Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 66
Текст из файла (страница 66)
В диборане ВзН6 бор находится в состоянии зр'-гибридизации, причем у каждого атома бора одна из четырех гибридных орбиталей пуста, а три другие перекрыты э-орбиталями атомов водорода. Связи между группами ВНз в молекуле В2Н6 образуются по типу водородной связи за счет смещения электронной плотности от одного атома водорода группы ВНз к пустой орби- тали другой группы ВН8.
Известны и другие бораны, которые можно представить двумя рядами В,Н,~4 и В„Н,~.м Борнды юметаллов химически активны и часто используются для получения смеси боранов при обработке кислотами, Большинство боридов и'- и 1-металлов жаростойки, очень тверды, химически устойчивы.
Их широко используют непосредственно в виде сплавов для изготовления деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин. Некоторые бориды применяют для изготовления катодов электронных приборов. А л ю м и н и й. Электронная конфигурация атома алюминия выражается формулой !з'28'2р636'Зр'. На внешнем электронном слое атома есть один неспаренный электрон: Поэтому алюминий может проявлять валентность, равную единице. Однако эта валентность для алюминия не характерна. Во всех устойчивых соединениях степень окисления алюминия равна +3.
Валентность, равная трем, отвечает возбужденному состоянию атома А1: По своей распространенности алюминий занимает четвертое место среди всех элементов (после О, Н и 51) и является самым распространенным в природе металлом. Основная масса алюминия сосредоточена в алюмосиликатах: полевых шпатах, слюдах и др. Алюминий — серебристо-белый легкий и чрезвычайно пластичный металл, обладающий высокой теплопроводностью и электрической проводимостью. Алюминий химически активен; с хлором и бромом он реагирует при комнатной температуре, а с иодом — при нагревании или в присутствии воды как катализатора.
При 800'С алюминий взаимодействует с азотом, а при 2000 'С вЂ” с углеродом. Алюминий проявляет высокое химическое сродство к кислороду (Лбздз = = — [582 кДж/моль): 2А) + 1 — Оз = А(зОз, ЛНззз = — 1660 кдж,змоль. з 2 На воздухе алюминий покрывается очень прочной тончайшей ([О ь м) оксидной пленкой, которая несколько ослабляет металлический блеск алюминия. Благодаря оксидной пленке поверхность алюминия приобретает высокую коррозионную стойкость.
Это прежде всего проявляется в индифферентности алюминия к воде и водяному пару. Вследствие образования защитной пленки алюминий устойчив по отношению к концентрированным азотной и серной кислотам. Эти кислоты на холоду пассивируют алюминий. Склонность к пассивированию позволяет повышать коррозионную стойкость алюминия путем обработки его поверхности сильными окислителями (например, К7СгзОз) или с помощью анодного окисления. При этом толщина оксидной пленки возрастает до 3 !О ' м. При высоких температурах прочность защитной пленки резко снижается. Если механическим воздействием снять оксидную пленку, алюминий становится крайне реакционноспособным. Он энергично взаимодействует с водой и водными растворами кислот и щелочей, вытесняя водород и образуя катионы или анионы.
Взаимодействие алюминия с растворами кислот протекает по уравнению реакции А(+ 6НзО + ЗН+ = [А((НзО) з)'4 -1- 1 — Нз 1 2 а с растворами щелочей 1 А1+ ЗНзО+ ОН = [А)(ОН)0 + 1 — Нз 2 Катионы и анионы алюминия легко переходят друг в друга при изменении рН раствора: [А)(НзО)з)'"+ 40Н = [А)(ОН)з] + 6НзО [А)(ОН),) + 4Н ' + 2НзО = [А1(Н О)з)з' В растворе могут образовываться и смешанные соединения, например [А! ( Н20)з (ОН) 1'4, [А! (НоО)з (ОН) 71+, [А! (Н70) л(ОН) л].
Последнее легко (особенно при нагревании) дегидратируется и переходит в гидроксид А! (ОН) з.. [А1(НзО)з(ОН)з! = А1(ОН)з + ЗНзО Широчайшее применение алюминия в технике основано на его ценных физических и химических свойствах и большой распространенности в земной коре. Вследствие высокой электрической проводимости (4 [О ' Ом ' см ') и малой плотности он 267 используется для изготовления электрических проводов.
Высокая пластичность алюминия позволяет изготовлять из него тончайшую фольгу, которую применяют в конденсаторах и заменяют алюминием свинец в оболочках кабелей. Из-за ненамагничиваемости сплавы алюминия применяются в радиотехнике. Основная масса алюминия используется для получения легких сплавов — дуралюмина (94~г~ А1, остальное Сц, Мд, Мп, ге и 51), силумина (85 — 90 Щ А1, !Π— !4 Я 51, остальное На) н др.
Алюминий применяется, кроме того, как легирующая добавка к сплавам для придания им жаростойкости. Алюминий и его сплавы занимают одно из главных мест как конструкционные материалы в самолетостроении, ракетостроении, машиностроении н т. п. Коррозионная стойкость алюминия (особенно анодированного) значительно превосходит коррозионную стойкость стали. Поэтому его сплавы используются как конструкционные материалы и в судостроении. С Ы-элеметами алюминий образует химические соединения — интерметаллиды (алюминиды); %А1, Н!зА1, СоА! и др., которые используются в качестве жаропрочных материалов.
Алюминий применяется в алюминотермии для получения ряда металлов и для сварки термитным методом. Алюминотермня основана на высоком сродстве алюминия к кислороду. Например, в реакции, протекающей по урав- нению 8А! + ЗгезО~ = 4А00з + эге выделяется около 3500 кДж теплоты и развивается температура до 3000 'С. Оксид алюминия известен в виде нескольких модификаций. Наиболее устойчивой является п-А1,Оь Эта модификация встречается в земной коре в виде минерала корунда, из которого готовят шлнфовальные.диски и наждачные порошки. Применение корунда в качестве абразивного материала основано на его высокой твердости, уступающей лишь твердости алмаза, карборунда 5)С и боразона ВМ.
Сплавлением АЬОз с Сг~Оз получают искусственные рубины. Из них изготовляют опорные камни в точных механизмах. В последнее время искусственные рубины применяют в квантовых генераторах (лазерах). Изделия из АЬОз используют как огнеупоры и диэлектрики. Гидрокснд алюминия А1(ОН) з — полимерное соединение. Он имеет слоистую кристаллическую решетку. Каждый слой состоит из октаэдров А1(ОН)ь (рис. 1Х.10); между слоями действует водородная связь.
Получаемый по обменной реакции гидроксид алюминия — студенистый белый осадок, хорошо растворимый в кислотах и щелочах. При стоянии осадок «стареет» и теряет свою химическую активность. При прокаливании гидроксид теряет воду и переходит в оксид АЬОм Одна из форм дегидратированного гидроксида — алюмогель используется в технике в качестве адсорбента. Чрезвычайно большой интерес представляют соединения алю- миния — цеолиты, относящиеся к алюмосиликатам. Их состав может быть выражен общей формулой Ме„Э„О,„° пНзО, где Ме — Са илн Ма (реже Ва, Яг, К); Э вЂ” 3! и А) в переменном соотношении. В кристаллах цеолитов имеются каналы, в которые могут внедряться молекулы НзО.
Содержание воды в неолитах колеблется в широ- Рис.!х.10. струнтура слоя, образованиях пределах в зависимости от ного онтаздрннескнми структурнммн давления водяного пара. Цео- едииинами АВ,, соединением АВ, литы способны обменивать содержащуюся в них воду на другие жидкости (спирт и т. п.). При осторожном нагревании вода из цеолнтов постепенно удаляется.
Но даже полное обезвоживание не приводит к разрушению кристаллов цеолитов. Катионы Са'+ или (з1а+ в цеолитах образуют диффузионный слой; они не закреплены в кристаллической решетке, а вместе с водой располагаются в пустотах кристалла. Это объясняет наличие у цеолитов важных для технических целей катионообменных свойств. Возможность замены одних катионов другими позволяет применять цеолиты в качестве ионообменников.
Ряд искусственных цеолитов используется в качестве так называемых молекулярных сит. Кристаллы последних характеризуются наличием узких каналов диаметром от 3 ° 10 '" до 13 !О " м. Молекулярные сита поглощают вещества, молекулы которых могут войти в эти отверстия, Нап(~имер, молекулярное сито с диаметром отверстия 3,5 10 ' м может поглощать молекулы Нз, Оз, 1к1з, но не поглощает более крупные молекулы СН, или Аг.
С помощью молекулярных сит можно разделить углеводороды, производить осушку газов н т. п. Галлий, индий н таллий в виде простых веществ— легкоплавкие серебристо-белые металлы. Физические и химические свойства Оа, !и и Т( заметно отличаются от свойств А1, несмотря на сходство электронной структуры внешнего энергетического уровня атомов рассматриваемых элементов. Здесь, видимо, сказывается разница в электронной структуре предвиешнего энергетического уровня атомов А!: (и — 1) дз (и — 1) ра с одной стороны и атомов Оа, !п и Т! — с другой: (а — !) д'(я — 1)р'(и — 1)д".
Степень окисления галлия и индия в устойчивых соединениях равна +3. Для таллия более характерна степень окисления + !. Соединения галлия, в которых степень окисления металла равна +3, являются сильными окислителями. Галлий имеет широкий температурный интервал существования жидкого состояния. Низкая температура плавления (около 269 $1ХЛ. СВОЙСТВА р-ЭЛЕМЕНТОВ )Ч ГРУППЫ К р-элементам 1ьг группы периодической системы Д. И. Менделеева относятся углерод С, кремний Б), германий Ое, олово Вп' и свинец РЬ. Электронная конфигурация атомов ...аз~ар~. Ниже сопоставлены некоторые константы, характеризующие свойства атомов С, Б), Ое, Яп и РЬ н соответствующих простых веществ: 5~ 0,134 о» 0,139 эп 0.158 рь 0,175 Радиус атома, нм Энергии ионизапии Э" -Ээ, эв Радиус иона Эгэ, нм . Радиус нона Э'т, им .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
