Николаева Р.Б., Сайкова С.В., Казаченко А.С. Неорганическая химия. Практикум по химии элементов и их соединений (часть 4)

Подождите немного. Документ загружается.

Химические свойства простых веществ

Металлы подгруппы германия относят к среднеактивным: германий в ряду на-

пряжений стоит рядом с водородом ( 000,0)Ge/Ge(E

020

В), а олово и свинец, хо-

тя и имеют отрицательные ОВ потенциалы (значения )M/M(E

020 +

равны -0,136 и –

0,126 B соответственно), но небольшие по величине. Поэтому они легко восстанав-

ливаются цинком (на его грануле, опущенной в раствор их солей, вырастают серые

кристаллы олова и черные – свинца

Более крупные кристаллы Sn можно получить, поставив оловянную палочку в

сосуд, в котором 2 слоя жидкости: нижний слой – концентрированный (подкислен-

ный) раствор

SnCl , а верхний – вода.

В кислом слое происходит частичное растворение оловянной палочки, при

этом она заряжается отрицательно, потому выше (в слое воды) ионы олова(II), диф-

фундирующие сюда из нижнего слоя,

восстанавливаются до

, оседающего на

палочке. И поскольку диффузия ионов

Sn происходит медленно, то обеспечива-

ется медленный рост кристаллов

Sn , в результате чего они образуются большими

(в виде «серебристых ветвей»).

В соответствии со значением )M/M(E

020 +

олово, в отличие от Ge (реагирую-

щего лишь с кислотами-окислителями), взаимодействует со

всеми кислотами, кро-

ме слабых (таких, как уксусная). Причем с

разбавленными

HNO и

SOH

образу-

ются нормальные

соли олова(II), а с концентрированными – осадок

OnHSnO

⋅ . С очень разбавленной HCl получается малорастворимая оснóвная соль

Cl)OH(Sn

, а с концентрированной – комплексное соединение

]SnCl[H

Свинец разбавленными HCl и

SOH пассивируется за счет образования

пленки

малорастворимых осадков

PbCl и

PbSO (поэтому тару для хранения раз-

бавленной

SOH

делают из свинца). Зато Pb растворяется даже уксусной кислотой,

а также разб.

HNO

, конц. HCl и

80%-ной

SOH

, поскольку в ре-

зультате реакций получаются

растворимые продукты:

)COOCH(Pb ,

)NO(Pb , ]PbCl[H

)HSO(Pb соответственно.

Свинец даже с концентри-

рованными щелочами взаимодей-

ствуют очень медленно, а олово –

сравнительно быстро [24]. Это

используется в промышленности

для регенерации олова – снятия его покрытий с жести старых консервных банок (за-

тем Sn выделяют из раствора электролизом).

Если из цинковой пластинки вырезать гладкую «ель» и опустить ее в раствор соли свинца, то вскоре она обрас-

тает темной мохнатой «хвоей» и получается так называемое «сатурново дерево» (свинец в средние века называ-

ли сатурном).

Концентрированная HNO

пассивирует свинец.

Рис. 19. Графические формулы: а) гидроксомостика; б) ок-

сомостика

SnSn

SnOSn

(а)(б)

Свойства оксидов и гидроксидов

Свежеосажденный гидроксид олова(IV), синтезированный обменной реакцией

(например, действием

NH на раствор

SnCl ), достаточно активен – легко растворя-

ется в концентрированных HCl и NaOH (продукты: ]SnCl[H

и ])OH(Sn[Na

соответ-

ственно) и называется

α-оловянной кислотой. Ее состав передается формулой

])OH(Sn[H

Однако уже в момент получения в результате сильного

поляризующего дей-

ствия Sn(IV) идет реакция

внутримолекулярной дегидратации [24, раздел «Халь-

когены»], приводящая к снижению к.ч. олова до 5:

]O)OH(Sn[H

. Как следствие, за

счет стремления Sn(IV) к 6-кратной координации происходит

оляция (образование

гидроксомостиков за счет обобществления ОН-групп соседними молекулами –

рис. 19а).

Оляция (опять же из-за сильного поляризующего действия олова(IV)) сопро-

вождается

оксоляцией (отщепление воды с формированием оксо-мостика –

рис. 19 б). И затем эти процессы повторяются (хотя протекают достаточно медлен-

но

)

до образования координационной решетки оксида

SnO .

По мере осуществления оксоляции снижается реакционная способность гидро-

ксида олова(IV), и при определенной степени дегидратации он перестает раство-

ряться в концентрированных HCl и NaOH, т.е. переходит в т.н.

β-оловянную кислоту.

Ее формулу записывают как

OnHSnO

⋅

, подчеркивая не только неопределенность

состава, но и тот факт, что активность

β-кислоты почти такая же, как диоксида [24].

В отличие от

SnO

, диоксид свинца (коричн. цвета), являясь более оснóвным,

реагирует с концентрированной HCl, образуя на холоду желтую жидкость

PbCl , ко-

торая при об.у. отщепляет

Cl за счет окисляющей способности Pb(IV). Те же конеч-

ные продукты (

PbCl

) получаются при действии HCl на вещества, содержащие

Pb(IV):

OPb (оранж. цвета) и

OPb (сурик, имеющий оранжево-красную окраску).

Отметим, что последние являются не смешанными оксидами, а солями:

PbPbO и

PbOPb

, т.е. мета- и ортоплюмбатами свинца(II), в которых за счет нали-

чия НЭП у ионов Pb(II) связь

O)II(Pb

−

менее прочна, чем

O)IV(Pb −

, и, к тому же,

является более ионной. Как следствие, при действии разбавленной

HNO только

частицы

Pb переходят в раствор (в результате обменной реакции).

За счет наличия НЭП и у других ионов Э(II) подгруппы германия, их оксиды,

имеющие к тому же слоистую решетку, в отличие от

ЭO (с координационной

решеткой), легко реагируют и с кислотами, и со щелочами.

Получение оксидов свинца

Оксид Pb(II) можно получить термическим разложением нитрата или карбона-

та свинца(II), или нагреванием металлического свинца на воздухе не выше 400

С.

При более высокой температуре (450–500

С)

PbO переходит в сурик. Последний об-

разуется и из диоксида

PbO при 400

C (при 300

C получается PbO), поскольку

OPb , являющийся солью (см. выше), устойчивее к отщеплению кислорода, чем

В случае некоторых гидроксидов (например, Fe(III), Zr(IV)) эти процессы идут иногда годами.

Выше 550

C Pb

снова переходит в PbO (?).

PbO . Это можно увидеть также из сравнения потенциалов: 97,0)PbO/OPb(E

= В,

а 45,1)PbO/PbO(E

= В.

Диоксид свинца обычно синтезируют окислением Pb(II) в щелочной среде, в

которой, например, 28,0)PbSO/PbO(E

= В, в то время как в кислой равен 1,68 В.

Однако гипохлорит натрия переводит Pb(II) в Pb(IV) в нейтральной (и даже в

слабокислой) среде:

COOHCHNaClPbOOHNaClO)COOCH(Pb

32223

→++

↓

Особенности солей свинца(II)

Особенностью солей Pb(II) является то, что их кристаллы имеют сильный

блеск. Вследствие этого, например, белый хлорид свинца похож на искристый снег.

(Отметим, что именно добавление PbO к обычному стеклу делает его хрустальным,

т.е. материалом с высоким коэффициентом преломления света.)

Кроме того, соли свинца(II) отличает то, что растворимость их (в частности

PbI ) резко увеличивается при повышении температуры. (Это позволяет получать

при медленном охлаждении горячего раствора

PbI

крупные кристаллы необыкно-

венной красоты, которые называют «химическим золотом».)

Техника безопасности при работе с соединениями свинца

Олово не очень токсично для человеческого организма, но свинец почти так

же вреден, как и ртуть, и тоже накапливается в организме (в костях, печени и поч-

ках)

. Свинец связывается с эритроцитами, поражает десна, кишечник и генный ап-

парат. Отравление им приводит к нервным болезням и слабоумию.

Основная мера предосторожности – избегать попадания соединений свинца на

кожу, а тем более – внутрь организма. С поверхности кожи эти соединения нужно

тщательно смывать водой, а если они оказались в желудочно-кишечном тракте,

то

необходим срочный прием 10%-ного раствора глауберовой соли (

OH10SONa

242

⋅ ),

которая связывает Pb(II) в малорастворимое соединение

PbSO

, а также способству-

ет быстрому выведению его из организма, оказывая послабляющее действие.

Лабораторная работа «ОЛОВО И СВИНЕЦ»

ОПЫТ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЛОВА

Для получения оловянной палочки расплавить кусочки олова в фарфоровой

лодочке на электроплитке, а затем охладить. Какова температура плавления олова?

Легко ли сгибается полученная оловянная палочка? Что происходит при ее сгиба-

нии? Палочку выпрямить и сохранить для дополнительного опыта.

ОПЫТ

2. ПОЛУЧЕНИЕ ОЛОВА И СВИНЦА

Пользуясь данными таблицы стандартных электродных потенциалов, подоб-

рать металл, способный восстановить ионы

Pb и

Sn из растворов их солей. Про-

делать соответствующие опыты с одним из имеющихся в лаборатории металлов, ис-

пользуя соли

)COOCH(Pb и

SnCl .

Его допустимое содержание в человеческом организме колеблется в пределах 10

-6

–10

-12

ОПЫТ З. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОЛОВА И СВИНЦА СО ЩЕЛОЧЬЮ И КИСЛОТАМИ

А. Со щелочью. Проверить растворяются ли олово и свинец в 40% щелочи

при об.у. и нагревании. Отличаются ли простейшие формулы плюмбитов и станнитов

натрия, образующихся в водном растворе и полученных «сухим» путем?

Б. С хлороводородной кислотой. На кусочек олова в одной пробирке по-

действовать разбавленной хлороводородной кислотой, а в другой – концентрирован-

ной. Какова скорость наблюдаемых реакций? Подогреть содержимое обеих пробирок

в пламени спиртовки. Сравнить

скорость взаимодействия и сделать вывод. Каковы

продукты реакций?

В. С азотной кислотой.

В две пробирки поместить по кусочку олова, затем в

одну добавить 0,03М азотную кислоту, а в другую – концентрированную (выше 50%-

ной (мас.)), нагреть пробирки. Что наблюдается? Как определить продукты реакции?

Сохранить осадок во второй пробирке для опыта 4.

Проверить, как относится свинец при комнатной температуре и при нагрева-

нии к кислотам, указанным в пунктах Б и В. Зависит ли его отношение от концентра-

ции кислот? (О нерастворимости свинца делать заключение только

после анализа

раствора на присутствие

Pb с помощью

722

OCrK

в слабокислой среде!)

ОПЫТ

4. СВОЙСТВА α- И β-ОЛОВЯННЫХ КИСЛОТ

К 1 капле раствора соли олова(IV) добавить 10%-ный аммиак до образования обиль-

ного осадка. Быстро (почему?) отобрать в две пробирки по 2 капли полученной сус-

пензии и прилить по 1 мл в одну – 20%-ной щелочи, в другую – конц. HCl. Отметить

наблюдения. Аналогично исследовать отношение к кислоте и щелочи продукта, син-

тезированного в опыте 3В

и объяснить различия.

ОПЫТ

5. ГИДРОЛИЗ ХЛОРИДА ОЛОВА(II)

Несколько кристалликов хлорида олова(II) растворить в возможно малом ко-

личестве воды, прибавляя ее по каплям. Определить с помощью лакмусовой бумаж-

ки, подвергается ли соль гидролизу?

Полученный концентрированный раствор в 10 раз разбавить водой. Что про-

исходит? Как влияет разбавление на степень гидролиза соли? Доказать опытным пу-

тем, что данная реакция является

обратимой.

ОПЫТ

6. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ГИДРОКСИДА ОЛОВА(II) И СВИНЦА(II)

К 0,5 мл свежеприготовленного раствора соли олова(II) добавить по каплям

2 мл 10%-ного аммиака. Отметить наблюдение. Продукт разделить на две пробирки.

В одной пробирке испытать его отношение к 1М хлороводородной кислоте. Во вто-

рую – прилить избыток 1М щелочи (происходит ли растворение осадка?), а затем

добавить 3 капли раствора нитрата висмута(III). Объяснить наблюдаемые явления

Испытать, происходит ли восстановление висмута оловом(II) в кислой среде?

Почему?

Проверить, как меняются кислотные и восстановительные свойства

гидроксидов при переходе от олова(II) к свинцу(II).

ОПЫТ

7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ХЛОРИДА ОЛОВА(II)

А. Восстановление анионов.

1. К подкисленному серной кислотой раствору соли олова(II) добавлять (по

каплям)

перманганат калия. Наблюдается ли изменение окраски?

2. Тот же опыт повторить с

дихроматом калия при нагревании. Отметить на-

блюдение.

3. К 0,5 мл хлорида олова(II) добавить насыщенный раствор сульфита на-

трия. Отметить и объяснить наблюдение.

Б. Восстановление катионов. В две пробирки внести по две капли красной

кровяной соли и затем по одной капле хлорида железа(III). В одну пробирку доба-

вить 0,5 мл хлорида олова(II), а в другую – такой же объем (зачем?) воды. Отметить

внешний эффект. Объяснить наблюдение.

Обосновать протекание реакций (пункты А и Б) на основе ОВ потенциалов ис-

ходных

веществ.

ОПЫТ

8. СВОЙСТВА СОЛЕЙ СВИНЦА(II)

А. Получение хлорида свинца. «Зимний пейзаж». Налить в широкую

пробирку 3 мл насыщенного раствора ацетата свинца и всыпать несколько крупных

кристаллов хлорида аммония. Не перемешивать. Что наблюдается и почему?

Б. Получение и свойства иодида свинца. «Химическое золото». К

0,5 мл ацетата свинца добавлять по каплям иодид калия до образования обильного

осадка (обозначим его осадок 1). Примерно восьмую часть осадка 1 отобрать в дру-

гую пробирку и добавить в последнюю 2 мл иодида калия, перемешать и через

20 мин отметить и объяснить наблюдение.

Половину осадка 1 промыть водой и высушить в сушильном шкафу,

размазав

палочкой по внутренним стенкам пробирки, а затем нагреть в пламени спиртовки.

Наблюдать изменение его цвета, происходящее при нагревании, затем при охлажде-

нии.

В пробирку с оставшимся осадком 1 добавить по 1 мл воды и 1М уксусной ки-

слоты, перемешать и нагреть на кипящей водяной бане до полного растворения

осадка.

Не вынимая пробирки, снять баню с плитки и оставить охлаждаться при

комнатной температуре. Что наблюдается после охлаждения и почему?

ОПЫТ

9. СВОЙСТВА СУРИКА

Насыпать в две пробирки по лопаточке сурика, затем в первую прилить 2 мл

конц.HCl, а во вторую – 2 мл 2М азотной кислоты. Отметить, какие внешние эффекты

наблюдаются, дать им объяснение.

Отделить осадок от раствора во второй пробирке. Доказать присутствие в рас-

творе ионов свинца(II) реакцией с дихроматом калия (в нейтральной среде).

нерастворившейся части сурика добавить 2 мл концентрированной азотной

кислоты и 1 каплю 0,1М нитрата марганца(II), тщательно перемешать и нагреть на

водяной бане. Что наблюдается и почему?

ОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ. ПОЛУЧЕНИЕ КРУПНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОЛОВА.

«О

ЛОВЯННОЕ ДЕРЕВО»

Оловянную палочку, полученную в опыте 1, вставить в широкую пробирку на

20 мл и налить в нее 2 мл дистиллированной воды. Набрать пипеткой 1 мл концен-

трированного раствора хлорида олова(II), подкисленного хлороводородной кисло-

той. Опустить нижний край пипетки на дно пробирки и влить этот раствор так, чтобы

образовалось два слоя жидкости, а палочка находилась

в обоих слоях. Наблюдать

происходящие явления в течение часа. Объяснить их.

Почему, чем выше, тем «ветви ели» получаются короче? Как объяснить, что

(по мере протекания процесса) та часть палочки, которая погружена в нижний слой

жидкости, не только становится тоньше, но и чернеет?

Вопросы к семинару по теме «ПОДГРУППА ГЕРМАНИЯ»

1. Общая характеристика элементов подгруппы германия. Электронное строение.

Характерные степени окисления, координационные числа. Почему в IV группе,

как ни в какой другой, элементам свойственна амфотерность? Приведите фак-

ты, доказывающие некоторую металличность даже углерода и неметалличность

свинца.

Нахождение в природе. Способы получения простых веществ. (Оценить термо-

динамическую возможность восстановления Ge из

GeO с помощью Mg;

H )

Применение. Структура. Используя данные, приведенные в таблице, рассчитать,

какое олово термодинамически более устойчиво при стандартных условиях:

Sn белое Sn серое

H∆ , кДж/моль

0 -2,09

S , Дж/(моль

К)

51,50 44,10

3. Чем обусловлено различие в физических свойcтвах Ge, Sn, Pb? Почему сниже-

ние значений т.пл. от графита к Si ( C2280t

=∆ ) и от Ge к Sn ( C704t

=∆ ) за-

метно больше, чем от Si к Ge ( C484t

=∆ ), а при переходе от Sn к Pb происхо-

дит даже рост т.пл.?

Химические свойства. Отношение к воде, кислотам разной концентрации, щело-

чам. Почему при растворении олова в хлороводородной кислоте образуется

хлорид олова(II), а не (IV)?

Как, не имея других реактивов кроме воды, определить, появляется ли сви-

нец(II) в концентрированной

SOH

после хранения ее в свинцовой таре?

Почему

PbSO растворим в насыщенном растворе ацетата натрия?

Соединения элементов подгруппы германия с другими металлами: соли, метал-

лиды, интерметаллиды, сплавы. Соединения с водородом. Почему герман, в от-

личие от

SiH

, не реагирует при об.у. с водой?

Получение и структура оксидов и гидроксидов элементов в степени окисления

(+2) и (+4). Как синтезировать SnO из

SnONa

? Укажите, какие из следующих

реакций можно использовать для получения SnO (при нагревании):

→+

OSn ; ⎯⎯⎯⎯→⎯

COтокев

)OH(Sn ; ⎯⎯⎯⎯→⎯

воздухена

)OH(Sn ;

⎯⎯⎯⎯⎯⎯→⎯

средеинертнойв

)NO(Sn ; ⎯⎯⎯⎯→⎯

воздухена

OSnC ;

⎯⎯⎯⎯⎯⎯→⎯

средеинертнойв

OSnC ;

→

COSnO

В литературе приводятся данные:

10)SnO(ПР

−

= . Как может выглядеть вы-

ражение ПР для этого вещества? Как перевести SnO и

SnO в растворимые со-

единения?

10.

Почему при получении α-оловянной кислоты из

SnCl используют

NH , а не

NaOH? При дегидратации ])OH(Sn[H

до ]O)OH(Sn[H

снижается к.ч. Изменя-

ется ли при этом валентное состояние ц.а.? Различия в структуре

α-и β-

оловянных кислот. Как осуществить переход

α-оловянной кислоты в β-

оловянную и наоборот?

11.

Какая форма существования: катионная или анионная более характерны для

германия, олова и свинца в ст.ок. (+2) и (+4)? Изменение кислотно-оснóвных

свойств в ряду гидроксидов Ge, Sn и Pb.

12. Почему германиевая кислота сильнее кремниевой? Какие из перечисленных

формул соответствуют гидроксидам германия, олова и свинца(IV):

)OH(Э ;

)OH(ЭO ;

ЭOH ;

ЭOH; ])OH(Э[H

, OnHЭO

⋅

13.

Какие оксиды термически более устойчивы:

GeO или

SnO ; PbO или

PbO ?

Дать графическое изображение простейшей формулы оксидов: PbO,

OPb ,

OPb и

PbO . Каково их отношение к HCl и

HNO ? Определить степень окис-

ления свинца в

OPb . Как доказать, что

PbO

оксид, а не пероксид? Реакции,

протекающие при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора. Где еще ис-

пользуются окислительные свойства Pb(IV)?

14.

Получение и окислительно-восстановительные свойства галидов в ст.ок. (+2) и

(+4). Почему

GeCl образуется из исходных простых веществ лишь при 350

С, а

при 460

С уже разлагается на Ge и

GeCl ?

15.

Объяснить, почему фториды олова(IV) и свинца(IV) более тугоплавки, чем их

хлориды, а также чем фторид германия. Почему соединения состава

ЭCl –

твердые вещества, в отличие от

ЭCl , являющихся жидкостями? Какие из этих

соединений относятся к солям, а какие – к хлорангидридам?

16.

Сравнить по степени гидролизуемости соседние вещества в ряду:

SnCl

SnONa ,

SnONa . Комплексные галиды. Разрушается ли ]PbI[K

при разбав-

лении его раствора? при подкислении? при добавлении

SNa

? Почему?

17.

Свойства

SnCl . Что произойдет, если в раствор хлорида олова(II) опустить

пластинку Zn? Cu? Условия хранения раствора

SnCl .

18.

Вычислить окислительно-восстановительный потенциал системы:

Sne2Sn при 01,0]Sn[

моль/л и 2,0]Sn[

моль/л.

В разбавленных или концентрированных растворах

SnCl сильнее выражены

восстановительные свойства? Влияет ли среда на эти свойства? В какой форме

олово(II) более устойчиво:

SnCl ,

)OH(Sn или

−2

])OH(Sn[ и почему?

19.

Определить, используя величины ОВ потенциалов, в какой реакции достигается

более полное восстановление

а)

3224

CrClSnClCrClSnCl +→+ ;

б)

4234

TiClSnClTiClSnCl +→+ .

20.

В каких условиях можно получить металлический висмут из его соединений, ис-

пользуя олово(II)? Почему? Какое практическое значение имеют восстанови-

тельные свойства Sn(II)?

21.

Могут ли сосуществовать в растворе ионы:

Sn и

Fe ;

Sn и

Fe ;

Pb и

Fe ;

−2

])OH(Sn[ и

−2

])OH(Pb[;

Pb и

−2

])OH(Pb[. Почему снижается стабиль-

ность соединений в ряду:

OPb ,

PbO ,

PbCl ?

22.

Сульфиды элементов в ст.ок. (+2), (+4). Их устойчивость и растворимость. На-

писать реакции взаимодействия

SnS с .)конц(HCl и с

HNO . Сусальное золото,

его химическая устойчивость. Почему тиостаннаты устойчивы, в отличие от

тиостаннитов и тиоплюмбатов? Что общего в реакциях:

3222

SnSNaSNaSnS →+ ;

SH]SnCl[HHClSnS

2622

+→+ ;

SK])OH(Sn[KOHSnS

+→+

−

23. Техника безопасности при работе с соединениями элементов подгруппы герма-

ния. Почему для вывода свинца(II) из организма используется 10%-ный раствор

сульфата натрия?

24.

Дописать реакции:

(1)

→++ OHClSnCl

222

(12)

→

HNOPbO

(2)

→++ NaOHOHNHSnCl

(13)

→+

3232

HNO)NO(MnPbO

(3)

→++ OHCONaSnCl

2322

(14)

→

OHPbS

(4)

→+

HgClSnCl

(15)

→+

+− 2

Sn])CN(Au[

(5)

→+

FeClSnCl

(16) →

SNaSnS

(6)

→+ HClOPb

(17)

→

HNOPbO

(7)

→+

343

HNOOPb

(18) →

SNaPbS

(8)

→+

HNOPbCrO

(что обусловливает протекание

данной реакции?)

(19)

(20)

→

OHSnCl

→

OHSnCl

(9)

→+ NaOHPbCrO

(почему происходит растворениие

хромата свинца(II)?)

(21)

→+

323

HNOPbOCrCl

(10)

→+

HNOPbS

(11)

→+ HClPbO

ЭЛЕМЕНТЫ IIIA ПОДГРУППЫ

История открытия, лабораторные способы

получения простых веществ

Природные соединения бора известны с раннего Средневековья, главным об-

разом бура (кристаллогидрат тетрабората натрия

OH10OBNa

2742

⋅

). Ее использовали

для умягчения воды

, а также при пайке металлов

, чаще серебра и золота (поэтому

называли «клеем золота»).

В 1702 г., прокаливая буру с железным купоросом, получили борную кислоту

(которая нашла применение в медицине в качестве успокаиващей «

соли», а то, что

это

кислота, установили позже и дали ей название «борная» - производное от сло-

ва «бура»). И только в 1808 г. Ж. Гей-Люссак, обезводив предварительно борную ки-

слоту, из полученного ангидрида выделил

свободный B нагреванием с металличе-

ским калием в медной трубке (его название произошло от названия кислоты).

Бор в современной лаборатории получают сплавлением его прокаленного ок-

сида с магнием. Образующиеся при этом оксид и борид магния удаляются из продук-

та обработкой хлороводородной кислотой

. Полученный таким способом B содержит

до 30% примесей, например, соединений бора с металлами, а также с кислородом.

С последним он дает очень

прочные связи (стабилизированные )pp(

−

π –

перекрыванием), поэтому при нагревании на воздухе B (бурый порошок) легко пере-

ходит в оксид (белого цвета).

Соединения алюминия, в частности

квасцы (что значит «кислый») или по-

латински «алюмен» (отсюда название «алюминий») известны издревле (V век до

н.э.). Это двойные соли состава

OH12)SO(MAl

224

⋅

, где M – ЩМ или аммоний.

Их применяли (и применяют до сих пор) для протравливания тканей

, как ду-

бящие вещества при выделке кожи, в медицине в качестве прижигающего средства,

так как, гидролизуясь в водных растворах (по катиону

Al ), они создают кислую

среду (отсюда их название).

(Образуются квасцы при сливании растворов

SOM и

342

)SO(Al (в эквимо-

лярном соотношении). При этом выпадают кристаллы октаэдрической формы, отли-

чающиеся от кристаллов исходных солей.)

В 1754 г., действуя на квасцы щелочью, получили оксид алюминия, названный

«алюмина». В 1782 г. Лавуазье предположил, что это соединение

неизвестного ме-

талла. В начале XIX века Дэви безуспешно пытался восстановить его из оксида элек-

тролизом (после того, как применил этот новый метод для выделения ЩМ).

И лишь в 1825 г. задачу решил Х. Эрстед, причем химическим способом. Про-

пустив хлор через раскаленную смесь глинозема и угля, он синтезировал безводный

хлорид алюминия, из

которого восстановил Al амальгамой калия. А затем разложил

В водных растворах бура гидролизуется с образованием ионов: HB

, OH

и Na

Бура с оксидами металлов на их поверхности образует соли (например, MB

), которые плавятся при гораздо

более низкой температуре, чем соответствующие оксиды, поэтому поверхность металла очищается.

При действии HCl на бориды магния выделяется смесь бороводородов, которые способны самовоспламеняться

на воздухе.

Использование растворов квасцов при крашении придает краскам ткани яркость, поэтому предполагают, что

слово «алюмен» образовалось от слова «люмен» - «свет», «яркость».

полученную амальгаму

алюминия, отогнав ртуть нагреванием. Этот способ был

очень дорогим (и к тому же, вредным), да и Al оказывался сильно загрязненным

(внешне похожим на олово).

Достаточно чистый и блестящий алюминий получил Дэвиль в 1855 г. взаимо-

действием натрия со смесью NaCl и

AlCl (синтезированного из глинозема). Но это

был тоже очень дорогой метод, поэтому Al ценился выше золота.

Перелом в истории алюминия наступил в 1886 г., когда его стали восстанавли-

вать

электролизом расплава смеси 6-8%

OAl и 92-94% криолита ]AlF[Na

. Этот

способ применяют и в современном производстве Al, а в лаборатории используют го-

товый (реактивный) металл в виде гранул или порошка.

Если соединения бора и алюминия были известны давно, то их аналоги откры-

ты сравнительно недавно: индий и таллий – в 1863 г. по линиям спектра соответст-

венно синей и зеленой. Поэтому их

названия образовались от слов «индиго» (синяя

краска) и «таллос» (что по-гречески значит «молодая зеленая ветвь»). Галлий был

предсказан Д.И. Менделеевым в 1871 г., а открыт 4 года спустя Буабодраном и на-

зван в честь Франции («Галиа» по-латински).

Химические свойства алюминия

Алюминий проявляет в основном восстановительные свойства, имея низкий

ОВ потенциал (66,1)Al/Al(E

030

−=

В), а в щелочной среде еще ниже

(35,2)Al/)OH(Al(E

−=

−

В)

. Он более сильный восстановитель, чем бор, не только

с позиции термодинамики (87,0)B/BOH(E

−= В), но и кинетики – вследствие

меньшей энергии кристаллической решетки простого вещества (т.пл.(Al)=660

С, а

т.пл.(В)=2300

С), и за счет более низких потенциалов ионизации (значения

I равны

6,0 эВ и 8,3 эВ соответственно).

Термодинамически обусловлено взаимодействие алюминия и с водой, и с ки-

слородом воздуха: 47,1)Al/)OH(Al(E

−= В, 1582)OAl(G

32f

−

∆

кДж/моль. Но при

обычных условиях эти реакции не идут вследствие образования на поверхности ме-

талла

плотной оксидной пленки.

Однако взаимодействию с более кинетически активными реагентами – галоге-

нами, эта пленка не мешает (правда, к смеси порошков Al и

I приходится добавлять

каплю воды, чтобы инициировать процесс).

Кроме того, несмотря на оксидную пленку, алюминий легко вытесняет другие

менее активные металлы из водных растворов их солей, причем скорость реакции

зависит от природы аниона соли. В частности, медь вытесняется алюминием значи-

тельно быстрее из хлоридных растворов, чем из сульфатных, поскольку в присутст-

вии хлорид-ионов происходит разрыхление поверхностной пленки до коллоидного

состояния. (По этой же причине коррозия металлов в морской воде идет гораздо ак-

тивнее, чем в обычной.)

Оксидная пленка алюминия легко реагирует со щелочами, а также с

разбав-

ленными кислотами, поэтому и металл в них растворяется. Напротив, при действии

на алюминий

сильных окислителей, например конц.

HNO или конц.

SOH , пленка

утолщается (с 0,01 мкм до 30 мкм) и глубже процесс практически не идет.

Амальгама – это растворы металлов в ртути.

Поэтому рекомендуют мыть алюминиевую посуду, протирая ее уксусной кислотой, а не содой.