Bài giảng Hóa đại cương vô cơ: Chương 5 - Nguyên tố nhóm III

CHƢƠNG 5: NGUYÊN TỐ NHÓM III 100 NGUYÊN TỐ NHÓM III Mục tiêu Từ cấu tạo nguyên tử, giải thích nguyên nhân tính chất nguyên tố IIIA Vẽ công thức cấu tạo, viết phản ứng yếu hợp chất B, AI 101 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất  Nguồn thiên nhiên chủ yếu:  Bor (Borax Na2[B405(0H)4].8H20)  Nhôm (Bauxit (Al203))  Gali (Vết bauxit)  Indi (Vết quặng sulfid Zn/Pb)  Thali (Vết quặng sulfid Zn/Pb) 102 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng nhóm IIIA 103 NHĨM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.2 Những đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu Những đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu nhóm IIIA 104 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.3 Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp ứng dụng 1.3.1 Các phản ứng  2Ga (r) + 6H20 (nóng) → 2Ga3+(aq) + 60H-(aq) + 3H2 (k) 2Tl (r) + 2H20 (hơi) → 2Tl+(aq) + 20H-(aq) + H2 (k) Al tạo vỏ áo Al203 bảo vệ, không phản ứng  4E (r) + 302 (k) → 2E203 (r) (E = B, Al, Ga, In) 4Tl(r) + 02(k) → T120 (r) Tính base oxyd tăng dần xuống dưối nhóm: B203 (acid yếu) < A1203 (lưỡng tính) < Ga203 < ln203 < T120 (base mạnh) 105 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.3 Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp ứng dụng 1.3.1 Các phản ứng  2E (r) + 3X2 → 2EX3 (E = B, Al, Ga, In X2 = Halogen) 2Tl(r) + X2 → 2T1X (r)  Bor oxyd tan nước tạo acid orthoboric, gọi acid boric: B203 (r) + 3H20 → 2H3BO3 (r)  Chế tạo acid boric từ borax (natri tetraborat): Na2B407(aq) + 2HC1 (aq) + 5H20 → 4H3B03(r) + 2NaCl (aq) 106 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.3 Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp ứng dụng 1.3.1 Các phản ứng  Acid boric dễ tan dung môi hữu chứa nhiều nhóm hydroxyl (như glycerin) tạo phức; alcol (như rượu methylic, rượu ethylic) tạo este H3BO3 + 3CH3CH2OH -> B(OCH2CH3)3 + 3H20  Nhôm phản ứng với dung dịch kiềm: 2AI (r) + 2NaOH (aq) + 10H20 2Na[Al(H20)2(0H)4](aq) + 3H2 (k) (1) →  Sự lưỡng tính nhôm hydroxyd, tan acid kiềm 107 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.3 Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp ứng dụng 1.3.2 Những hợp chất thông dụng  Bor oxyd, B203 dùng chế tạo thuỷ tinh chịu nhiệt borosilicat  Borax, natri tetraborat, Na2[B4O5(OH)4]8H2O hay Na2B407.10H20, nguồn thiên nhiên để chế tạo hợp chất Bor, B203 chế tạo thuỷ tinh borosilicat  Natri peroxyborat dùng làm chất tẩy trắng bột giặt, men sứ  Hydrid Li nhôm, LiH.AIH3 = Li[AlH]4 dùng tổng hợp hữu vô  Nhôm clorid khan, AlCl3 dùng làm xúc tác phản ứng tổng hợp quan trọng mang tên Friedel - Graft 108 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.3 Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp ứng dụng 1.3.2 Những hợp chất thông dụng  Nhôm oxyd γ, A1203-γ sử dụng làm chất hấp phụ sắc ký, chất xúc tác giá mang chất xúc tác  Nhôm oxyd a, Al203-α dùng làm đá mài, bột mài, vật liệu chịu lửa, để sản xuất nhôm Corandum tinh khiết lẫn vết Fe2+, Ti4+ có màu lam đá quý xaphia; lẫn vết Cr3+ có màu đỏ đá quý ruby  Các muối kép hay phèn dùng sản xuất giấy, nhuộm, thuộc da, đánh nước 109 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.4 Vai trò ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 1.4.1 Bor  B hợp chất có độc tính lượng lớn Tuy vậy, bor silic coi có liên quan đến chuyển hoá ổn định xương  Acid boric borat khơng có tính sát trùng, có tính kìm khuẩn yếu, dùng làm chất chống nhiễm khuẩn ngồi da  Ví dụ: Acid boric, H3BO3 = 61,84 dùng pha dung dịch rửa mắt 3%, Natri tetraborat, Na2B407.7H20 = 381,37; làm thuốc kìm khuẩn nhẹ, súc miệng 110 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.4 Vai trò ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 1.4.2 Nhơm  Khơng có vai trị sinh học Ngược lại, thấy độc tính mạn nhôm ảnh hưởng đến não biểu người cao tuổi  Nhiều hợp chất nhôm không tan dùng làm thuốc kháng acid (antacid) dày  Nhôm hydroxyd, A1(0H)3 = 78,00; làm dung dịch keo đơng (gel) dùng trung hồ HC1 dịch vị trường hợp tăng acid bệnh loét dày  Kaolin dùng làm bột rắc bột nhão đế chữa bệnh da, loét, bỏng; uống để bảo vệ niêm mạc dày  Bentonit vận dụng nhiều thực hành dược khoa, làm chất bảo vệ ổn định dạng thuốc huyền phù dịch treo 111 NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 1.4 Vai trò ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 1.4.3 Gali – Indi - Tali  Khơng có ứng dụng dược, trừ đồng vị phóng xạ 67Ga, 111In, 113In 201T1 sử dụng nghiên cứu chẩn đoán  Ga3+ tỏ hữu ích điều trị chứng tăng calci huyết có liên quan đến ung thư  Tali chất độc hấp thu qua ruột, qua da, sử dụng làm chất diệt côn trùng, kiến độc; bị lạm dụng làm mỹ phẩm (thuốc mỡ, cream bơi ngồi da đê làm rụng lơng tóc) gây chết người 112 NHĨM IIIB: Sc - Y - La - Ac 2.1 Trạng thái thiên nhiên  Scandi, ytri, lanthan actini nguyên tố phân tán tự nhiên, khơng có khống vật đặc trưng  Chúng thường lẫn quặng đa kim loại lanthanid thori  Actini nguyên tố phóng xạ thiên nhiên, lượng nhỏ quặng uran 113 NHÓM IIIB: Sc - Y - La - Ac 2.2 Liên quan cấu tạo tính chất  Chúng có electron hố trị (n-l)d1ns2 số oxy hoá +3  Sc, Y, La, Ac kim loại mềm; màu trắng bạc; nhiệt độ nóng chảy sơi cao; hoạt động hố học mạnh (chỉ kim loại kiềm kiềm thổ) tăng dần từ xuống nhóm  Chúng tác dụng với acid loãng (H2S04, HC1) giải phóng hydro tạo muối E3+ tác dụng với nước giải phóng hydro tạo base E(OH)3 có tính base mạnh dần từ Sc(OH)3 đến Ac(OH)3 114 NHÓM IIIB: Sc - Y - La - Ac 2.2 Liên quan cấu tạo tính chất  Các muối chứa E3+ thông dụng tan nước nitrat, clorid, acetat Còn muối fluorid, carbonat, phosphat oxalat E3+ tan  Cả kim loại nhóm khơng có cơng dụng quan trọng La tạo hợp kim với lanthanid đề làm đá lửa, pha thêm vào hợp kim khác để chông gỉ, tăng chịu nhiệt  Sc kim loại dùng kỹ thuật điện chân khơng khử khí tốt Những ferit chứa lượng nhỏ Sc203, Y203 dùng nhớ thiết bị giải - tính nhanh 115 NHÓM IIIB: Sc - Y - La - Ac 2.3 Vai trị ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính  Các ngun tố IIIB có ý nghĩa, vai trò ứng dụng Y - Dược học  39 Y chất phóng xạ β, có thời gian bán huỷ 65h Dung dịch ytri clorid tạo dung dịch keo phóng xạ pH = 7,0-7,8 dùng điều trị bệnh máu ác tính  Một số hợp chất lanthan (La), neodymi (Nd) praseodymi (Pr) có tác dụng kéo dài thời gian đơng máu nên có vận dụng làm thuốc chống đông  Phức oxalat Ce3+ làm thuốc chống nôn kéo dài 116