1200C pretvori v Al2O3
-Le Chatelierjev (suhi)
reagira suha zmes boksita in sode (Na2CO3), sprosti se CO, nastaneta NaAlO2 in NaFeO2, ki pri raztapljanju v vodi→ Na[Al(OH)4] in Fe2O3 xH2O
elektroliza Al2O3
Al2O3 + C → Al + CO2
katoda: Al3+ + 12e- → Al
anoda: C + O2- →CO2 + 12e-
lastnosti aluminija
aluminotrmična reakcija
aluminotermična reakcija: uporablja za pridobivanje drugih kovin
M2O3 + Al → M + Al2O3
reakcijo je treba sprožiti (segrevanje)
Al reagira s kislinami in bazami
Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2
Al + Ba(OH)2 + H2O → Ba[Al(OH)4]2 + H2
v obeh peimerih se sprošča vodik
pridobivanje in lastnosti galija, indija in talija
teh elementov v zemeljski skorji malo
Ga stranski produkt pri pridobivanju Al in boksita po Bayerjevem postopku
In stranski produkt pri pridobivanju cinka iz sfalerita
Tl stranski produkt pri predelavi minerala pirita
Ga se podobno kot Al raztaplja v kislinah in bazah, In in Tl pa le v kislinah
pri Tl nastanejo enovalentni ioni, talijeve spojine so zelo strupene
hidridi bora (borani)
sinteza
v industrijskem merilu
nastanek višjih boranov
borani
spojine nenavadnih oblik zaradi elektronske deficitarnosti
nastanejo večjedrne vezi (B-H-B, B-B-B in BnHn+4, BnHn+6)
nomenklatura:
B2H6 diboran 6
B5H11 pentaboran 11
sinteza
BCl3 + Li[AlH4] → B2H6 + LiCl + AlCl3
NaBH4 + I2 → B2H6 + NaI + H2
v industrijskem merilu
BF3 + NaH → B2H6 + NaF
s piroliznimi postopki B2H6 pretvorijo v višje borane (temp več kot 100C)
B2H6 → 2(BH3)
(BH3) + B2H6 → B3H7 + H2
ali
B4H10 nastane iz B2H6 (25C zvišan tlak 10dni)
stabilizacija radikala BH3
reakcija z CaO + CO2 oz. H3B-CO
reakcija diboran + voda
radikal BH3 se stabilizira (akceptor elektronskega para)
- B2H6 ali višji borani
- +H- → BH4-
- Lewisove baze (donorji el. para)
PF3 < CO < NH3 < H-
nastanejo adukti:
H3B-PF3
H3B-CO
H3B-NH3
CaO + CO2 → CaCO3
CaO + H3B-CO → Ca(H3B-CO2) borano karbonat
CaCO3 + H3O+ →Ca’2+ + CO2 + H2O
Ca(H3B-CO2) + H3O+ → Ca’2+ + H3B-CO + H2O
diboran + voda → borova kislina + vodik
B2H6 + H2O → B(OH)3 + H2
hidridi aluminija
nastanek
nastanek LiAlH4, reakcija z vodo
hidridi aluminija: nastanejo podobno kot borani (iz AlCl3 in LiAlH4)
so tudi elektronsko deficitirani (večjedrne vezi)
vodik ima v teh spojinah negativno oksidacijsko stanje
LiAlH4 + AlCl3 →AlH3 + LiCl
LiAlH4 pridobimo iz elementov pri visokem tlaku in temp.
Li + Al + H2 →LiAlH4
z vodo burno reagira:
LiAlH4 + H2O → LiOH + Al(OH)3 + H2
iz NaBH4 in AlCl3 pa nastane Al(BH4)3
oksospojine bora
borov oksid
borova kislina
nastanek
v vodi
z alkoholi
z bazami
borov oksid
B2O3 je polimorfen, nastane pri dehidraciji borove kisline
borova kislina nastane pri nakisanju boraksa ali kernita
Na2B4O7x10H2O + H3O+ → B(OH)3 + Na+ + H2O
trdna snov s plastovito strukturo (vodikove vezi)
v vodi zelo šibka kislina
H3BO3 + H2O → H+ + [B(OH)4]-
z alkoholi tvori estre (vodo vežemo na H2SO4)
H3BO3 + MeOH → B(OMe)3 + H2O
H3BO3 z bazami tvori soli: borate ( v teh pogojih triprotonska!!!)
ker kislina lahko polikondnzira, je znanih več vrst boratov
borati
otroborati → BO3’3- planarni ion
monoborati → produkti polikondenzacije borove kisline
boraks Na2B4O7 x H2O
med orati so znani perborati (v pralnih praških), so lahko solvati boratov, poleg kristalne vode vsebujejo še vodikov peroksid
H3BO3 + NaOH + H2O2 + H2O → NaBO2 x H2O2 x 3H2O
ali
H3BO3 + Na2O2 → NaBO3 x 4H2O
oksidi in hidroksidi aluminija
pomembne so tri spojine: Al(OH)3, AlOOH in Al2O3
pri vseh znanih več polimorfnih modifikacij
aluminijev hidroksid je amfoteren
Al(OH)3 + H3O+ →[Al(H2O)6]’3+
Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]-
iz vodnih raztopin Al- soli vedno izkristalizirajo hidrati
Al2(SO4)3 x 18H2O
AlCl3 x 6H2O
KAl(SO4)2 x 12H2O
prav tako je amfoteren y-Al2O3
y-Al2O3 + H2O + OH- → [Al(OH)4]-
y-Al2O3 + H2O + H3O+ →[Al(H2O)6]’3+
a-Al2O3 pa ni, ker je tako stabilen, da se ne raztaplja v vodnih razt.
oksidi in hidroksidi Ga, In in Tl
galij in indij
po lastnostih podobna Al
Ga3+, In3+ amfoterna hidroksida
Ga+, In+: znane spojine GaO2, Ga2S, InCl,, InI
talij
obstojnejše spojine z oksidacijskim +1
spojine z oksidacijskim +3 so oksidanti
Tl(OH)3 bazičen
Tl+ soli zelo strupene
