Лабораторная работа № 11. Тема: Химические свойства неметалла IIIA подгруппы - бора

Тема: Химические свойства неметалла IIIA подгруппы - бора

Цель работы: изучение химических свойств единственного неметалла IIIA подгруппы – бора

Краткая теория: Химические свойства бора и его соединений

Бор (В) входит в главную подгруппу III группы

периодической системы. На внешнем электронном

слое атомов три электрона:

B ns²np¹

B* ns¹np²

Поскольку на предпоследнем уровне бора всего два электрона, его свойства резко отличаются от свойств других элементов подгруппы - он единственный неметалл в III A подгруппе. Хотя формально бор проявляет степень окисления +3 в оксидах и галогенидах, однако ион В⁺³ неизвестен. В образовании ковалентных связей с неметаллами участвуют три sp² -гибридных облака возбужденного атома бора, поэтому соединения бора со степенью окисления +3 имеют плоско - треугольное строение.

В соединениях с металлами - боридах - бор является акцептором электронов: Mg₃B₂, AlB и др.

При обычных условиях простое вещество бор - твердое вещество (t_пл = 2075 °С). Кристаллическое строение бора особенное. Оно не является характерным ни для металлов, ни для неметаллов. В нем реализуется большее число связей (> 4), природа которых не является ни типично металлической, ни обычной ковалентной. Кристалл бора состоит из икосаэдров - правильных двадцатигранников с 12 вершинами. При обычных температурах бор весьма инертен. При высоких температурах он становится активным, взаимодействует с кислородом, галогенами, серой, азотом, углеродом, водородом и многими металлами.

Бор медленно реагирует с такими сильными окислителями, как фтор, горячая концентрированная азотная кислота и царская водка. Аморфный бор постепенно растворяется при кипячении в концентрированной щелочи:

2B + 2NaOH + 2H₂O = 2NaBO₂ + 3H₂

Диаграмма Латимера для бора:

BF₄^- -1, 295

-0, 888

H₃BO₃ B

[B(OH)₄]^1- -1, 822

Триоксид бора В₂О₃ - кислотный оксид. Известны три его гидратные формы - борные кислоты Н₃ВО₃ – ортоборная кислота

НВО₂ – метаборная кислота

Н₂В₄О₇ – тетраборная кислота

Ортоборная кислота образуется при действии воды на В₂О₃. Это слабая одноосновная кислота. Н₃ВО₃ + Н₂О [В(ОН)₄]^- + Н⁺;

К₁ = 5, 8 × 10^-10.

При нагревании Н₃ВО₃ постепенно теряет воду, переходя сначала в метаборную кислоту НВО₂, а затем в тетраборную Н₂В₄О₇ и, наконец, в В₂О₃.

Н₂В₄О₇ + 5 Н₂О 4 Н₃ВО₃ 4 НВО₂ + 4 Н₂О

Соли борной кислоты - бораты- отвечают по составу метаборной или тетраборной кислотам.

При действии любой сильной кислоты на бораты образуется Н₃ВО₃ :

Na₂B₄O₇ + 2HCl ® H₂B₄O₇ + 2NaCl

+ H₂B₄O₇ + 5 H₂O ® 4 H₃BO₃

Na₂B₄O₇ +2HCl + 5 H₂O ® 4 H₃BO₃ + 2 NaCl

В воде растворимы лишь бораты щелочных металлов. Их растворы сильно гидролизованы и имеют щелочную реакцию. Наиболее важные соединения бора - борная кислота H₃BO₃ и бура Na₂B₄O₇* 10 H₂O_.

Водные растворы буры обладают сильно щелочной (рН > > 7) реакцией вследствие их гидролиза, который протекает в две стадии:

1) B₄O₇^2- + 3 H₂O 2 H₃BO₃ + 2 BO₂ ^–

Na₂B₂O₇ + 3 H₂O 2 H₃BO₃ + 2 NaBO₂

2) 2 BO₂ ^- + 4 H₂O 2 H₃BO₃ + 2 OH^-

2 NaBO₂ + 4 H₂O 2 H₃BO₃ + 2 NaOH

Бура - сырье для синтеза других соединений бора, её применяют при пайке металлов и для приготовления глазурей, эмалей и специального термостойкого стекла для химической посуды.

Бор очень сильный комплексообразователь - акцептор электронов, так как имеет свободные р-орбитали; образует устойчивые комплексы: LiBH₄, HBF₄, KBF₄

Вопросы для подготовки к занятию

1. Электронные конфигурации атома В, валентные электроны, степени окисления.

2. Структура и свойства простого вещества – бора:

- окислительная и восстановительная активность бора, значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов для процессов окисления и восстановления;

- взаимодействие с металлами;

- взаимодействие с кислородом, галогенами, серой, азотом и другими неметаллами;

- отношение к воде, водным растворам щелочей, водным растворам кислот, окисляющими H⁺ (HF, HCl, HBr, HI, разбавленной H₂SO₄, H₃PO₄, RCOOH и другими);

- взаимодействие с концентрированной H₂SO₄, разбавленной и концентрированной HNO₃.

3. Свойства оксидов и кислот бора:

- растворимость, взаимодействие с водой, диссоциация в водном растворе;

- взаимодействие с основаниями и основными оксидами при сплавлении и водными растворами щелочей.

4. Свойства солей борных кислот:

- растворимость в воде, гидролиз;

- взаимодействие с сильными кислотами;

- образование эфиров со спиртами.

5. Нахождение в природе и получение простого вещества бора.

6. Получение и применение бора и его соединений.