منو
 کاربر Online
491 کاربر online

عناصر گروه IIIA (قسمت اول)

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > شیمی
(cached)



این مطلب از بخش آموزش وب‌سایت المپیاد شیمی رشد،انتخاب شده که با فرمت pdf نیز در وب‌سایت المپیاد رشدموجود می‌باشد. برای مشاهده این موضوعات در وب‌سایت المپیاد، به آدرس فهرست مطالب شیمی مراجعه کنید. همچنین می‌توانید با کلیک اینجا‌ ، با ویژگی‌های بخش آموزش این وب‌سایت آشنا شوید.


عنصرهاي گروه IIIA


عنصرهاي گروه سوم اصلي شامل بور، آلومينيم، گاليم، اينديم و تاليم است. آرايش الكتروني لايه ظرفيت اين عنصرها است. پاره‌اي از ويژگيهاي فيزيكي اين عنصرها در جدول 1 داده شده است.


خواص شيميايي


به طور كلي عنصرهاي اصلي اين گروه به علت داشتن پتانسيل يوني نسبتاً‌ زياد (به ويژه آلومينيم)، تمايل زيادي به تشكيل كمپلكس چهاروجهي با يونهاي هاليد، و دارند. مانند و... افزون بر آن، كاتيون آبپوش شده آنها به شدت هيدروليز شده و محيط را اسيدي مي‌كند. براي مثال:
بور برخلاف عنصرهاي ديگر اين گروه، تمايل زيادي به ديمر شدن براي مثال، در و يا تشكيل تركيبهاي قفسي دارد. اكسيد و هيدروكسيد بور،، خاصيت اسيدي، اكسيد و هيدروكسيد آلومينيم و گاليم خصلت آمفوتري، ولي اكسيد و هيدروكسيدهاي اينديم و تاليم خصلت بازي دارند.

جدول ا: پاره‌اي از ويژگيهاي فيزيكي عنصرهاي گروه
بور آلومينيم گاليم اينديم تاليم
نماد شيميايي
عدد اتمي
5 13 31 49 81
دماي ذوب
2080 660 29.8 157 303.5
دماي جوش
3865 2517 2203 2080 1457
چگالي
2.46 2.70 5.90 7.29 11.58
شعاع اتمي
0.85 1.43 1.34 1.67 1.70
شعاع يون
- 0.50 0.76 0.81 0.95
الكترونگاتيوي (مقياس پاولينگ)
2.01 1.47 1.82 1.49 1.44
پتانسيل الكترودي استاندارد
-0.89 -1.67 -0.53 -0.34 -0.34
انرژي نخستين يونش
801 578 579 558 589
انرژي دومين يونش
2426 1816 1979 1820 1970
انرژي سومين يونش
36592744 2962 2704 2877

(متابورات سديم)






علت تفاوت كلي و اساسي بور با عنصرهاي همگروه خود در اين است كه شعاع آن نسبتاً كوچك و پتانسيل يوني آن بسيار زياد است و قدرت قطبي كنندگي و تمايل زيادي به تشكيل پيوند كوالانسي دارد. به طوري كه كاتيون مجزاي (يعني تركيبهاي يوني) براي آن نمي‌توان قائل شد. البته آلومينيم نيز (مانند بريليم) تا حدي تمايل به تشكيل پيوندهاي كوالانسي دارد. براي مثال، كلريد آلومينيم تركيبي كوالانسي است كه حتي در حالت مذاب جريان برق را عبور نمي‌دهد و تجزيه نمي‌شود.
از نظر اعداد اكسايش نيز بين عنصرهاي اين گروه تفاوتهايي وجود دارد. زيرا بور و آلومينيم تنها با عدد اكسايش 3+در تركيبها شركت مي‌كنند. در صورتي كه تركيبهايي با عدد اكسايش 1+ براي سه عنصر ديگر شناخته شده است. البته عدد اكسايش 3+ در مورد گاليم و اينديم اهميت بيشتري دارد ولي در مورد تاليم، عدد اكسايش 1+ پايداري و اهميت بيشتري دارد. در گذشته علت اين امر را به جفت الكترون بي‌اثر نسبت مي‌دادند ولي امروزه اين نظر رد شده است، زيرا مجموع انرژيهاي دومين و سومين يونش براي مثال، در مورد تاليم كمتر است تا در مورد گاليم. از اين‌رو، آن را به ضعيفتر شدن پيوند كوالانسي نسبت مي‌دهند. براي مثال، در مورد كلريد گاليم، اينديم و تاليم به ترتيب برابر 242، 206 و 152 كيلوكالري بر مول است.
به علت نقض قاعده هشتايي، تركيبهاي آنها اسيد لوئيس قوي محسوب مي‌شود. از اين رو، نقش كاتاليزور را در بسياري از واكنشهاي الكتروفيلي در شيمي‌آلي و معدني دارند (به ويژه براي مثال، در نقش كاتاليزور فريدل - كرافتس) و تمايل زياد به جذب آنيون و تشكيل كمپلكسدارند.
يون كمپلكس به صورت نمك به عنوان يكي از عوامل كاهنده قوي كاربرد دارد. و طبق واكنش زير بدست مي‌آيد.
خلاصه‌اي از خواص شيميايي اين عنصرها (غير از بور) عبارت است از:

( نيز تشكيل مي‌دهد) img/daneshnameh_up/b/b0/mch0127a.jpg

( نيز تشكيل مي‌دهد)

( نيز تشكيل مي‌دهد، نيز مانند گوگرد واكنش مي‌دهند). img/daneshnameh_up/a/a7/mch0127b.jpg

( نيز تشكيل مي‌دهد)

( به طور غيرمستقيم تهيه مي‌شوند)

(تنها با )


بور


بور در طبيعت به صورت بوراتها وجود دارد كه مهمترين آنها بوراكس و كرنيتاست. چون دماي ذوب بور بسيار بالا است، تهيه آن دشوار است. معمولاً آن را از كاهش اكسيد آن به وسيله منيزيم يا كاهش برميد آن به وسيله هيدروژن، به صورت بي‌شكل (فعالتر است) يا بلوري (كم‌اثر‌تر است) تهيه مي‌كنند.
img/daneshnameh_up/f/f2/mch0127c.jpg
(با كمي ناخالصي)
(خالص)
ساختار بلوري بور (رومبوهدرال) شامل واحدهاي بيست وجهي مثلثي تقريباً منتظم مستقر در يك شبكه انباشته مكعبي (اندكي تغيير شكل يافته) است. اين ساده‌ترين آلوتروپهاي بلوري بور است. قسمتي از اين ساختار بلوري در راستاي عمود بر محور مرتبه 3 بلور، در شكل نشان داده شده است. خط‌چينها، پيوندهاي سه‌ مركزي دو الكتروني با طول 025/2 آنگستروم را نشان مي‌دهد كه واحدهاي را به هم متصل مي‌كنند. هر واحد با 6 پيوند دو مركزي دو الكتروني با طول 71/1 آنگستروم (3 پيوند در بالا و 3 پيوند در پايين صفحه بلور با آرايش رومبوهدرال) پيوند دارد. فاصله در هر واحد بين 73/1 تا 79/1 آنگستروم تغيير مي‌كند.

img/daneshnameh_up/9/9d/mch0127d.jpg


تركيبهاي مهم بور


بورانها - داراي فرمول كلي (مانند بوران: ) يا (مانند تترابوران: ) هستند. دي‌بوران را مي‌توان از واكنش با هيدريد ليتيم تهيه كرد:
(گاز)
براي مولكول دي‌بوران، ساختاري رزونانسي مطابق شكل مي‌توان در نظر گرفت:
img/daneshnameh_up/0/01/mch0127e.jpg
با در نظر گرفتن پيوند سه مركزي دو الكتروني، ساختار واحد و ساده‌اي مطابق شكل براي مي‌توان در نظر گرفت.
img/daneshnameh_up/f/f3/mch0127f.jpg
نيتريد بور (بورازون: ) - از واكنش اكسيد بور با كلريد آمونيم در گرما بدست مي‌آيد:
img/daneshnameh_up/d/da/mch0127g.jpg
نيتريد بور، داراي ساختار بلوري هگزاگونالي مطابق شكل است. مانند گرافيت خاصيت نرم‌كنندگي دارد. اما برخلاف گرافيت، سفيد رنگ است و رساناي جريان برق نيست.
img/daneshnameh_up/3/38/mch0127h.jpg
نيتريد بور در دماهاي بالا و تحت فشار، ساختار مكعبي (مانند الماس) مطابق شكل پيدا مي‌كند و بسيار سخت مي‌شود. از آن به عنوان ماده ساينده استفاده مي‌شود.
img/daneshnameh_up/3/31/mch0127i.jpg
بورازين- از واكنش تتراهيدروبورات ليتيم با كلريد آمونيم در گرما بدست مي‌آيد
img/daneshnameh_up/3/3f/mch0127j.jpg
ساختاري شبيه بنزن دارد:
img/daneshnameh_up/d/d7/mch0127k.jpg
ساختارهاي رزونانسي آن در شكل نشان داده شده است.
img/daneshnameh_up/6/69/mch0127l.jpg
خواص شيميايي بورازين تحت تأثير قطبي بودن پيوندقرار دارد. گروههاي نوكلئوفيل (باز لوئيس) مانند به اتم (اسيد لوئيس) و گروههاي الكتروفيل (اسيد لوئيس) مانند به اتم : (باز لوئيس) حمله مي‌كنند:
به همين علت، بورازين برخلاف بنزن تمايل به شركت در واكنشهاي افزايش با مولكولهاي قطبي مانند دارد:
تركيبهاي سيرشده بورازين مشابه سيكلوهگزان‌ هستند. از اين نظر نيز بورازين با بنزن تفاوت دارد. بورازين خالص بسيار ناپايدار است و در مقابل نور منفجر مي‌شود.
آمونياك كربوكسيل بوران، مانند گليسين داراي اهميت بيولوژيكي است. در درمان غده‌هاي مغزي، كاهش دادن كلسترول خون مؤثر است.
اسيد اورتوبوريك - از هيدروليز بدست مي‌آيد:
ماده جامد بلوري و بي‌رنگ است. مولكول آن ساختار مسطح مثلثي دارد. در آب حل مي‌شود و محلول آن خاصيت ضدعفوني‌كنندگي و خاصيت اسيدي ضعيف يك پروتوني دارد.
با افزودن الكل، خاصيت اسيدي آن افزايش مي‌يابد (چرا؟)
اسيد تترابوريك - نمك سديم آن به نام بوراكس معروف است. در واقع آن را بايد به صورت در نظر گرفت. ساختار آنيون به صورت زير است:
img/daneshnameh_up/6/6b/mch0127m.jpg
تتراهيدروبورات سديم - جامدي بلوري و سفيد رنگ محلول در آب است و به كُندي هيدروليز مي‌شود. آن را معمولاً از واكنش هيدريد سديم با تهيه مي‌كنند:




پیوند های خارجی

http://Olympiad.roshd.ir/chemistry/content/pdf/0201.pdf





تعداد بازدید ها: 24093


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..