cac nguyen to thuoc nhom 3

HỢP CHẤT CỦA BO• Là chất tinh thể hình vảy trong suốt màu trắng, các phân tử liên kết với nhau bằng liên kết hiđro tạo thành nhau.. HỢP CHẤT CỦA BO• Ít bền nhiệt, khi đun nóng thì phân h

Chương 9 NHÓM III NHÓM III

PHÂN NHÓM

IIIA

B – Al

NHÓM IIIA

• Gồm các nguyên tố: bo (B), nhôm (Al),

gali (Ga), inđi (In), tali (Tl).

BO

Thù hình

• Một số dạng thù hình: tinh thể và vô định hình Dạng tinh thể gồm có 3 dạng: mặt thoi ,  và

tứ phương.

• Dạng mặt thoi  có ô mạng cơ sở gồm 12

nguyên tử sắp xếp đặc khít tạo ra hình 20 mặt đều Các khối 20 mặt này liên kết với nhau qua các đỉnh Liên kết giữa B - B trong khối 20 mặt lớn hơn liên kết B - B trong các khối với nhau

Thù hình

Tính chất vật lý

• Bo dạng tinh thể có màu xám đen, dạng vô định hình màu nâu đen, khó nóng chảy, cứng gần

bằng kim cương Bo tinh thể có tính bán dẫn

(E=1,55eV), ở điều kiện thường dẫn điện kiểu

n (electron) Khi đốt nóng hay chiếu sáng dẫn

điện kiểu P (lỗ khuyết).

• Nhiệt độ nóng chảy bằng 20750C, nhiệt độ sôi bằng 37000C.

BO

Tính chất hoá học

HỢP CHẤT CỦA BO

Oxit boric (B 2 O 3 ) n - Cấu tạo

• Có 2 dạng: thuỷ tinh và tinh thể

• Dạng thuỷ tinh khối rắn được cấu tạo bởi nhóm BO3nối nhau qua O chung và sắp xếp hỗn độn, không

màu, khi đun nóng đến 6000C thì hoá lỏng thành chất lỏng nhớt và kéo sợi được

• Dạng tinh thể gồm những tứ diện lệch BO4 nối với

nhau bằng cầu oxi: trong 4 nguyên tử O có một O

chung cho 2 tứ diện và 3O - mỗi O chung cho 3 tứ

diện

Tính chất vật lý

• Là chất rắn màu trắng, rất cứng, hút ẩm mạnh T0nc=

4500C, T0s = 20000C

HỢP CHẤT CỦA BO

Oxit boric (B2O3)n - Cấu tạo

HỢP CHẤT CỦA BO

Oxit boric (B 2 O 3 ) n – Tính chất hóa học

• B2O3 rất bền nhiệt, sôi không phân huỷ Ở thể hơi gồm những phân tử độc lập B2O3

• Dạng tinh thể thụ động hoá học, dạng vô định hình

(thuỷ tinh) phản ứng với nước, kiềm, axit HF Ở nhiệt

độ cao bị kim loại, cacbon khử

HỢP CHẤT CỦA BO

Oxit boric (B2O3)n – Điều chế

• Nhiệt phân hay đốt cháy hợp chất của Bo

2B(OH)3 B2O3 + 3H2O

B2H6 + 3O2 B2O3 + 3H2O

2B(C2H5O)3 + 18O2 kh.khí B2O3 + 12CO2 + 15H2O

Ứng dụng

• B2O3 được dùng làm phụ gia trong sản xuất

thuỷ tinh, làm phụ gia men sứ

HỢP CHẤT CỦA BO

• Là chất tinh thể hình vảy trong suốt màu trắng, các

phân tử liên kết với nhau bằng liên kết hiđro tạo thành

nhau

• Trong từng lớp dB-O= 1,37Å, dO-O= 2,7Å Liên kết giữa các lớp bằng lực Van de Van, khoảng cách giữa các lớp bằng 3,18Å Vì vậy, ở trạng thái rắn (H3BO3)n là

những vảy làm trơn tay

Tính chất vật lý

(H3BO3)n dễ kết tinh lại trong nước lạnh

HỢP CHẤT CỦA BO

Axit boric (H3BO3)n

HỢP CHẤT CỦA BO

Axit boric (H3BO3)n – Cấu tạo

HỢP CHẤT CỦA BO

Axit boric (H3BO3)n – Cấu tạo

HỢP CHẤT CỦA BO

• Ít bền nhiệt, khi đun nóng thì phân huỷ, dung dịch

nước là axit yếu Thực hiện phản ứng trung hoà, phản ứng với axit, muối, rượu

trong H3BO3 mà do H3BO3 kết hợp với nhóm OH- của nước và giải phóng H+ từ nước  H3BO3 là axit đơn chức

HỢP CHẤT CỦA BO

Axit boric (H 3 BO 3 ) n – Tính chất hóa học

• H3BO3 phản ứng với rượu đơn chức (C2H5OH, CH3OH)

có H2SO4 đặc thì este được tạo thành:

H3BO3 + 3CH3OH = B(OCH3)3 + 3H2O

• Trung hoà kiềm:

4B(OH)3 + 2NaOHloãng = Na2B4O7 + 7H2O

B(OH)3 + NaOHb.hoà = Na[B(OH)4]

• Phản ứng với muối:

2B(OH)3 + Na2CO3 loãng 2NaBO C 2 + CO2 + H2O

0

850

HỢP CHẤT CỦA BO

Axit boric (H3BO3)n – Điều chế

• B + 3HNO3 đặc nóng B(OH)3 + 3NO2

• Na2B4O7 + 2H2SO4 + 5H2O = 4B(OH)3 +

+ 2NaHSO4

• BCl3 + 3H2O = B(OH)3 + 3HCl

HỢP CHẤT CỦA BO

Borat

NHÔM

Tính chất vật lý

• Al kim loại kết tinh trong hệ lập phương tâm diện, là kim loại màu trắng bạc, khi để trong không khí có màu xám do bề mặt bị phủ lớp màng oxit mỏng, dày

• T0nc = 6500C và T0s = 24670C

• Al lỏng có độ nhớt cao Ở nhiệt độ thường, Al tinh

khiết khá mềm, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi Ở

dòn, dễ nghiền thành bột

• Al có độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao Độ dẫn nhiệt của Al

• Al có khả năng tạo hợp kim với nhiều nguyên tố khác với độ bền cao và nhẹ như đuyara

(94%Al, 4%Cu, 2% gồm Mg, Mn, Fe và Si)

cứng và bền; hợp kim silumin (85%Al,

10-14%Si và 0,1%Na) rất bền và rất dễ đúc

có thể tạo ra ngọn lửa trên 3000 0 C.

Tính chất hoá học

• Ở nhiệt độ cao, Al khử dễ dàng nhiều oxit kim loại đến kim loại

phi kim tương ứng.

Tính chất hoá học

• Thế điện cực của Al trong môi trường axit khá thấp

Nhưng Al khá bền với nước và một số axit kể cả khi đun nóng

như: Al không phản ứng với nước, không tác dụng với dung

nhưng với nồng độ trung bình thì Al lại dễ tan Trong dung dịch

• Trong môi trường kiềm, thế điện cực của Al khá thấp:

Điều chế

• Phương pháp khử muối nhôm

Cuối thế kỷ XIX, Al được sản xuất với quy mô công nghiệp Người ta điều chế Al bằng cách dùng kim loại kiềm khử muối AlCl3 khan hoặc muối NaAlCl4 (natri tetracloroaluminat) ở trạng

thái nóng chảy:

3Na + AlCl3 = Al + 3NaCl

3Na + NaAlCl4 = Al + 4NaCl

Do vậy, giá thành của Al cao đến mức Al chỉ

được dùng làm đồ trang sức.

Điều chế

Phương pháp điện phân

• Nguyên liệu để sản xuất nhôm là quặng boxit (Al2O3.xH2O)

và criolit còn nhiều tạp chất như Fe 2 O 3 , SiO 2 , CaO nên cần phải tinh chế nguyên liệu ban đầu, bằng cách đun quặng nghiền nhỏ với dung dịch NaOH 40% ở 150 0 C dưới áp

suất 5-6atm, nhôm oxit sẽ tan trong dung dịch kiềm.

Al2O3.xH2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O hoặc Al2O3 + 2OH - + 3H2O = 2[Al(OH)4] -

Fe2O3 không phản ứng, SiO2 kết tủa dưới dạng phức natri nhôm silicat Lọc lấy dung dịch và pha loãng bằng nước, Al(OH) 3 sẽ tách ra, sau đó nung kết tủa ở 1200-1400 0 C

Điều chế

Phương pháp điện phân

• Do Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy cao (2072 0 C) nên chất điện

phân là hỗn hợp Al2O3 (10%) và criolit (90%) để hạ nhiệt độ

nóng chảy còn khoảng 950 0 C.

• Quá trình điện phân được thực hiện ở 950 0 C, điện áp khoảng 5V, cường độ dòng điện khoảng 140000A Thiết bị điện phân là một thùng vỏ sắt bên trong lót gạch chịu nóng, trên lớp này có bọc một lớp than dùng làm cực âm, cực dương là những thỏi than cắm vào thùng điện phân Bề mặt chất lỏng trong lò được phủ một lớp rắn chất điện li để cho khối nóng chảy khỏi bị nguội.

• Cơ chế của quá trình điện phân Al2O3 trong Na3[AlF6] chưa xác định rõ ràng, chỉ được giải thích rằng criolit là hỗn hợp AlF 3 và 3NaF, khi điện phân chỉ NaF bị điện phân cho Na và F 2 Na khử AlF3 tạo NaF và Al, còn F2 đẩy oxi trong Al2O3 tạo thành AlF3

Nhờ vậy mà nồng độ criolit trong thùng điện phân hầu như

không đổi Thu được Al ở cực âm, tập trung ở đáy thùng ở dạng lỏng Khí O2 bay lên ở cực dương, tác dụng với than ở cực đó tạo khí CO, CO 2 làm cho cực bị ăn mòn, vì vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần cực dương xuống.

Điều chế

Phương pháp điện phân

NHÔM

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Nhôm oxit Al 2 O 3

có cấu trúc tinh thể khác nhau phụ thuộc vào điều kiện điều chế, trong đó bền nhất là dạng

-AlAl2O3 và -AlAl2O3

còn không tan trong axit

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Nhôm oxit Al 2 O 3

 - Al2O3 có D = 3,99g/cm3 Trong thiên nhiên thường

corunđum tinh khiết chứa Fe2+, V4+; đá rutin (hồng

• Corunđum thiên nhiên có nhiệt độ nóng chảy cao

(20720C), sôi ở ~35000C và rất cứng

• Corunđum rất trơ về mặt hoá học, không tan trong

-Al2O3 phản ứng mạnh với hiđroxit, cacbonat,

hiđrosunfat, đisunfat của các kim loại kiềm ở trạng thái nóng chảy

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

• Dạng -Al2O3 là những tinh thể lập phương

không màu, không tồn tại trong thiên nhiên

 -Al2O3 được tạo nên khi nung Al(OH)3 ở 5500C nhưng ở khoảng 10000C chuyển thành dạng

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

nước Kết tủa này chứa nhiều nước ứng với thành

phần Al(OH)3.nH2O hoặc Al2O3.nH2O và không có cấu trúc tinh thể Để lâu, kết tủa này mất nước dần và khi sấy khô rồi nung đến mất nước hoàn toàn thì biến

thành oxit

• Khoáng vật hiđragilit (hay gipxit) Hiđragilit gồm những tinh thể đơn tà và có cấu trúc lớp Mỗi lớp gồm 2 mặt phẳng chứa các nhóm OH và những nguyên tử Al

nằm giữa 2 mặt phẳng đó Mỗi nguyên tử Al có 6

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

• Hiđragilit:

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

• Al(OH)3 là chất lưỡng tính, tan trong dung dịch axit và dung dịch kiềm:

Al(OH)3 + 3H3O + = [Al(H2O)6] 3+

Al(OH)3 + OH - + 2H2O = [Al(OH)4(H2O)2] -

• Muối nhôm của đa số axit mạnh đều dễ tan trong nước, nhưng bị thuỷ phân mạnh nên dung dịch có môi trường axit, còn muối của các axit yếu như Al2S3 thực tế bị thuỷ phân hoàn toàn.

• Khi cho dung dịch muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm được xem là quá trình thay thế các phân tử H2O trong ion [Al(H2O)6] 3+

bằng các nhóm OH - :

[Al(H2O)6] 3+ + OH - = [Al(OH)(H2O)5] 2+ + H2O

[Al(OH)(H2O)5] 2+ + 2OH - = [Al(OH)3(H2O)3] 0 + 2H2O

nếu kiềm dư sẽ tạo các ion [Al(OH)4(H2O)2] - , [Al(OH)5(H2O)] 2- ,

[Al(OH) ] , các ion này gọi chung là ion hiđroxialuminat

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Nhôm sunfat và phèn nhôm

• Al2(SO4)3 khan là chất bột màu trắng, bị phân huỷ ở

nhiệt độ trên 7700C, kết tinh ở dạng hiđrat

Al2(SO4)3.18H2O

• Al2(SO4)3.18H2O là những tinh thể đơn tà (hình kim), trong suốt, dễ tan trong nước, ít tan trong rượu Dung dịch Al2(SO4)3 có phản ứng axit do bị thuỷ phân một phần Khi nung nóng tinh thể, muối phồng to biến

thì phân huỷ hoàn toàn thành Al2O3

2Al2(SO4)3 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2

• Al2(SO4)3 có khả năng kết hợp với muối sunfat kiềm

M Al (SO ) 24H O

 

t0

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Nhôm sunfat và phèn nhôm

• Phèn nhôm-kali: còn gọi là phèn chua, là một loại

phèn quan trọng có nhiều ứng dụng trong thực tế

• K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O là hợp chất ở dạng tinh thể

hình bát diện, không có màu, có vị hơi chua và chát

cao hơn dễ mất nước hoàn toàn tạo thành muối khan dưới dạng khối hình nấm to, xốp và rất dễ vỡ thành

• Độ hoà tan của phèn nhôm-kali trong nước kém hơn

độ tan của từng muối sunfat thành phần, nó tan không

HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Nhôm sunfat và phèn nhôm

nghiệp nhuộm vải, dùng làm chất cắn màu,

trong công nghệ thuộc da, hồ giấy, làm trong nước Trong y khoa, phèn nhôm-kali dùng làm chất sát trùng, cầm máu chân răng

• Phèn nhôm-kali được điều chế bằng phương pháp kết tinh từ dung dịch đồng phân tử K2SO4

và Al2(SO4)3.

K2SO4 + Al2(SO4)3 + 24H2O =

K SO Al (SO ) 24H O

PHÂN NHÓM GALI

Điều chế

• Nguyên liệu chính để điều chế gali là quặng

boxit hoặc chất bã của quá trình chế hoá quặng kẽm, của In là quặng sunfua của các kim loại

Zn, Pb, Cu và của Tl là pirit (FeS2).

• Từ các nguyên liệu đó được chuyển thành

dạng muối hoặc dạng oxit rồi sau đó điện phân dung dịch muối của chúng hoặc dùng hiđro để khử oxit của chúng

PHÂN NHÓM GALI

Tính chất lý học

• Ở trạng thái tự do, Ga và In là những kim loại màu trắng bạc, Tl

có màu xám xanh Ga cứng gần bằng Pb, còn In và Tl mềm hơn.

• Ga, In và Tl đều có nhiệt độ nóng chảy thấp, nhất là Ga nhưng lại có nhiệt độ sôi cao.

• Ga lỏng rất dễ chậm đông, nghĩa là dưới nhiệt độ nóng chảy vẫn không hoá rắn Do nhiệt độ nóng chảy thấp, nhiệt độ sôi cao và giãn nở khá đều nên Ga lỏng được dùng để nạp vào các nhiệt

kế có vỏ bằng thạch anh dùng ở nhiệt độ cao, có thể đo được từ

500 0 C đến 1200 0 C.

• Ga và In phản chiếu ánh sáng tốt và đều nên được dùng để

tráng gương, đặc biệt là In được dùng trong sản xuất gương của kính thiên văn.

• Dễ tạo hợp kim với các kim loại khác Ga và In được dùng để chế hợp kim dễ nóng chảy, ví dụ: hợp kim gồm 82%Ga, 12%Sn

và 6%Zn nóng chảy ở 17 0 C dùng để trám răng Tl được dùng để chế những hợp kim bền hoá học, ví dụ như hợp kim gồm

70%Pb, 20%Sn và 10%Tl rất bền với hỗn hợp các axit H2SO4, HCl và HNO

PHÂN NHÓM GALI

PHÂN NHÓM GALI

PHÂN NHÓM GALI

PHÂN NHÓM GALI

Tính chất hoá học

• Ga và In bền với không khí vì được lớp oxit bền bảo vệ (như Al), còn Tl bị oxi hoá chậm.

• Khi đun nóng, cả ba kim loại tương tác mãnh liệt với oxi và lưu

• Ga bền với nước, In và nhất là Tl bị nước tác dụng trên bề mặt khi có không khí.

nhưng Tl tác dụng rất chậm vì tạo lớp muối TlCl khó tan trên bề

mãnh liệt.

còn In và Tl chỉ tan trong dung dịch kiềm khi có mặt chất oxi hoá Ngoài ra, Ga còn có thể tan rõ rệt trong dung dịch amoniac.

Phân nhóm

IIIB

Sc – Y – La – Ac

Scandi

Ytri

PHÂN NHÓM IIIB

Các nguyên tố Lantanit (Nguyên tố đất hiếm)

• Các Lantanit hay họ Lantan gồm các nguyên tố có

prometi (Pm), samari (Sm), europi (Eu), gađolini (Crd), tecbi (Tp), đysprosi (Dy), honmi (Ho), ecbi (Er),

• Cấu hình electron : 4f2-145s25p65d0-16s2

• Các electron lần luợt điền vào obital 4f do năng lượng các obital 4f thấp hơn 5d trừ Gd : 4f45d16s2

• Chia thành 2 nhóm :

PHÂN NHÓM IIIB

Các nguyên tố Actinoit – họ Actini

• Gồm các nguyên tố có Z = 90  103, được xếp vào

cùng một ô với actini (Z=89): thori (Th), protactini (Pa), uran (U), neptuni (Np), plutoni (Pu), amerixi (Am),

curi (Cm), beckeli (Bk), califoni (Cf), ensteni (Es),

fecmi (Fm), menđelevi(Md), nobeli(No) và laurenxi(Lr)

• Cấu hình electron hoá trị : 5f0-146s26p66d0-27s2

• Chia làm 2 nhóm :

+ Nhóm thori (Th - Cm): Có đặc tính vừa của nguyên tố

f, vừa của nguyên tố d

+ Nhóm Beckeli (Bk - Lr): Có đặc tính của nguyên tố f điển hình, giống với các lantanoit

• Số oxi hoá đặc trưng là +3, ngoài ra còn có số oxi hoá +2, +4, +5, +6, +7 (+2, +7 ít gặp )