p1-prvky
Martin Dojiva
Obecná charakteristika do té ), galium této skupiny patř patří bor (B), hliní hliník (Al (Al), (Ga), Ga), indium (In) a thallium (Tl) Tl) elektronová elektronová konfigurace valenč valenční vrstvy je ns2np1 s výjimkou boru jsou ostatní ostatní prvky kovy maximá maximální lní oxidač oxidační číslo je III, jehož jehož stá stálost klesá klesá s protonovým číslem, naopak s protonovým číslem roste stabilita ox. ox. čísla I s protonovým číslem také také roste zá zásaditost jejich oxidů oxidů
1
Bor – B je pomě poměrně rně vzá vzácný, vyskytuje se pouze ve slouč sloučeniná eninách, nejč nejčastě astěji v boritanech a borosiliká borosilikátech bor existuje v ně několika modifikací modifikacích, jejich zá základem je ikosaedr B12 jedná jedná se o polokov chemickými vlastnostmi se podobá podobá křemí emíku (diagoná (diagonální lní podobnost) s hydroxidy reaguje až až při 500 °C; s neoxidují neoxidujícími kyselinami nereaguje, s oxidují oxidujícími pouze za horka
Výroba boru elektrolýzou roztavených boritanů boritanů metalotermicky redukcí í oxidu borité redukc boritého hořč hořčííkem B2O3 + 3 Mg 2 B + 3 MgO všechny metalotermické metalotermické reakce jsou prová provázeny uvolně uvolněním velké velkého množ množství ství tepla velmi čistý bor se př připravuje redukcí redukcí bromidu borité boritého vodí vodíkem, reakce probí probíhá na tantalové tantalovém vlá vlákně kně při 1000 °C velmi čistý bor lze př připravit také také termickým rozkladem BI3
Sloučeniny boru nikdy neobsahují neobsahují ionty B3+ za lab. lab. teploty reaguje bor pouze s fluorem, s kyslí kyslíkem pouze na povrchu spalová spalováním boru na vzduchu vzniká vzniká oxid boritý (B2O3) a nitrid boritý (BN) za vysoké vysoké teploty reaguje s vě většinou prvků prvků, s výjimkou H, Ge, Ge, Te a vzá vzácných plynů plynů, se kterými nereaguje př přímo
2
Kyslíkaté sloučeniny boru Oxid boritý – B2O3 bezbarvá bezbarvá, sklovitá sklovitá látka, s vodou reaguje za vzniku kys. kys. borité borité; př připravuje se žíháním kys. kys. borité borité Kyselina boritá boritá – H3BO3 bílá, šupinová upinová, krystalická krystalická látka, rovinné rovinné molekuly jsou propojeny vodí vodíkovými mů můstky; velmi slabá slabá jednosytná jednosytná kyselina; použ používá se v oč očním lé lékař kařství ství a jaderné jaderném prů průmyslu H3BO3 + 2 H2O [B(OH)4]– + H3O+ Oktahydrá Oktahydrát tetraboritanu disodné disodného (borax) – Na2[B4O5(OH)4]·8H2O nejvýznamně nejvýznamnější sůl boru; použ používá se na výrobu glazur, smaltů smaltů a speciá speciální lních optických skel
Halogenidy boru jejich slož složení ení se dá dá vyjá vyjádřit vzorcem BX3 všechny jsou bezbarvé bezbarvé chlorid a fluorid jsou plyny, bromid kapalina a jodid pevná pevná látka ve fluoridu borité boritém je nejsilně nejsilnější dosud zná známá jednoduchá jednoduchá vazba
Boridy slouč sloučeniny boru s kovy většinou mají mají nestechiometrické nestechiometrické slož složení ení M5B až až MB66 supravodič supravodiče, polovodič polovodiče, …
Karbid boru slouč sloučenina boru s uhlí uhlíkem karbid čtyř tyřboru – B4C velmi tvrdá tvrdá látka, tvrdší tvrdší než než diamant výroba neprů neprůstř střelných vest a štítů, brusivo, brzdová brzdová oblož obložení ení
3
Borany slouč sloučeniny boru s vodí vodíkem vyskytují vyskytují se zde tzv. vícecenterní cecenterní vazby, které které jsou také také někdy nazývá nazývány elektrondeficitní elektrondeficitní vazby vazbu mezi atomy boru jsou zprostř zprostředková edkovány vodí vodíkem, př přičemž emž na 2 vazby př připadají ipadají 2 elektrony existuje jich celá celá řada, nejniž nejnižší jsou plyny, vyšší vyšší kapaliny a nejvyšší nejvyšší pevné pevné látky jsou velmi reaktivní reaktivní a vysoce toxické toxické
Hliník – Al po kř křemí emíku a kyslí kyslíku 3. nejrozší nejrozšířřeně enější prvek na Zemi vyskytuje se pouze ve slouč sloučeniná eninách; nejč nejčastě astěji v hlinitokř hlinitokřemič emičitanech (živce a slí slídy) nejvýznamně nejvýznamnější rudou je bauxit AlO(OH) AlO(OH) pro výrobu je potř potřebný také také kryolit, který se př připravuje umě uměle
bauxit
kryolit
6 HF + Al(OH) Al(OH)3 + 3 NaOH Na3[AlF6] + 6 H2O
Výroba hliníku bauxit se rozpouš rozpouští v hydroxidu sodné sodném a z tohoto roztoku se izoluje hydroxid hlinitý hydroxid hlinitý se zahř zahřívá na teplotu 1200 °C a vzniká vzniká oxid hlinitý oxid hlinitý se taví taví s kryolitem (sní (snížení ení teploty tá tání) z taveni se čistý hliní hliník zí získá skává elektrolýzou výroba hliní hliníku je velmi energeticky nároč ročná
4
Schéma výroby hliníku
Vlastnosti hliníku stř stříbrolesklý lehký kov, tt = 660 °C, je taž tažný, kujný a dobř dobře vede el. proud na vzduchu je stá stálý, pasivuje se oxidem hlinitým bez pasivace reaguje i se vzduš vzdušnou vlhkostí vlhkostí 2Al + 6 H2O 2 Al(OH) Al(OH)3 + 3 H2
Vlastnosti hliníku s kyselinami reaguje za vzniku vodí vodíku a soli 2 Al + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2 s kyselinou dusič dusičnou se na povrchu pasivuje s hydroxidy reaguje za vzniku vodí vodíku a tetrahydroxohlinitanů tetrahydroxohlinitanů 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O 2 Na[Al (OH)4] + 3 H2 Na[Al(OH)
5
Využití hliníku výroba př předmě edmětů denní denní potř potřeby např např. kuchyň kuchyňské ské nádobí dobí tenká tenká fólie se nazývá nazývá alobal využ využití ití v metalurgii pro aluminotermii slitiny hliní hliníku se použ používají vají jako konstrukč konstrukční materiá materiály (dural: Al, Al, Mg, Si a Mn) Mn)
Aluminotermie hliní hliník je znač značně afinitní afinitní ke kyslí kyslíku aluminotermie je druhem metalotermie jedná kovým hliní jedná se o redukci práš práškovým hliníkem, která která probí probíhá za vysoké vysoké teplota je prová provázena uvolně uvolněním velké velkého množ množství ství tepelné tepelné a svě světelné telné energie použ používá se na výrobu kovů kovů z jejich oxidů oxidů Fe2O3 + 2 Al Al2O3 + 2 Fe
Sloučeniny hliníku s kyslíkem Oxid hlinitý – Al2O3 připravuje se spalová kové ého spalováním práš práškov hliní hliníku na vzduchu (pyroforická (pyroforická reakce); γ modifikace je rozpustná rozpustná v kyseliná kyselinách a roztocí roztocích hydroxidů hydroxidů, žíháním př přechá echází na modifikaci α, ta je odolná odolná, v př přírodě rodě se vyskytuje jako korund Hydroxid hlinitý – Al(OH) Al(OH)3 amfoterní amfoterní látka 2 Al(OH) Al(OH)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 6 H2O Al(OH) (OH)4] Al(OH)3 + NaOH Na[Al Na[Al(OH)
6
Sloučeniny hliníku s halogeny nejstabilně nejstabilnější mají mají obecný vzorec AlX3 bezvodé bezvodé halogenidy snadno hydrolyzují hydrolyzují, na vlhké vlhkém vzduchu dýmají dýmají nejvýznamně nejvýznamnějším ším je AlCl3, který je významnou chemickou surovinou, př připravuje se podle rovnice Al2O3 + 3 C + 3 Cl2 2 AlCl3 + 3 CO v pevné pevném stavu vytvá vytváří dimer Al2Cl6, v jeho struktuř struktuře se uplatň uplatňují ují koordinač koordinačně-kovalentní kovalentní vazby
Síran hlinitý – Al2(SO4)3 připravuje se reakcí reakcí hydroxidu hlinité hlinitého a kyselinou sí sírovou pož požívá se k číření ení vody v papí papírenské renském, textilní textilním a odpadové odpadovém prů průmyslu slouž slouží k př přípravě pravě „vloč vloček“ ek“ hydroxidu hlinité hlinitého, který vzniká vzniká hydrolýzou sí síranu hlinité hlinitého na tě těchto „vloč vločkách“ ch“ dochá dochází k vychytá vychytávání (adsorbci) ) koloidní í ch neč č istot adsorbci koloidn ne
Galium – Ga, Ga, indium – In, thallium –Tl vyskytují vyskytují se pomě poměrně rně vzá vzácně cně Ga a In se vyskytují vyskytují v blí blízkosti rud zinku, Tl v blí blízkosti galenitu jedná jedná se o stř stříbrobí brobílé, mě měkké kké kovy s velmi nízkými body tá tání (tt(Ga) Ga) = 29,8 °C), jsou ušlechtilejší lechtilejší než než hliní hliník
7
Využití Ga, In a Tl galium se použ používá jako polovodič polovodič do diod a jako ná náplň plň do kř křemenných teplomě teploměrů (měř eníí teplot do 1200 °C) (měřen indium bývá bývá souč součástí stí nízkotají zkotajících slitin thallium se použ používá při výrobě výrobě infrač infračervených detektorů detektorů
KRÁSNÝ ZBYTEK DNE
8
