các nguyên tố nhóm IIIA. tính chất lí hóa học của Bo

Các nguyên tố
nhóm IIIA - Bo


2

Nội dung bài
1.

Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố
nhóm IIIA

2. Bo

3. Boran

4. So sánh hợp chất của Bo với nitơ với các hợp chất tương tự của Cacbon

5. Oxit boric, Axit boric, Borac

6. Cách nhận biết các hợp chất của Bo


3

01

Sự biến đổi tính chất các
Nguyên tố nhóm IIIA

4

+
Số oxi hoá chung là 3 ,(trừ B) tính chất chúng không giống nhau nhiều
∗B:có năng lượng Ion hóa lớn nên B không thể mất e để tạo ion B

3+

→ B là phi kim

∗Al: sự biến đổi đột ngột về kích thước nguyên tử cùng với năng lượng hydrat hóa của
Al

3+

rất thấp → Al là kim loại hoạt động mạnh

∗ Ga và In: sau lớp vỏ khí hiếm còn có 10 e của (n-1)d,lại bị ảnh hưởng của sự co d→ khó tách e

∗ Tl: sau lớp vỏ khí hiếm còn có 14 e của (n-2)f và 10 e của (n-1)d, lại bị ảnh hưởng của sự co f → khó tách cả 3 e nên
số oxi hóa là +1 là bền,trong các dãy hc tạo thành tồn tại cả muối Tali(III) và Tali(I)


Kim loại

B

Al

Ga

In

Tl

I1 (eV)

8,3

5,95

6

5,8

6,01

Tính kim loại của các nguyên tố nhóm IIIA biến thiên tuyến tính chứ không tăng dần từ trên xuống dưới
như KL kiềm
thổ.

∗Từ Al đến Ga: tính kim loại hơi giảm xuống do tổng I hơi tăng (vì ga dứng sau các KL chuyển tiếp
nên chịu ảnh
hưởng của sự co d)
∗Từ Ga đến In tính kim loại tăng do I giảm, từ In đến Tl
thì lại giảm do I tăng( vì Tl đứng sau các kl nhóm lantanoit nên chịu ảnh hưởng của sự co f)

5

Kim loại

Al

Ga

In

Tl

0
E (V) ( Thế điện cực)

-1,62

-0,53

-0,34

+0,71

(M3+ + 3e

M)

∗Các ion hidrat hóa của các ion Al3+, Ga3+ và In3+ dễ hình
thành trong dung dịch (thế điện cực chuẩn của quá trình M

3+

∗ Riêng Tl không dễ mất 3e hóa trị trong dd nước(Thế điện
cực chuẩn + 0,71).
* Bo không tạo nên cation ở trong dung dịch nên E
xác định được

0

không

+ 3e → M khá âm).

6


7

02

BO


8

1. Tính chất vật lí
-Bo có ba dạng tinh thể đã được nghiên
cứu là dạng mặt thoi ampha, dạng
mặt thoi beta và dạng tứ phương

-Bo tinh thể tinh khiết không có màu
nhưng thường có màu sám đen do có

lẫn tạp chất là borua kim loại.

- Bo có ánh kim và cứng gần bằng kim
cương

- Khó nóng chảy, là chất dẫn điện và độ
dẫn điện tăng theo nhiệt độ.


9

2. Tính chất hóa học
•Trong điều kiện thường Bo rất trơ về mặt hóa học
• Tương tác trực tiếp với flo:
B + 3F = BF3
•
• Khi đun nóng có thể tương tác với nhiều nguyên tố:
- Cháy trong không khí ở 7000 C:
4B +3O2 = 2B2 O3
-

0
Tương tác với nito ở 2800
2B + N2 = 2BN
Bo không tan trong dd HCl và HF mà tan chậm trong dd đậm đặc HNO3 , H2 SO4 , H2 O2

B + 3HNO3 = H3 BO3
- Tan trong kiềm đặc và nóng:
2B + 2NaOH + 2H2 O
-

+ 3NO2

= 2NaBO2 + 3H2


3. Trạng thái tự nhiên

10

•Bo tương đối phổ biến trong tự nhiên
-Khoáng chất chính là borac (Na2 B6 O7 .MgCl2 ), keenit (Na2 B4 O7 .4H2 O ) và
xaxolin (H3 BO3 ). Ngoài ra còn một số khoáng chất khác chứa
poliborat như colemamit, inđecmit, borasit.

-Bo còn thấy trong thép để tặng độ cứng cho
thép


11

4. Phương pháp điều chế
•Điều chế Bo vô định hình:
-Dùng Magie khử bo oxit rồi rửa nhanh sản phẩm bẳng kiềm hoặc HCl:
B2 O3 + 3Mg = 2B + 3MgO
- Dùng Natri khử Kali tetrafloborat ở nhiệt độ cao:
KBF4 + 3Na = B + KF + 3NaF
•Điều chế Bo dạng tinh thể:
-Dạng mặt thoi ampha: nhiệt phân bo iodua hoặc boran
- Dạng mặt thoi beta: kết tinh bo nóng chảy

- Dạng tứ phương: Dùng Hidro khử BBr3 rồi kết tinh với Bo trên sợ dây
tantan hoặc vonfram.

•Trong công nghiệp: Lấy B từ khoáng chất chứa polibrat
VD: chế hóa colemamit bằng kiềm:
2Ca2 B6 O11 + 4Na2 CO3 +H2O = 3Na2 B4 O7 + 4CaCO3 + 2NaOH
rồi dùng kim lạo hoạt động Na khử Na2 B4 O7 :
Na2 B4 O7

+ 12Na = 4B + 7Na2 O


12

03

Boran


1. Cấu trúc phân tử

-

Không tồn tại các bo hidrua như BH3, B2H4, B3H5,… do trong

các hợp chất đó B chưa bão hòa về số phối trí và trạng thái lai hóa
2
sp không được làm bền thêm nhờ liên kết pi không định chỗ như
trong BF3, BCl3,…

13


-

Các bo hidrua kết hợp lại với nhau tạo thành các boran

Như: B2H6, B4H10, B5H9, B6H10,…
- Cấu tạo của đi boran B2H6:

-

Liên kết B – H – B là liên kết ba tâm.
Trong B2H6 có 2 liên kết ba tâm.
Hình thành nhờ sự che phủ của 2 obitan lai hóa ở 2

nguyên tử B với obitan 1s của nguyên tử H cầu nối có 1
electron độc thân.



•
-

Các Boran khác:
Trong các boran bậc cao có những liên kết nhiều tâm hơn

nữa giữa các nguyên tử B với nhau.

2. Tính chất vật lý

-

17

Điều kiện thường: B2H6 và B4H10 là chất khí, B5H9,B5H11

và B6H10 là chất lỏng, còn lại là chất rắn.

-

Mùi khó chịu và rất độc.

Boran

Nhiệt độ nóng

Nhiệt độ sôi, °C

chảy, °C
B2H6

-165,6

-92,5

B4H10

-120

18

-46,6

48

-123

63

-65

0

99,7

213

B5H9
B5H11
B6H10
B10H14


3. Tính chất hóa học

-

18

Kém bền, hoạt động về mặt hóa học.
Đun nóng:phân hủy thành các nguyên tố hoặc thành các boran khác
Phản ứng cháy:
B2H6 + 3O2 = B2O3 + 3H20

-

Tương tác mạnh với halogen:
B2H6 + Cl2 = B2H5Cl + HCl

Dư Clo:
B2H6 + 6Cl2 = 2BCl3 + 6HCl

-

Phân hủy trong nước và dd kiềm:
B2H6 + 6H2O = 3H3BO3 + 6H2

-

B2H6 còn có thể td với hidrua kim loại kiềm, CO, NH3,…


4. Điều chế

19

-

6MgB2 + 12HCl = H2 + B4H10 + 6MgCl2 + 8B

-

Đi từ chất đầu là diboran. Điều chế diboran :
3NaBH4 + 4BF3 = 3NaBF4 + 2B2H6

-

Điều chế riêng:

+B9H15: đun nóng B5H11 khi có urotropin rắn
+B10H16: phóng điện qua B5H9 và H2
+B20H16: dòng điện 1 chiều qua B10H4 và H2


20

04

So sánh hợp chất của bo với nitơ với các h
ợp chất tương tự của cacbon


21

1. Borazol và benzen:
Borazol

Giống nhau

Benzen

- Khối lượng phân tử và cấu tạo giống nhau:

- Borazol cho những dẫn xuất tương tự dẫn suất của benzen.
- Giải thích: là do kết quả của sự tương đương về tổng số
electron giữa 2 nguyên tử B và N với 2 nguyên tử C:
Nguyên tử B kém C 1e nhưng nguyên tử N hơn C 1e.
Khác nhau

-Liên kết B-N là liên kết có

-Liên kết C-C là liên kết

cực.

không cực.


22

2. Các hợp chất khác:

- H3N–BN3 giống với H3C–CH3
- H2N=BH2 giống với H2C=CH2
- HN≡BH giống với HC≡CH


23

3. Bonitrua và cacbon

•Bonitrua dạng kim cương có cấu trúc tinh thể giống với kim cương.
-Trong mỗi tinh thể, nguyên tử B và nuyên tử N đều ở dạng lai hóa sp3 giống với
kim cương.

- Với mạng lưới tinh thể kiểu nguyên tử

bonitrua có độ cứng không kém

kim cương do mỗi nguyên tử B liên kết cộn hóa trị với bốn nguyên tử N
chung quanh hình thành tứ diện đều. Kim cương cũng vậy các nguyên tử
cacbon được xếp thành tinh thể đều đặn, mỗi nguyên tử cacbon nối chặt
chẽ với 4 nguyên tử chung quanh, tạo nên một tinh thể có cấu trúc rất
bền chắc nên có độ cứng rất cao


-Bo nitrua bền với nhiệt hơn. Khi đun nóng ở tron chân không đến 27000C,
0
nó không hề bị biến đổi và ở trong không khí đến 2000 C chỉ bị oxi hóa
trên bề mặt. Trong khi đó, Kim cương sẽ cháy ở khoảng 800 °C, nếu có đủ ôxy.

•Bo nitrua dạng than chì có kiến trúc lớp giống như than chì:
- Trong mỗi lớp, nguyên tử B cũng như nguyên
tử N đều ở dạng lai hóa sp

2

khoảng cách liên kết

0
B – N là 1,446 A .
* Giống nhau:

- Mềm như than chì.
- Khó nóng chảy và bền nhiệt như than chì.
* Khác nhau:

-Bo nitrua dạng than chì có màu trắng còn than
chì có màu đen.

-Bo nitrua kém bền hóa học hơn than chì:
.

Bị nước và axit phân hủy chậm khi đun nóng:
Tương tác với HF: BN + 4HF = NH4 BF4

24


25

05

Oxit boric, Axit boric,

Borac