Использование бора в технике

1. Бор - полупроводник

2. Добавка в сталь - повышает механические свойства

3. В ядерной технике (В¹⁰ - поглощает нейтроны), В₄С - для изготовления регулирующих стержней атомных реакторов

4. В ядерных счетчиках для регистрации нейтронов.

 

Алюминий.

Промышленные руды: боксит - AlO(OH)

криолит - Na₃[AlF₆]

каолин - Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O

нефелин - Na₂O×Al₂O₃×2SiO₂

(Корунд, рубин, сапфир - Al₂O₃, хризоберил - BeAl₂O₄)

Получение. Ниже приведена схема получения алюминия из боксита с последующим электролизом расплава Al₂O₃:

1) AlO(OH) →Al(OH)₃ → Al₂O₃

2) электролиз расплава Al₂O₃ (tº = 2050ºС) в присутствии добавок CaF₂, MgF₂ или AlF₃ для повышения электропроводности и снижения tº_пл до 950º С):

(–) Kатод: 4Al³⁺ + 12ē = 4Alº

(+) Aнод: 6O^2– – 12ē = 3O₂↑

Физические свойства

Серебристо-белый металл, плотность 2,7 г/см³, t_пл =660ºС, t_кип =2348ºС. На воздухе покрывается защитной оксидной пленкой. Обладает большой тягучестью и высокой электропроводностью (~0,6 от электропроводности Cu, но в 63 раза легче меди)

Химические свойства. Алюминий – активный металл и взаимодействует практически со всеми простыми веществами (при нагревании), кроме водорода:

+ O₂ ¾→ Al₂O₃

+ S ¾→ Al₂S₃

Al + Cl₂ ¾→ AlCl₃

+ N₂ ¾→ AlN,

+ C ¾→ Al₄C₃

+ P ¾→ AlP

2) Взаимодействие с кислотами и щелочами

 

+ NaOH ¾→ Na[Al(OH)₄] + H₂

Al + HCl, H₂SO₄(ср.конц.)¾→Al³⁺, H₂

+ H₂SO₄(конц. t^o) ¾→Al³⁺,(SO₂, S, H₂S)

+ HNO₃(ср.конц.) ¾→Al³⁺, NH₄NO₃

 

Без защитной пленки реагирует с водой:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂↑

Кислоты:

Сильно разбавленные, а также концентрированные HNO₃ и H₂SO₄ на Al не действуют. Под воздействием концентрированных – он пассивируется (образуется защитная пленка толщиной ~20-30 мкм.). Пассивированный Al без нагревания не растворяется ни в каких кислотах.

С уксусной и фосфорной кислотами - не взаимодействует.

Чистый Al довольно устойчив по отношению к HCl

Кислородные соединения Al₂O₃ и Al(OH)₃ - амфотерны

Al³⁺ + 3OH^–DAl(OH)₃DH₃AlO₃–H₂O→HAlO₂DH⁺ + AlO₂^–

1) Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

2) Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] - тетрагидроксоалюминат(III) натрия

 

Соли Al подвергаются гидролизу. Al₂S₃, Al₂(CO₃)₃ - в водных растворах не существуют, т.к. происходит полный гидролиз.

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ +6H₂O = 2Al(OH)₃$+ 3Н₂О + 3СО₂+ 6NaCl

Применение алюминия

– Алюминотермия (метод восстановления металлов из их оксидов)

– Сварка: 8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe

– Получение тугоплавких металлов (Cr, V, Mn):

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr

– Искусственный рубин: Al₂O₃ + Cr. Лазеры.

– Аммонал (в.в.) - тончайший порошок Al в смеси с окислителями (NH₄NO₃)

– От предметов быта до ракетостроения.

 

Галлий, индий, таллий

В земной коре содержание этих металлов невелико: Ga – 4∙10^–4 %, In – 2∙10^–6 %, Tl 8∙10^–7 %. Собственных минералов не имеют, сопутствуют другим элементам: а) в германите - 0,6 - 0,7 % Ga,

б) в ZnS - встречается In,

в) Tl - спутник сульфидных руд Fe, Zn, Cu.

Получение. Технология получения чистых металлов – дорогостоящий процесс и включает:

1. Отделение от основных металлов

2.Концентрирование

3. Электролитическое получение

4. Очистка (зонная плавка или электролитическое рафиниро­вание).

Физические свойства

Мягкие (режутся ножом), пластичные, легкоплавкие серебристо-белые металлы. Индий - равномерно отражает световые волны всех длин, применяют для изготовления зеркал в оптике.

Галлий - в расплавленном состоянии может сохранять в течение долгих месяцев жидкое состояние. Применяют для изготовления кварцевых термометров для высоких температур (600 - 1500°С).

Химические свойства. При нагревании реагируют почти со всеми простыми веществами (кроме водорода):

Э₂О₃ Tl₂O

ЭГ₃ Tl TlCl

Ga Э₂S₃ Tl₂S

In

интерметаллические соединения (со Pb, Sn, Al, Zn)

≠ не идет

 

Tl¹⁺ - похож на щелочные металлы, Tl³⁺- на алюминий.

Tl -тускнеет на воздухе ®Tl₂O +Tl₂O₃

4Tl + O₂ =2Tl₂O 2Tl + 3H₂O₂ = Tl₂O₃ + 3H₂O

Взаимодействие с кислотами

Галлий и индий с разбавленными кислотами (HCl, H₂SO₄, HNO₃) образуют соли трехвалентных элементов (как Al). Таллий растворяется лишь в кислотах - окислителях или кислотах, насыщенных кислородом. При этом образуются осадки: TlCl, Tl₂SO₄

Щелочи очень медленно растворяют Ga и In:

2Ga + 6NaOH + 6H₂O = 3H₂ + 2Na₃ [Ga(OH)₆]

гексагидроксогаллат(III) натрия

Na₃[In(OH)₆] - гексогидроксоиндат(III) натрия

Соединения таллия амфотерными свойствами не обладают и таллий со щелочами не взаимодействует.