Неорганическая химия. Т. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова (975564), страница 15
Текст из файла (страница 15)
4.2), амфотерные свойства оксидов и гидроксидов смещаются в сторону ббльшей основности, гидролиз аквакатионов ослабевает. Так, значение рХ, процесса (М(Н70)е] + Н70 Ф~ (М(Н70)в(ОН)] '+ Н70' для А1 равно 5, для Оа — 3, для 1п — 4, для Т1 — 1. Химия индия и особенно галлия вообще очень близка химии алюминия. Соединения этих металлов в низших степенях окисления (Оа,О, Оаэи, 1пС1, 1п(1пСЦ и др.) в водных растворах диспропорционируют: 31пС1 = 1пС1, + 21п. Для таллия состояние +1, напротив, является наиболее устойчивым вследствие инертности электронной пары б~. 4.2.
НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ. ПОЛУЧЕНИЕ Бор сравнительно мало распространен в земной коре (9 1Ое мас. %), где он встречается в виде кислородных соединений: боратов и боросиликатов. От названия одного из них — буры 1х]а,В407 10Н,О (лат. Ьогах) — и происходит название элемента.
Алюминий по содержанию в земной коре (8,3 мас.%) занимает третье место, уступая только кислороду (45,5 мас.%) и кремнию (25,7 мас.%). Алюминий — наиболее распространенный металл, его важнейшими рудами и минералами являются бокситы А!707 2Н70, коруцд А]70, и нефелин ]х)а,К(А(Я04]4, также он входит в состав полевых шпатов, слюд, глин и др. ' О релятивистском эффекте смс Руу/схо' Р.
// Сьев. йет. 1988. У. 88. Р. 563; Ряеег К.К. // Аее. СЬет. Км. 1979. У. 12. Р. 27!. 70 Галлий (4,6 10 4 мас.%), индий (2 1О ~ мас.%) и таллий (8 10 7 мас.%) относятся к редким элементам. Вследствие близости ионных радиусов галлий сопутствует алюминию в бокситах, а таллий — калию в алюмосиликатах. Аморфный бор, сильно загрязненный боридами металлов, получают металлотермическим восстановлением оксида или обезвоженной буры: ВгО + ЗМ8 = 2В + ЗМяО Более чистый продукт образуется при восстановлении летучих соединений бора водородом на нагретой до 1150 'С танталовой проволоке: 2ВВгз + ЗНг = 2В + 6НВгТ или при нх термическом разложении: 2В1з — + 2В+ 31зТ Из бокситов алюминий выделяют методом электролиза.
Предварительно боксит А1,0, 2Н,О растворяют под давлением в горячем растворе ХаОН. Образовавшийся гидроксоалюминат Ха[А1(ОН)4(НзО)2] растворим в воде, его отделяют фильтрованием от гидроксида железа и других нерастворимых примесей. Далее в раствор пропускают СО, и вносят затравку для получения кристаллического, хорошо фильтрующегося гидроксида алюминия А1(ОН)„который затем обезвоживают. Полученный оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите ХазА1рь. Криолит синтезируют по схеме 12Нг + 2А1(ОН)з + ЗХазСОз = 21ЧазА1рг[ + 9Н20 + ЗСО2'Т Эвтектический расплав А1,0,— Ха,А1рм проводящий электрический ток, подвергают электролизу с графитовым анодом при температуре около 930 'С.
Катодом служит стальной корпус электролизера, на котором выделяется жидкий алюминий (г = 660 'С). Плотность жидкого металла оказывается больше плотности расплава, поэтому он собирается на дне электролизера. Под действием выделяющегося кислорода графитовый анод выгорает, при этом образуется значительное количество вредных веществ — углекислого и угарного газов, углеводородов и их фторпроизводных. На производство 1 т металла расходуется около 550 кг анода. Несмотря на это, другого (более удобного) материала для анода пока не найдено. Алюминий чистоты 99,9999% (и выше)„необходимый для электроники, получают методом химического транспорта.
Галлий, индий и таллий вьщеляют электролитически из обогащенных растворов их солей, полученных как побочные продукты при переработке алюминиевых, цинковых и свинцовых руд. Галлнй является побочным продуктом в производстве алюминия. Прн щелочной обработке боксита галлнй в форме галлатов переходит в раствор, который подвергают электролизу. Сверхчистый металл получают дальнейшей химической обработкой, кристаллизацией н зонной плавкой.
Индий вьщеляют зяектролнзом растворов после первичного концентрирования н отделения других элементов, в первую очередь свинца н цинка. Полученный злектролнзом технически чистый таллнй очищают растворением металла в разбавленной серной кислоте. Это позволяет избавиться от примесей свинца, германна„мышьяка, селена, Дальнейшая очистка достигается злектролнзом 71 Т)з804 в разбавленной серной кислоте и переплавкой металлического таллия в водороде при 380'С. Бор и его соединения применяются в производстве терморезисторов, полупроводниковых счетчиков тепловых нейтронов.
Бор является основой нейтронопоглощающих материалов, входит в состав сплавов, абразивов, стекол, эмалей, керамики. Алюминий по объему производства занимает одно из первых мест среди металлов (мировое производство 20 млн т в год) благодаря легкости (плотность 2,7 г/смз), прочности и устойчивости на воздухе. Алюминиевые сплавы (дуралюмин, силумин, авиаль) с высокими прочностными, жаростойкими, антикоррозионными характеристиками широко используют в авиационной и космической технике, автомобиле- и судостроении, а также для изготовления химической аппаратуры, электрических кабелей. Алюминиевую фольгу (толщиной до 0,5 мкм) используют как упаковочный материал в пищевой промышленности и фармакологии. В последнее время достойную конкуренцию известным полупроводникам (кремнию и германию) составляют новые полупроводниковые соединения типа Ап'В" — ингриды, фосфиды и арсениды А1, Оа, 1п.
Их применяют в качестве транзисторов, преобразователей электрической энергии в световую (лазеры, люминесцентные источники света), термои фотоэлектрических генераторов. Из галогенидов таллия изготавливают фото- диоды. Использование галлия ограничено по причине его токсичности. 4.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Свойства простых веществ представлены в табл. 4.3. Бор — тугоплавкий диамагнитный порошок черного (кристаллический) или бурого (аморфный) цвета, плохой проводник тепла и электричества. Алюминий, галпий, индий и таллий — серебристые металлы с характерным блеском и высокой электро- и теплопроводностью.
При хранении на воздухе таллий быстро темнеет, так как покрывается пленкой оксида. Таблица 4.3 Свойства простых вешеств ' Для о-ромбоэлрического бора. "Для полуреакиии НрВОз+ ЗН'+ Зе = В(тв.) + ЗН,О 72 Рис. 4.2. Икосаэдр Вп и часть слоя бесконечной трехмерной решетки а-ромбоэдрического бора (а); фрагмент структуры р-ромбоэдрического бора (б) (показан центральный икосаэдр Вп, находящийся в икосаэдре из икосаэдров; все они, за исключением одного, показаны лишь частично) Кристаллический бор построен нз икосаэдров — двадцатигранников, образованных двенадцатью атомами бора. Бор образует несколько модификаций, которые отличаются способами пространственного расположения и сочленения икосаэдров (рис.
4.2). Каждая вершина икосаэдра принадлежит пяти треугольникам, связанным общими сторонами, и характеризуется осью симметрии пятого порядка. Наличие такой симметрии не обеспечивает плотной упаковки в кристалле, поэтому в структуре бора имеются большие пустоты, где могут дополнительно размещаться атомы как самого бора, так и другого элемента. Даже в самой плотной а-ромбоэдрической модификации занимаемый атомами бора объем составляет всего 37%, что вдвое меньше, чем в плотнейшей шаровой упаковке. Структура а-ромбоэдрического бора (рис.
4.2, а) составлена из икосаэдров Вп, образующих слабоискаженную кубическую упаковку. Межатомные расстояния  — В изменяются от 0,147 до 0,203 нм, Каждый икосаэдр соединяется с шестью соседними, образуя слой. Отдельные слои объединены в объемную структуру так, что каждый икосаэдр дополнительно соединен шестью связями с тремя верхними и тремя нижними икосаздрам и. Большая энергия связей  — В (28б кДж/моль) между икосаэдрами определяет высокие значения твердости, температуры и энергии фазовых переходов (см. табл. 4.3), а также химическую инертность кристаллического бора. Каждый атом бора в икосаэдре имеет пять ближайших соседей, расположенных от него на равном расстоянии.
Однако для образования пяти двухцентровых двух- электронных связей атому В не хватает электронов. Из общего числа валентных электронов (3 12 = 36) для образования 13 одинарных связей  — В требуется 26 электронов. Оставшиеся 10 электронов участвуют в образовании связей между отдельными икоса- 73 эдрами. Из иих шесть электронов участвуют в образовании шести двухцеитровых двухэлектронных связей с привлечением шести электронов от шести соседних икосаэдров. Эти связи, направленные вдоль осей пятого порядка, самые прочные и короткие (0,147 им).
Оставшиеся четыре валентиых электрона принимают участие в образовании шести трехцеитровых двухэлектрониых связей с шестью соседними икосаэдрами того же слоя (6 2/3 = 4). Каждая такая связь возникает между экваториальными атомами бора: одним из данного икосаэдра и двух соседних икосаэдров того же слоя. Именно эти самые длинные (0,203 им) и непрочные связи определяют низкую термическую устойчивость и-ромбоэдрической модификации бора. В 0-ромбоэдрической модификации (рис. 4.2, б) центральный икосаэдр Вп окружен несколькими икосаэдрами. Кристаллический бор и многие его соединения (бориды, бораны) относятся к числу электронодефнцитных, так как содержащихся в них валентных электронов недостаточно для образования двухценгровых двухэлектронных связей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
