VI. Элементы группы III а. Бор
Из элементов IIIА группы рассмотрим бор. Атомы бора имеют электронную конфигурацию внешнего уровня ns2np1. В своих соединениях бор обычно трехвалентен.
Бор в виде простого вещества обладает неметаллическими свойствами.
Оксид бора В2О3 – бесцветное хрупкое стекловидное вещество, плавящееся при температуре 577 °С. Оксиду бора соответствует ортоборная кислота Н3ВO3.
В отличие от обычных кислот кислотные свойства Н3ВO3 связаны не с отщеплением протона, а с присоединением гидроксид-иона от молекулы воды, поэтому правильнее описывать ее строение формулой В(ОН)3:
В(ОН)3 + Н2O ↔ [В(ОН)4]- + Н+.
При нагревании ортоборная кислота, теряя молекулу воды, переходит в метаборную кислоту НВ02, а затем в борный ангидрид:
В(ОН)3 → НВO2 → В2O3.
Соли борных кислот называются боратами. Обычно они являются производными не ортоборной, а метаборной НВ02 или тетраборной Н2В4O7 кислот. Среди боратов наибольшее практическое применение находит бура, или тетраборат натрия – прозрачные кристаллы состава: Na2B4O7·10Н2O. При нагревании бура теряет кристаллизационную воду и переходит в метаборат NaBO2:
Nа2В4O7·10Н2O → Na2B4O7 → 2NaBO2 + B2O3.
При прокаливании буры с солями или оксидами некоторых металлов образуются двойные метабораты, которые застывают в виде характерно окрашенных стеклообразных «перлов». Например:
Na2B4O7 + CoO → 2NaBO2 + Co(BO2)2.
В работе изучаются свойства борной кислоты и способность ее солей образовывать с солями переходных металлов окрашенные стеклообразные продукты – «перлы». Вследствие нагревания борная кислота переходит в борный ангидрид, который представляет собой вязкую, вытягивающуюся в нити массу. Соединения бора окрашивают пламя в зеленый цвет (опыты 1, 2).
Образование перлов – окрашенных двойных солей метаборной кислоты – иллюстрируется опытом 3. Метаборат натрия-кобальта имеет синюю окраску, перлы хрома окрашены в зеленый цвет, марганца – в фиолетовый, никеля – в бурый.
Опыт 1. Получение и свойства В2О3. Немного борной кислоты в железной ложечке внесите в пламя горелки. Прогрейте ее до получения стеклообразной массы. Прикоснитесь к горячей массе стеклянной палочкой и потяните. Охладите полученный продукт и растворите его в небольшом количестве воды. Добавьте 1-2 капли универсального индикатора и определите pH раствора.
Опыт 2. Окрашивание пламени борной кислотой. Накалите в пламени горелки нихромовую проволочку. Убедитесь, что она не окрашивает пламя. Опустите нагретую проволочку в порошок борной кислоты и внесите в пламя. В какой цвет окрашивает пламя борная кислота?
Опыт3. Получение перлов буры. Нихромовую проволочку накалите в пламени горелки докрасна. Прикоснитесь раскаленной проволочкой к порошку буры и прокалите приставшие к проволочке кристаллики в пламени горелки до тех пор, пока масса не перестанет вспучиваться. Полученный продукт смочите 0,1 М раствором соли кобальта. Снова прокалите нихромовую проволочку в пламени горелки. Аналогично получите перлы с другими металлами. Укажите в табл. 2 цвета образующихся перлов буры. Напишите уравнения реакций.
Таблица 2
Металл, образующий перл | Цвет перла буры |
Кобальт |
|
Хром |
|
Медь |
|
Марганец |
|
Никель |
|
Серебро |
|
Вопросы и задания
1. Охарактеризуйте кислотные свойства борного ангидрида и борной кислоты. Укажите основность борной кислоты.
2. Напишите уравнения реакций взаимодействия буры с оксидами марганца (II), хрома (III), никеля.
Задачи
1. Рассчитайте массу В2О3, которую можно получить в результате прокаливания 1 г ортоборной кислоты.
2. Сколько килограммов ортоборной кислоты Н3ВО3 и какой объем 23% -ного раствора Na2CO3 (ρ = 1,25) необходимо затратить для получения 1 т буры Na2B4O7·10Н2O?
Список литературы
1. Неорганическая химия, в трех томах, под ред. Ю.Д. Третьякова, М.: Академия, 2004.
2. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. М.: МГУ, 1991, 1994. т.1, 2.
3. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М.: Мир, 1969. т. 1, 2, 3.
4. Коренев Ю. М., Григорьев А. Н., Желиговская Н. Н., Дунаева К. М. Задачи и вопросы по общей и неорганической химии. М.: Мир, 2004, 365 с.
5. Лидин Р. А., Аликберова Л. Ю., Логинова Г. П. Общая и неорганическая химия в вопросах. М.: Дрофа, 2004, 303 с.
6. Гольбрайх З. Е, Маслов Е. И. Сборник задач и упражнений по химии. М.: Астрель, 2007, 383 с.
7. Романцева Л. М., Лещинская З. Л., Суханова В. А. Сборник задач и упражнений по общей химии. М.: Высшая школа, 1980, 228 с.
8. Практикум по общей химии. М.: МГУ, 2005, 335 с.
- I. Водород. Кислород
- I.1. Водород
- I.2. Кислород
- II. Элементы VII а группы периодической
- II.1. Хлор. Способы получения
- II.2. Йод. Получение йода
- 1. Изобразите фазовые диаграммы хлора, брома и йода.
- III. Элементы VI а группы. Сера
- 8.1. Окислительные свойства h2so4.
- 8.2. Водоотнимающее действие h2so4.
- IV. Элементы V а группы. Азот. Фосфор
- IV.1. Азот
- IV.2. Фосфор
- V. Элементы группы iva. Углерод. Кремний
- V.1. Углерод
- V.2. Кремний
- VI. Элементы группы III а. Бор