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文档简介

第十六章 硼族元素 16-1 硼族元素的通性 16-2 硼单质及其化合物 16-3 铝单质及其化合物 16-4 镓、铟、铊 16-5 惰性电子对效应及对角线规则 16-1 硼族元素的通性 周期表中第七主族包括硼、铝、镓、铟、铊五种元 素,统称为硼族元素。 价电子层: ns2np1 主要氧化态: +3,+1 成键特征: 硼、铝主要形成共价型化合物,+1氧化 态的铊的化合物具有较强的离子性。 硼、 铝、 镓、 铟、 铊 +1氧化态趋向稳定 本族元素在形成化合物时还表现缺电子特性。 16-2 硼的单质及其化合物 16-2-1 硼单质 1、硼原子的成键特征 硼原子为缺电子原子,其成键有三大特征: (a)共价性:硼原子的价电子构型以及原子半径、电离能高 、电负性大等性质决定了它以形成共价型分子为特征。 (b)缺电子性: 在硼原子以sp2杂化形成的共价分子中,余 下的一个空轨道可接受外来的孤对电子,形成以sp3杂化的 四面体构型的配合物。有时没有合适的外来电子,也可以 自相聚合形成多中心键。 (c)多面体习性: 硼原子力图以多种方式解决缺电子问题 ,在硼单质和硼氢化合物中,基本结构是以三角面组成多 面体,这些多面体有闭合型、鸟巢型或蛛网型。 2、硼的同素异形体 晶体硼无定形硼 3、硼单质的结构 4、硼单质的性质 5、单质硼的制备 16-2-2 硼的氢化物 1、已硼烷的结构 由于硼原子的缺电子特点,在各硼烷中呈现五种成 键情况: 2、乙硼烷的性质: 3、已硼烷的制备 16-2-3 硼族元素的卤化物 制备: 1、三卤化硼 2、三卤化硼的结构 3、三卤化硼的性质 16-2-4 硼的含氧化合物 1、B2O3 硼酸的结构 结构单元:BO3平面三角形 片层结构:H3BO3分子间以 氢键结合 2、硼酸 H3BO3晶体的片状结构:层与层之间以范德华力结合 硼酸的性质 2-5 硼族元素的含氧化合物 3、硼酸盐 链状 环状 硼砂的结构 (1) 水解呈碱性 硼砂的性质 (2) 与酸反应制H3BO3 构成缓冲溶液 pH=9.24 (20 ) (3) 脱水 风化脱水 受热脱水硼砂玻璃 16-3 铝及其化合物 16-3-1 铝单质 1、金属铝的制备 2、铝的物理性质 3、金属铝的化学性质 16-3-2 铝的卤化物 1、Al2O3 有些氧化铝晶体 透明,因含有杂质而 呈现鲜明颜色 - Al2O3 :刚玉,硬度大,不溶于水、酸、碱 - Al2O3 :活性氧化铝,可溶于酸、碱,可作为催化剂 载体。 红宝石(Cr3+) 蓝宝石(Fe3+,Cr3+) 黄玉/黄晶(Fe3+) 16-3-3 铝的含氧化合物 2、氢氧化铝 3、铝盐 4、铝酸盐 16-5 惰性电子对效应及对角线规则 A、A大多数化合物从上到下高氧化态的稳定性递 减,而低氧化态的稳定性递增,如: P4O10对热较稳定,而As2O5加热时分解为As2O3;PbO2 具有强氧化性,而PbO较稳定等。 以上事实表明,在A、A等族中随着原子序数增加, 重金属元素价电子中有两个电子不易成键,它的低氧化态较 为稳定,而与族数相同的最高氧化态则不稳定。这种趋向在 IIB族中也有所表现,如单质汞的活性较低。 1、惰性电子对效应 原子序数较大的重元素成键能力较弱是由于:(1)原子半 径增加,电子云重叠程度差;(2)内层电子数目增多,这些 内层电于与其键合原子的内层间的斥力增大等原因所致。 这种从上到下低氧化态渐趋于稳定的现象,习惯上被认 为是由于所谓“惰性电子对效应”引起的。实际上这几族重元 素的n电子对并非特别“惰性”。 2、对角线规则 在周期表中除了同族元素的性质相似以外,还有一些元 素及其化合物的性质呈现出“对角线”相似性。如硼和硅在 性质上很相似,对比锂和镁,铍和铝酌性质发现它们的性质 在某些方面也是类似的。 在周期表中某一元素的性质和它左上方或右下方的另一 元素性质的相似性,称为对角线规则。这种相似性比较明显 地表现在Li和Mg、Be和A1、B和Si三对元素之间。 对角线规则可以用离子极化的观点粗略给以说明。上面 几对处于对角的元素在性质上的相似性,是出于它们的离了 极化力相近的缘故。离子极化力的大小取决于它的半径、电 荷和结构。例如,Li+和Na+虽然用于同一族,离子电荷相同 ,但是前者半径较小,并且Li+具有2电子结构,所以Li+ 的 极化力比同族的Na+强得多,因而使锂的化合物同钠的化合物 在性质上差别较大。

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