硼 B 以硼酸盐矿物存在
铝 Al 以Al-O键存在，矿物以铝矾土(Al2O3)最为广泛， 第3位
镓 Ga 与Zn, Fe, Al, Cr等矿共生
铟 In 与闪锌矿共生
铊 Tl 与闪锌矿共生
Ga, In, Tl 属稀散元素，无单独矿藏
§1.硼
一.单质
黄棕色固体，高硬度，高沸点
1. 制备 和Si制备相比较
用Mg或Al 还原B2O3，相当于用C还原SiO2
B2O3 + 3Mg --- 3MgO + 2B (高温)
用H2还原三溴化硼，相当于用H2还原SiCl4
2BBr3 + 3H2 --- 2B + 6HBr (W丝, 高温) |
2. 硼的反应
常温下不活泼，高温下活泼
4B + 3O2 --- 2B2O3
2B + 3Cl2 --- 2BCl3 与硅相似
2B + N2 --- 2BN (均在高温下进行)
和氧化性酸起反应，比硅活泼些
B + 3HNO3(浓) --- H3BO3 + 3NO2
和强碱起反应
2B + 2NaOH(浓) + H2O ---2NaBO2 + 3H2(气体) (偏硼酸钠) |
二 硼烷
硼氢化合物虽没有碳氢化合物种类多, 但远比硅烷多. 其结构比烷烃、硅烷复杂.
1. 结构
最简单的硼烷，理应是BH3, 但结构研究表明它的分子式是B2H6, 分子间键联关系:
端基上的H和B之间形成σ键(sp3-s). 四个端H和两个B形成分子平面，中间两个H不在分子平面内，其连线垂直于分子平面，上下各一个, 上面的H所成的键
共用价电子44个
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2. 乙硼烷制备
质子置换法:
 相当于Mg2Si和盐酸反应制备SiH4。
还原法:
4BCl3 + LiAlH4 --- 2B2H6 + 3LiCl + 3AlCl3 相当于SiCl4和LiAlH4反应制SiH4。
3. 乙硼烷的性质
1°稳定性
B2H6 ----B + H2
B2H6要在100℃以下保存，稳定性不如硅烷。
2 °还原性
B2H6 + 3O2 --- B2O3 + H2O 自燃
属高能燃料，但毒性极大，不易储存。
3 °水解性
B2H6 + 6H2O--- 2B(OH)3 + 6H2(气体)
4 °路易斯酸的反应，缺电子反应
B2H6 + 2LiH --- 2Li(BH4) 白色固体，火箭推进剂
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三 硼的含氧化合物
1. 三氧化二硼
单质硼燃烧或硼酸脱水得B2O3，无色晶体。B2O3和SiO2的性质差别较大。
B2O3 + 3H2O ---2H3BO3 硼酸酐
B2O3和水蒸气反应生成易挥发的偏硼酸:
B2O3 ＋ HH2O --- 2HBO2
B2O3和许多种金属氧化物在熔融时生成有特征颜色的硼珠，可用于鉴定。
CoO + B2O3 --- Co(BO2)2 深蓝色
Cr2O3的硼珠 绿色 CuO的硼珠 蓝色
MnO的硼珠 紫色 NiO的硼珠 绿色
Fe2O3的硼珠 黄色
2. 硼酸 H3BO3
2 °弱酸性
缺电子结构造成的: |
在H3BO3中加入甘油(丙三醇)，酸性可增强，原因是显酸性的机理发生了变化:
H3BO3遇到某种比它强的酸时，有显碱性的可能:
B(OH)3 + H3PO4 -- BPO4 + 3H2O (中和反应)
3°硼酸的鉴定反应
点燃时: 硼酸三乙酯燃烧显绿色火焰
3. 硼砂
硼砂是硼的最主要的含氧酸盐, 白色, 玻璃光泽.
因此硼砂和过渡金属氧化物Cr2O3, CuO, MnO, NiO, Fe2O3等也发生硼珠反应, 而实际上的硼珠反应是用硼砂来做.
2°硼砂的水解
生成等摩尔的弱酸和弱酸盐, 形成缓冲溶液. 0.01 的硼砂溶液pH＝ 9.24。 |
四 硼与硅的相似性
1. 相似性
除硼与硅氧化物及含氧酸不相似以外，硼与硅单质的制备, 与酸碱的作用, 氢化物的制备与性质等都相似.
硼和硅的卤化物水解性也相似:
SiCl4 + 4H2O --- H4SiO4 + 4HCl
BCl3 + 2H2O --- HBO2 + 3HCl
3SiF4 + 4H2O --- H4SiO4 + 2H2SiF6 氟硅酸
4BF3 + 2H2O --- HBO2 + HBF4 氟硼酸
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2. 对角线规则
向下金属性加强，向右非金属性加强，向右向下金属性非金属性相近. 实质是原子或离子的电场力引起的, 电场力相近, 对外层电子的约束力相近
所以, Li-Mg, Be-Al, B-Si的性质相近 | |
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