Строение атомов, физические и химические свойства элементов IIIA группы

Некоторые физические характеристики атомов элементов IIIA группы и образуемых ими простых веществ представлены в таблице 17.

 

Таблица 17. Сравнительные характеристики некоторых физических свойств атомов элементов IIIA группы и образуемых ими простых веществ

 

Символ элемента	B	Al	Ga	In	Tl
Орбитальный радиус атома, нм	0,097	0,143	0,139	0,166	0,171
Первая энергия ионизации, кДж/моль Э0 – ē → Э+1	805,5
Относительная электроотрицательность	2,01	1,47	1,82	1,49	1,44
Плотность простого вещества, образуемого элементом, г/см3	1,73	2,7	5,9	7,31	11,83
Температура плавления простого вещества, оС
Относительная электропроводность	полупро-водник

 

Как следует из данных, представленных в таблице 17, в группе сверху вниз наблюдается увеличение радиуса атомов элементов, уменьшение энергии ионизации и относительной электроотрицательности, возрастание металлических свойств.

Особенно заметно эта закономерность прослеживается при переходе от бора к алюминию. Для последующих трех элементов изменение вышеперечисленных характеристик носит менее выраженный характер и является более сложным.

Это объясняется тем, что Ga, In и Tl в периодической системе элементов располагаются непосредственно после семейств d-элементов. Поэтому на их свойствах в значительной степени сказывается эффект d-сжатия. На свойства Tl в отличие от двух других элементов дополнительное влияние оказывает и эффект f-сжатия.

Атомы всех элементов IIIA группы содержат на внешнем электронном слое 3 электрона (два спаренных и один неспаренный). Его строение можно представить следующим образом:

 

 

Бор отличается от остальных элементов группы тем, что у него на внешнем электронном слое отсутствует d-подуровень

 

2s

В

 

В невозбужденном состоянии все элементы IIIA группы имеют на внешнем электроном слое один неспаренный электрон. В возбужденном состоянии за счет распаривания электронной пары s-подуровня число неспаренных электронов увеличивается до трех. Так как почти все элементы данной группы являются металлами (кроме бора), то в соединениях они проявляют положительную степень окисления: +1 (в невозбужденном состоянии) или +3 (в возбужденном состоянии).

Следует отметить, что устойчивые соединения элементов со степенью окисления +1 можно получить только для таллия.

Аналогичные соединения Ga и In получают косвенным путем, они являются неустойчивыми и проявляют ярко-выраженные восстановительные свойства. Соединения Al и B со степенью окисления +1 не получены.

Бор отрицательную степень окисления проявляет редко и главным образом в соединениях с наиболее активными металлами: щелочными, щелочноземельными. Большинство его боридов с металлами не являются стехиометрическими соединениями и в них в значительной мере проявляется металлический характер связи.

Характерной особенностью элементов IIIA группы является то, что координационной число три для них в соединениях мало характерно. Все они склонны к образованию дополнительного количества химических связей по донорно-акцепторному механизму, выступая в роли акцептора электронной пары. Причем для бора координационное число в большинстве соединений равно 4, для остальных элементов группы может принимать и другие значения, например 5 или 6.

Вследствие этого многие бинарные соединения элементов IIIA группы имеют полимерную структуру.

С кислородом элементы IIIA групп образуют оксид состава Э₂О₃. Все они являются твердыми веществами полимерного строения, плохо растворимы (В₂О₃) или не растворимы в Н₂О. В группе сверху вниз кислотные свойства данного оксида уменьшаются, а основные возрастают.

Так, например, В₂О₃ является кислотным оксидом, Al₂O₃, Ga₂O₃ и In₂O₃ – амфотерными оксидами, а Tl₂O₃ – основным оксидом.

В отличие от всех остальных элементов таллий при непосредственном взаимодействии с О₂ может образовать оксид Tl₂O, обладающий ярко-выраженными основными свойствами. Он растворяется в Н₂О с образованием щелочи TlOH.

Элементы IIIA группы образуют гидроксиды Э(ОН)₃, обладающие амфотерными свойствами. Исключение составляет гидроксид бора, являющийся кислотой H₃BO₃ и гидроксид таллия (III), проявляющий только основные свойства.

Борная кислота H₃BO₃ в холодной воде растворяется плохо, гидроксиды остальных элементов в Н₂О не растворяются.

Оксиды и гидроксиды элементов IIIA группы являются полимерными соединениями по своему строению.

В чистом виде борная кислота H₃BO₃ является белым кристаллическим веществом, плохо растворимым в воде. Это одноосновная слабая кислота. В отличие от обычных кислот ее кислотные свойства обязаны не отщеплению протона от молекулы, а присоединению гидроксид-ионов.

 

B(OH)₃ + HOH → [B(OH)₄]^– + H⁺

 

Молекулы борной кислоты способны вступать между собой в реакции поликонденсации, образуя многочисленные полиборные кислоты, например Н₂В₄О₇ (тетраборная кислота).

С водородом элементы IIIA группы образуют гидриды RH₃, которые имеют полимерное строение (RH₃)_n. Их как правило получают косвенным путем, за исключением гидридов бора или боранов. Простейшее водородное соединение бора ВН₃ (боран) при обычных условиях не существует. Это объясняется координационной ненасыщенностью атомов бора в нем. Для увеличения координационного числа бора молекулы борана способны соединяться друг с другом с образованием многочисленных полимерных форм, простейшей из которых является диборан В₂Н₆.

Большинство боранов на воздухе самовоспламеняются и сгорают с выделением большого количества теплоты. Это позволяет использовать их в качестве ракетного топлива.

В виде простых веществ алюминий, галлий, индий и таллий являются легкоплавкими серебристо-белыми металлами.

Бор является кристаллическим твердым веществом черного цвета с атомной кристаллической решеткой. Обладает полупроводниковыми свойствами. Бор способен активно поглощать нейтроны, поэтому его широко используют в ядерной энергетике как замедлитель ядерных процессов.

Из всех известных веществ галлий имеет самый большой температурный интервал жидкого состояния: 30^оС – 2247^оС.

Это позволяет использовать его в качестве жидкости в термометрах, предназначенных для измерения высоких температур.

⇐ Предыдущая26272829303132333435Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: