lection13 (1113311)
Текст из файла
Биологический факультет (Специальность биофизика)Факультет биоинженерии и биоинформатики2005/2006Общая и неорганическая химияЛЕКЦИИЛекция 13. Бори подгруппа алюминия (Al, Ga, In, Tl).Свойства простых веществ [1,2]BAlGaТемпература плавления, 0С2300660300Температура кипения, С255024672227-12Радиус атома, пм (10 м)881431223+Радиус иона Э , пм235762In156204716392Tl3031457170105Бор – типичный неметаллЭлементарный бор существует в кристаллической и аморфной формах.Кристаллический бор – полупроводник; с повышением температуры егоэлектропроводность возрастает, в отличие от металлов.Бор образует с водородом ряд летучих соединений – боранов, при комнатнойтемпературе диборан B2H6 и тетраборан B4H10 газообразны, более тяжелые – жидкости,самовоспламеняющиеся на воздухе.У боранов очень высокая теплота сгорания (у B2H6 выделяется 2025 кДж/моль, ау С2H6 – всего лишь 1425 кДж/моль).
Поэтому все они и их производные испытаны вкачестве ракетных топлив. Основные препятствия для такого применения –самовоспламеняемость и очень высокая токсичность.Уникальная особенность строения боранов – многоцентровые связи. Водород вних формально двухвалентный, а бор в пента- и декаборане – пятивалентный, хотя унего, как элемента второго периода, есть только 4 орбитали (1s и 3p).Структурная формула диборанаСхема распределения электронов по орбиталям в трехцентровых связяхдиборана [3]1Структурные формулы из статьи М.М.Левицкого и Д.А.ЛеменовскогоСоединения бора с азотом (1:1) оказываются аналогами углерода.
Веществосостава BN (нитрид бора) существует в двух модификациях: “белый графит” и“боразон” или “эльбор”, по твердости равный алмазу. Совершенно одинаковы исоответствующие кристаллические решетки веществ, только у нитрида бора каждыедва атома углерода заменены парой атомов азота и бора.Боразон сохраняет свою твердость при температуре до 20000С, алмаз на воздухесгорает при 8000С.Особенно интересными оказались свойства соединения B3N3H6 (температураплавления -560, кипения +550С). Вещество, названное боразолом, – электронный ихимический аналог бензола.3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3N3H6 + 12 H2Соединения бора и азота, изоэлектронные углеводородамУглеводородCH3-CH3CH2=CH2CH≡CHC6H6Боразотное соединениеBH3-NH3BH2=NH2BH≡NHB3N3H6В 1963 г.
синтезирован карборан C2H2B10H10 – вещество со структурой почтиправильного икосаэдра (многогранник с 20-ю треугольными гранями) [4].2Гидроксид бора (борная кислота) в воде проявляет свойства слабой кислоты(К1 = 6*10-10), причем не из-за отщепления протонов, а благодаря присоединениюгидроксида:B(OH)3 + H2O ↔ [B(OH)4]– + H+Демонстрация: растворение борного ангидрида в горячей воде с индикаторомБорная кислота легко образует эфиры со спиртами, причем с диолами – даже вводных растворах.Демонстрация: получение и горение триметилового эфира борной кислотыНаиболее широко применяется натриевая соль – бура (декагидрат тетраборатанатрия):4 H3BO3 + 2 NaOH + 3 H2O = Na2B4O7*10H2OДля бора характерны также соединения с мостиковыми пероксидными связями,например пероксоборат Na2B2O6*2H2O.
В его кристаллах есть анионы:[B2(O2)2(OH)4]2– . Технический продукт содержит до 10,4% “активного кислорода”,определяемого, как и в пероксиде водорода. На основе пероксоборатов производятотбеливатели, “не содержащие хлор”, типа “персиль”, “персоль” и др.АлюминийПромышленный способ получения алюминия электролизом расплава разработанв 1886 г. независимо американцем Ч.М.Холлом (1863-1914) и французом П.Эру (18631914) (совпадение дат – не опечатка!) [5].Металлический алюминий используют для тонких отражающих покрытий(оптические зеркала, теплоизолирующие полимерные пленки), в пленочных иэлектролитических конденсаторах, в качестве важнейшего компонента твердыхракетных топлив (до 20%), для электрических проводов, как конструкционныйматериал, прежде всего в авиации.Работающий на околоземной орбите телескоп-рефлектор “Хаббл” массой более12 т использует главное стеклянное зеркало диаметром 2,4 м, покрытое слоемалюминия толщиной 7*10-6 см (70 нм), с защитным слоем фторида магния толщиной 25нм [6].Металлический индий также используют для производства зеркал.На воздухе алюминий быстро покрывается пленкой оксида толщиной 10-5 мм,предохраняющей его от дальнейшего окисления.
Однако в кислых и щелочных водныхрастворах, не содержащих кислорода, алюминий реагирует с водой как весьмаактивный металл. Кислота или щелочь нужна в начале процесса для растворенияоксидной пленки:Al2O3 + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2OAl2O3 + 6 NaOH + 3 H2O = 2 Na3[Al(OH)6]Далее алюминий реагирует с кислотой и щелочью как амфотерный металл и сводой – как активный металл (стандартный потенциал -1,66 В):Al + 3 HCl = AlCl3 + 1,5 H2Al + 3 NaOH + 3 H2O = Na3[Al(OH)6] + 1,5 H2Al + 3 H2O = Al(OH)3 + 1,5 H2Эту особенность нужно учитывать при использовании алюминия для полученияводорода – обычно реакция начинается не сразу, но не прекращается и при3израсходовании кислоты или щелочи в растворе, реакционный сосуд разогревается,жидкость вспенивается из-за образования объемистого осадка гидроксида.Благодаря высокой энтальпии образования оксида Al2O3 (-1676 кДж/моль)металлический алюминий реагирует с оксидами многих металлов, например:Fe2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2 Fe∆H = - 854 кДж3 Fe3O4 + 8 Al = 4 Al2O3 + 9 Fe∆H = - 3330 кДж3 K2O + 2 Al = Al2O3 + 6 K∆H = - 590 кДжМетодом алюмотермии производят хром, ванадий, марганец, другие металлы.В органической химии широко используют в качестве катализаторов галогенидыалюминия.
Это легколетучие (кроме фторида) соединения (хлорид алюминиявозгоняется уже при 1800С), бурно реагирующие с водой, поскольку заменяетсяокружение атома алюминия:Al2Cl6 + 6 H2O = 2 [Al(H2O)6]Cl3 + QВ парах и органических растворителях хлориды, бромиды и иодиды алюминиясуществуют в виде димеров с мостиковыми галогенами (см. выше диборан).Одно из распространенных соединений алюминия – боксит Al(OH)3.Растворимость его является функцией рН. При значениях рН < 4,5 в растворепреобладают ионы Al3+, при рН 5-6 в растворе преобладают ионы Al(OH)2+, при рН > 7в растворе преобладают ионы Al(OH)4–.рН осаждения гидроксида алюминия из водного раствора [7]3,3Начало осаждения из 1 М раствора4,0Начало осаждения из 0,01 М раствора5,2Практически полное осаждение (концентрация < 10-5 М)7,8Начало растворения осадка10,8Полное растворение осадкаКонцентрация алюминия в поверхностных природных водах обычно колеблетсяв пределах·10-2·-10-1 мг/дм3, в некоторых кислых водах иногда достигает несколькихграммов в 1 дм3.Ионы алюминия обладают токсичностью по отношению ко многим видамводных живых организмов и человеку.Галлий – один из элементов, подтвердивших правоту Д.И.Менделеева,оставившего в своей таблице пустые клетки для пока неоткрытых элементов:Атомный весУдельный весТемпература плавленияАтомный объемСоединенияЭкаалюминийД.И.Менделеев, 1869около 68около 6ниже 1000С11,5EaCl3, Ea2O3 ...ГаллийЛ.деБуабодран, 187569,75,929,70С11,8GaCl3, Ga2O3 ...В настоящее время широко применяется в электронике (светодиоды и др.) ввиде арсенида галлия.4Галогениды таллия используются в качестве оптических материалов винфракрасной спектроскопии (KRS-5, оранжевые кристаллы состава 42% мольн.
TlBr58% TlI), в приборах ночного видения и т.п.Содержание в живом организме и биологическое действиеЧеловеческий организм “не уважает” элементы IIIА группы: концентрация бораи алюминия в человеке не превышает 10-5% , а галлия, индия и таллия – еще меньше.При этом алюминий – самый распространенный металл в земной коре (8,13% помассе).Алюминий способствует эпителизации кожи и костных тканей, активизируетряд пищеварительных ферментов. В ферментативных процессах Al3+ может замещатьMg2+ и Ca2+ . Избыток алюминия тормозит синтез гемоглобина.Суточная потребность в алюминии взрослого человека 30-50 мг.
Общеесодержание алюминия в суточном смешанном рационе составляет 80 мг. Вповседневной жизни мы получаем его в основном из хлебопродуктов.Чай может содержать алюминия от 20 до 200 раз больше, чем вода, на которойон приготовлен. К источникам алюминия относятся вода, атмосферный воздух,лекарственные препараты, алюминиевая посуда (есть данные, что после термическойобработки в такой посуде содержание алюминия в пище возрастает), дезодоранты и пр.С водой поступает не более 5 - 8% от суммарно поступающего в организм человекаколичества алюминия. Совместный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевымдобавкам установил величину переносимого суточного потребления (ПСП) на уровне 1мг/кг веса.
То есть суточное потребление алюминия взрослым человеком можетдостигать 60-90 мг, хотя на практике редко превышает 35-49 мг и сильно зависит отиндивидуальных особенностей организма и режима питания [8].Токсические свойства соединений бора [9]B2O3H3BO3Температура кипения, 0С1860ПДК (8 часов в сутки), мг/м35103Раздражение глаз и носа, мг/м1504Смертельно за 1 - 3 часа, мг/м370015 г**Разовая доза для взрослогоB2H6-930,1218Токсические свойства металлов IIIА группы [10]AlInTlBr**0Температура кипения, С234820008153ПДК (8 часов в сутки), мг/м20,10,013Смертельно, мг/м>50*35 мг/кг*У рабочих с повышенной чувствительностью при производствепиротехнической алюминиевой пудры в течение года.** Другие соединения таллия имеют близкие физиологические свойства.ПДК алюминия составляет 0,5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –санитарно-токсикологический) [11].5Потенциальная опасность алюминия для здоровьяМетаболизм алюминия у человека изучен недостаточно, однако известно, чтонеорганический алюминий плохо всасывается и большая часть его выводится с мочой.Алюминий обладает низкой токсичностью для лабораторных животных.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
