cấu tạo tính chất lý hóa học của các hợp chất hidrua oxit hidroxit halogenua của nguyên tố nhóm 13

Một số ứng dụng của B2H6 Trang 5 - Trong hầu hết các phản ứng hóa học, nó được sử dụng như một chất khử, chất xúc tác và lưu hóa cao su trong các phản ứng trùng hợp.. Tính chất hóa học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

CẤU TẠO, TÍNH CHẤT LÝ HÓA HỌC CỦA CÁC HỢP CHẤT HIDRUA, OXIT, HIDROXIT, HALOGENUA CỦA NGUYÊN TỐ NHÓM 13.

Giảng viên : NGUYỄN HOÀNG PHÚC

Mã lớp học phần : CHE1077 2

NHÓM 3

Bảng phân công công việc

Mã sinh viên Thành viên Công việc

23100312 Nguyễn Như Ngọc Làm slide phần hidrua+halogenua

23100301 Lại Thị Nguyệt Minh Tìm hiểu nội dung về hidrua, làm word

23100309 Nguyễn Hoàng Ngân Làm slide về hidroxit+halogenua

23100299 Đinh Thị Minh Tìm hiểu nội dung halogenua, làm word

23100311 Vũ Thị Hương Ngân Tìm hiểu nội dung về oxit, làm word

23100345 Dương Đường Hương Thảo Làm slide về oxit

23100363 Vũ Thị Hà Thương Thuyết trình, làm word

23100357 Nông Thị Hoài Thu Thuyết trình, làm word

23100366 Nguyễn Huyền Trang Tìm hiểu nội dung về hidroxit, làm word

23100360 Quách Lê Minh Thư Làm slide về oxit

A Hidrua

I. Bo hidrua ( Boran ) : Hiện nay người ta biết được khoảng 30 boran, trong đó những boran được biết kĩ nhất là B2H6 , B4H10 ,

1 Cấu tạo của B2H6

- Sơ đồ liên kết của diborane (B2H6) thể hiện bằng liên kết đặc biệt B-H-B ( liên kết ba tâm ) nghĩa là có hai liên kết nhưng chỉ có một cặp electron

- Mỗi liên kết được hình thành nhờ sự che phủ 2 obitan lai hóa ở 2 nguyên

tử B (1 obitan có e độc thân và 1 obitan không có e với obitan 1s của nguyên tử H cầu nối có 1 e độc thân Ba obitan đó tổ hợp thành obitan phân tử

2 Tính chất vật lý

- Ở điều kiện thường B2H6, B4H10 là chất khí; B5H9, B5H11 và B6H10 là chất lỏng còn các boran khác là chất rắn

- Tất cả boran đều có mùi khó chịu và rất độc, chúng gây nhức đầu và nôn mửa

- Tính chất vật lý của boran biến đổi đều đặn theo khối lượng phân tử

3 Tính chất hóa học

- Các boran là hợp chất kém bền và hoạt động về mặt hóa học

- Khi đun nóng chúng phân hủy thành nguyên tố; ở nhiệt độ thấp hơn 1 boran có thể phân hủy thành boran khác

- Tất cả các khi tiếp xúc với không khí đều có thể bốc cháy Ví dụ:

B2H6 + 3O → B2 2O3 + 3H O 2

- Boran tương tác mạnh với các halogen và bị halogen thay thế dần hydro:

B2H6 + Cl → B2 2H5Cl + HCl

- Tất cả các boran đều bị nước và dung dịch kiềm phân hủy thành acid boric hay muối borat và hydro:

B2H6 + 6H O → 2H2 3BO3 + 6H 2

- Diboran còn có thể tương tác với nhiều hợp chất như hidrua kim loại kiềm, cacbon monoxit, amoniac…

- Với NH , diboran tạo nên hợp chất tinh thể màu trắng có thành phần 3

B H NH2 6 3

4 Điều chế

- Hỗn hợp boran điều chế được khi cho magie diborua ( MgB ) tác dụng với2

HCl Ví dụ :

6MgB + 12HCl → H + B2 2 4H10 + 6MgCl + 8B 2

- Đi từ chất đầu là diboran : 3NaBH + 4BF → 3NaBF + 2B4 3 4 2H6

- Ngoài ra có thể điều chế boran bằng những cách riêng

5 Một số ứng dụng của B2H6

- Diborane được sử dụng làm chất đẩy tên lửa, sử dụng trong sản xuất một dạng thủy tinh

- Trong hầu hết các phản ứng hóa học, nó được sử dụng như một chất khử, chất xúc tác và lưu hóa cao su trong các phản ứng trùng hợp

- Nó thậm chí còn được sử dụng như một tác nhân pha tạp trong sản xuất các thiết bị bán dẫn

II Nhôm hidrua: là hợp chất polime có công thức ( AlH 3)n

1 Cấu tạo

- Cũng như bo hidrua, nhôm hidrua là hợp chất thiếu e Người ta cho rằng

nó có kiến trúc lớp Mỗi nguyên tử Al được 6 nguyên tử H bao quanh kiểu bát diện Mỗi nguyên tử Al nối với 3 nguyên tử Al ở bên cạnh bằng những liên kết ba tâm

2 Tính chất vật lý

- Là chất rắn vô định hình, màu trắng, không bay hơi và phân hủy ở nhiệt độ trên 105 độ C thành nguyên tố

3 Tính chất hóa học

- Nhôm hidrua là hợp chất nhạy với oxi và nước, bốc cháy trong không khí

- Khi tan trong dung dịch ete, nó dễ dàng kết hợp với hidrua của kim loại kiềm tạo thành hidroaluminat:

nLiH + ( AlH → nLi[AlH ]3)n 4

- Ở nhiệt độ thấp, nhôm hidrua dễ dàng kết hợp với những chất cho như

NH3, MNH , M NH, M N, N(CH 2 2 3 3)3

(AlH + nNH → nAlH3)n 3 3.NH3

4 Điều chế

- Nhôm hidrua lần đầu tiên được điều chế vào năm 1942 khi phóng điện qua hỗn hợp nhôm trimetylamin và hidro

- Điều chế bằng tương tác AlCl với dung dịch Li[AlH ] trong ete.3 4

AlCl + 3Li[AlH ] → 4AlH + 3LiCl3 4 3

nAlH → (AlH3 3)n

5 Ứng dụng

- Nhôm hidrua và các dẫn xuất của nó được sử dụng làm các tác nhân khử trong tổng hợp hữu cơ

III Hidrua của Ga, In, Tl

- Gallane hay trihydridogallium (GaH ) là một loại khí không màu, nhạy 3

cảm với ánh sáng, không thể cô đặc ở dạng nguyên chất

+ Gallane vừa là thành viên đơn giản nhất của gallanes, vừa là nguyên mẫu của monogallanes Nó không có công dụng kinh tế và chỉ được sản xuất có chủ ý

vì lý do học thuật

- Indi trihydrua là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học (InH ) Nó đã 3

được quan sát thấy trong các thí nghiệm cách ly ma trận và cắt bỏ bằng laser

- Thallane là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là TlH3

+ Nó vẫn chưa được điều chế với số lượng lớn, do đó các tính chất hoá học vẫn chưa rõ cho lắm Tuy nhiên, talan phân tử đã được phân lập trong chất nền khí rắn Talan chủ yếu được sản xuất cho mục đích học tập, nghiên cứu

B Oxit

I Oxit của Bo (Oxit Boric)

1 Cấu tạo

- Cấu tạo bởi các nhóm BO nối với3

nhau qua những nguyên tố O

chung và sắp xếp hỗn độn

- Rất khó chuyển sang dạng tinh thể

- Gồm những nhóm tứ diện lệch BO 4

nối với nhau qua những nguyên tử

O chung

- Hơi của oxit boric gồm những phân

tử B2O3 Khi nung nóng, than không thể khử được oxit boric thành Bo

- Ở 1050 độ C, oxit boric tương tác với Bo tạo nên oxit thấp có công thức là (BO) n

- Ở nhiệt độ 1300-1500 độ C nó bay

hơi tạo nên những phân tử B2O2

2 Tính chất vật lí

- Là chất ở dạng khối rắn, không màu và dòn Khi đun nóng, nó trở nên mềm rồi tạo thành khối nhớt, có thể kéo sợi được và hóa lỏng ở gần 600

độ

- Oxit boric nóng chảy ở 450 độ C và sôi ở 250 độ C

3 Tính chất hóa học

- Oxit boric hút ẩm mạnh và tan trong nước tạo thành axit boric nên gọi là anhidrit boric, quá trình hòa tan này phát ra nhiều nhiệt:

B2O3 + 3H O = 2H2 3BO3

- Ở trạng thái nóng chảy, oxit boric có thể hòa tan nhiều oxit kim loại tạo thành borat

CaO + B2O3 = CaB2O4

(Bởi vậy, oxit boric được dùng để chế thủy tinh và men đồ sắt Trong thành phần của loại thủy tinh Piree bền nhiệt và bền hóa học có đến 12% B2O3 )

- Oxit boric dạng thủy tinh có thể được điều chế bằng nhiệt phận axit boric

4 Điều chế

- Oxit boric dạng thủy tinh có thể điều chế bằng cách nhiệt phân axit boric 2H3BO3 = 3H O + B2 2O3

5 Ứng dụng

- Dùng để chế thủy tinh và men đồ sắt

- Được sử dụng trong các hệ thống chống cháy và chống ăn mòn

- Được sử dụng trong sản xuất chất tẩy rửa, dung dịch làm sạch kính và các chất tạo màng

- Là một chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá, polymer hóa và cracking của các hợp chất hữu cơ

II Oxit của nhôm ( Nhôm oxit Al2O3)

1 Cấu tạo

- Al2O3 tồn tại dưới một số dạng đa hình, bền hơn hết là các dạng α và γ

- Al2O3-α là những tinh thể bao gồm những ion O gói ghém sít sao kiểu lục 2-phương, trong đó hai phần ba lỗ trống bát diện được chiếm bởi ion Al 3+

- Al2O3-γ là những tinh thể lập phương không màu và không tồn tại trong thiên nhiên Ở khoảng 10000C, dạng γ chuyển sang dạng α

2 Trạng thái tự nhiên

- Al2O3-α trong tự nhiên tồn tại dưới dạng khoáng vật corundum chứa trên 90% oxit Do chứa tạp chất nên corundum có màu trắng đục

- Corundum nóng chảy ở 20720C, sôi ở ≈ 35000C và rất cứng, được dùng làm

đá mài và bột mài kim loại

3 Tính chất vật lí

- Màu trắng sáng, bền với nhiệt độ, không nóng chảy

- Không có khả năng tác dụng với nước và không tan trong nước

4 Tính chất hóa học

- Là một oxit lưỡng tính: có khả năng phản ứng với kiềm nóng chảy và dung dịch axit :

Al2O +2NaOH+3H3 2O → Na[(Al(OH) ]4

Al2O3+6HCl → 2AlCl3+3H O2

- Vì tính chất bền nên Al2O3 rất khó bị khử thành kim loại: Khử Al2O3 bằng C

sẽ không thu được Al mà thu được Al4C3:

Al2O3+9C → Al4C3+6CO

- Al2O3 không tác dụng với H , CO ở bất kì nhiệt độ nào.2

- Ở nhiệt độ thường corundum rất trơ về mặt hóa học, nó không tan trong nước, dung dịch axit và dung dịch kiềm Nhưng ở nhiệt độ khoảng 10000C, nó tương tác mạnh với hidroxit, cacbonat, hidrosunfat và disunfat kim loại kiềm ở trạng thái nóng chảy

Al2O +Na2CO3 3 → 2NaAlO + CO2 2

Al2O +3K3 2S2O7 →Al2(SO4) +3K SO3 2 4

- Ở nhiệt độ cao Al2O3 tương tác với oxit của một số kim loại tạo nên những sản phẩm có tính chất đá quý, ví dụ như alexandrit Al2O3.BeO và spinen

Al O MgO2 3

5 Điều chế

- Al2O3-γ được tạo nên khi nung AlOOH ở 500-6000C, hoạt động hơn corundum, có thể tan trong dung dịch kiềm và dung dịch axit

- Trong công nghiệp, nhôm oxit được điều chế bằng cách nung Al(OH) ở 3

nhiệt độ 12000C-14000C

2Al(OH) →Al3 2O +3H O3 2

6 Ứng dụng

- Dùng để điều chế nhôm

- Dùng làm vật liệu chịu lửa : chén nung, ống nung và lớp lót trong của các lò điện

- Nhôm oxit tinh khiết còn được dùng làm xi-măng trám răng (28,4% Al2O ).3

- Điều chế đá quý nhân tạo bằng cách nấu chảy Al2O3 với một lượng nhỏ oxit của kim loại tạo màu ở trong ngọn lửa hidro-oxi hoặc hồ quang rồi cho kết tinh thành những đơn tinh thể lớn

III Các hợp chất của Ga, In và Tl với số oxi hóa +3 ( kí hiệu

là E(III))

1 Cấu tạo

- Ga2O3 tồn tại dưới hai dạng thù hình có kiến trúc tương tự với các dạng thù hình của Al2O3: dạng α bền ở nhiệt độ cao và dạng γ bền ở nhiệt độ thấp In2O3

và Tl2O3 chỉ có một dạng

2 Tính chất vật lí

- Oxit E2O3 : đều là chất rắn, Ga2O3 màu trắng, In2O3 màu vàng, Tl2O3 màu nâu đen

- Tất cả các oxit đều không tan trong nước, dung dịch kiềm và dung dịch axit trừ Tl2O3 tan trong axit

3 Tính chất hóa học

- Ga2O3 nóng chảy ở 17400C không phân hủy, In2O3 nóng chảy ở 8500C và biến thành In3O4 ở nhiệt độ đó, còn Tl2O3 bắt đầu mất oxi ở 1000C biến thành Tl O2

và phản ứng xảy ra hoàn toàn ở trên 7590C Vì vậy khi được đốt cháy trong không khí, tali tạo nên hỗn hợp Tl2O3 và Tl O 2

4 Điều chế

- Trừ Tl2O3, tất cả các oxit có thể điều chế bằng cách đốt cháy kim loại ở trong không khí

- Cả ba oxit có thể điều chế bằng cách nhiệt phân hidroxit hay muối nitrat 4Ga(NO → 2Ga3)3 2O +12NO +3O3 2 2

- Riêng Tl2O3 có thể điều chế bằng cách dùng ozon oxi hóa Tl O2 .

C HYDROXIT

- Công thức hydroxit cao nhất của nhóm nguyên tố 13 (IIIA) là R(OH) (R là 3

nguyên tố nhóm IIIA)

- Cấu hình electron chung của nhóm IIIA là : ns1np1

I.AXIT BORIC

1 Cấu tạo

- Trong nhóm IIIA có B là phi kim Do đó công thức hidroxit của boron (B) ngoại lệ so với TH tổng quát

- Axit boric là một axit yếu của bo, có dạng tinh thể, không màu hoặc có màu trắng, tan trong nước

- Công thức hydroxit cao nhất của B là H3BO3( boric acid)

+ Cấu trúc tinh thể: các phân tử H3BO3 liên kết với nhau bằng liên kết hiđro + Khoảng cách giữa 2 lớp cạnh nhau vào khoảng 318pm

Cấu trúc axit boric

2 Tính chất vật lý

- Công thức phân tử: H3BO3

- Khối lượng mol: 61,83301 g/mol

- Ngoại quan: Tinh thể không màu hoặc bột màu trắng và có thể hòa tan trong nước

- Khối lượng riêng: 1,435 g/cm 3

- Điểm nóng chảy: 170,9°C

- Điểm sôi: 300°C

- Độ hòa tan trong nước 4,72 g/100ml (20°C)

3 Tính chất hoá học

- Axit boric có thể tan trong nước sôi Khi nung trên 170 ℃, nó tách nước tạo thành axit metaboric (HBO2):

H3BO3 → HBO + H O2 2

- Axit metaboric nóng chảy ở 236 ℃, và khi nung trên 300 ℃ nó tiếp tục tách nước tạo thành axit tetraboric (H2B4O ):7

4HBO → H2 2B O4 7 + H O2

- Nếu tiếp tục tách nước, nó sẽ tạo ra đibo trioxit:

H2B O4 7 → 2B2O3 + H O2

- Axit boric không phân ly trong dung môi gốc nước như axit bronsted nhưng là một axit lewis phản ứng với các phân tử nước để tạo thành ion tetrahydroxyborate B(OH) + H O [B(OH) + H ( K=10 )3 2 ⇌ 4]- + -9

- Các anion polyborat được tạo ra tạo thành dung dịch có pH 7–10 nếu nồng độ

bo lớn hơn 0,025 mol/L Ion phổ biến nhất là tetraborat được tìm thấy trong borax khoáng:

4B(OH) + 2 H B4- +⇌ 4O72- + 9H O2

- Axit boric có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ các sóng âm tần số thấp trong nước biển

4 Điều chế

- Axit boric có thể được điều chế khi cho borax phản ứng với 1 axit khoáng

VD : axit Clohiđric

Na2B4O 10H7 2O + 2HCl → 4H3BO3 + 2NaCl + 5H2

5 Ứng dụng

- Thuốc diệt côn trùng: Axit boric thường được sử dụng trong các sản phẩm diệt côn trùng như bột diệt muỗi hoặc thuốc diệt mối

- Chất chống ô nhiễm: Axit boric được sử dụng trong quá trình chế biến gỗ để ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn

- Trong nông nghiệp: Axit boric có thể được sử dụng trong các loại phân bón để cung cấp boron cho cây trồng, giúp cải thiện sức khỏe và sự phát triển của chúng

- Trong ngành thủy tinh và gốm: Axit boric được sử dụng trong quá trình sản xuất thủy tinh và gốm để cải thiện tính chất của sản phẩm

- Trong sản xuất chất dẻo: Axit boric có thể được sử dụng làm chất chống cháy trong sản xuất các sản phẩm nhựa

- Trong y học: Một số loại thuốc mắt và dung dịch làm mát có chứa axit boric, được sử dụng để làm sạch và làm mát mắt

- Trong hóa mỹ phẩm: Axit boric có thể được sử dụng làm chất bảo quản trong

mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc da khác

II NHÔM HYDROXIT

1 Cấu tạo

- Nhôm hydroxit có cấu trúc mạng tinh thể lục phương, với mỗi ion nhôm (Al 3+

được bao quanh bởi 6 ion hydroxyl (OH ) theo cấu trúc bát diện.

Các ion OH liên kết với nhau bằng liên kết hydro, tạo thành mạng lưới ba chiều

-vững chắc

- Cấu tạo phân tử : Al(OH)

2 Tính chất vật lý

- Nhôm hydroxit là một loại hợp chất hóa học dạng rắn, không tan được trong nước (ở bất cứ điều kiện nhiệt độ nào)

- Nhôm hydroxit dẫn điện tốt (gấp 3 lần sắt, bằng 2/3 lần đồng), dẫn nhiệt tốt (gấp

3 lần sắt)

- Khối lượng mol: 78.00 g/mol

- Khối lượng riêng: 2.42 g/cm 3

- Nhiệt độ nóng chảy: 300 °C

- Độ hòa tan: 0.0001g/100 mL ngoài ra nó còn tan axit, alkan…

3 Tính chất hoá học

- Kém bền với nhiệt, nên khi đun nóng Al(OH) phân hủy thành Al3 2O 3

2Al(OH) → Al3 2O3 + 3H O2

- Đây là hợp chất lưỡng tính nên có thể tác dụng với cả axit và cả bazo:

+ Tác dụng với axit mạnh:

Al(OH) + 3HCl → AlCl + 3H O3 3 2

+ Tác dụng với dung dịch có tính kiềm mạnh:

Al(OH) + KOH → KAlO + 2H O3 3 2

Al(OH) + KOH → K[Al(OH) ]3 4

Al(OH) + NaOH 2H O + NaAlO3 ⟶ 2 2

4 Điều chế

- Kết tủa ion Al :3+

Al + 3OH (vừa đủ) → Al(OH)3+

-3

Al + 3NH + 3H O → Al(OH) + 3NH3+

3 2 3 4

VD: 3NaOH + AlCl → 3NaCl + Al(OH)3 3

- Kết tủa AlO :2

AlO + CO + 2H O → Al(OH) + HCO2- 2 2 3 3

AlO + H + H O → Al(OH)2- + 2 3

VD: NaAlO + CO + 2H O → Al(OH) + NaHCO