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 CÁCHỢP 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

23100312Nguyễn Như Ngọc Làm slide phần hidrua+halogenua23100301Lại Thị Nguyệt MinhTìm hiểu nội dung về hidrua, làm word23100309Nguyễn Hoàng NgânLàm slide về hidroxit+halogenua23100299Đinh Thị MinhTìm hiểu nội dung halogenua, làm word23100311Vũ Thị Hương NgânTìm hiểu nội dung về oxit, làm word23100345Dương Đường Hương ThảoLàm slide về oxit

23100363Vũ Thị Hà ThươngThuyết trình, làm word23100357Nông Thị Hoài ThuThuyết trình, làm word23100366Nguyễn Huyền TrangTìm hiểu nội dung về hidroxit, làm word23100360Quách Lê Minh ThưLàm 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

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 → B22O3 + 3H O 2

- Boran tương tác mạnh với các halogen và bị halogen thay thế dần hydro: B2H6 + Cl → B22H5Cl + HCl

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

- Đi từ chất đầu là diboran : 3NaBH + 4BF → 3NaBF + 2B43 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

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 2233)3

(AlH + nNH → nAlH3)n33.NH3

4 Điều chế

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

- Điều chế bằng tương tác AlCl với dung dịch Li[AlH ] trong ete.34

AlCl + 3Li[AlH ] → 4AlH + 3LiCl343

nAlH → (AlH33)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.

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:

- Oxit boric dạng thủy tinh có thể điều chế bằng cách nhiệt phân axit boric 2H3BO3 = 3H O + B22O3

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+

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 :

- 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 +Na2CO33 → 2NaAlO + CO22

Al2O +3K32S2O7 →Al2(SO4) +3K SO324

- 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 MgO23

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

- 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.

- 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.

- 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):

- 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:

- 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 (gấp3 lần sắt).

- Khối lượng mol: 78.00 g/mol.- Khối lượng riêng: 2.42 g/cm 3

Al(OH) + KOH → K[Al(OH) ]34

Al(OH) + NaOH 2H O + NaAlO3 ⟶ 2 24 Điều chế

- Kết tủa ion Al :3+

Al + 3OH (vừa đủ) → Al(OH)3+3

Al + 3NH + 3H O → Al(OH) + 3NH3+3234

VD: 3NaOH + AlCl → 3NaCl + Al(OH)33

5 Ứng dụng

- Trong xử lý nước: Al(OH) được sử dụng để làm chất keo tụ trong quá trình xử 3

lý nước Nhờ khả năng kết tủa các tạp chất, Al(OH) giúp làm cho nước trở nên 3

trong và sạch hơn.

- Trong sản xuất hóa chất: Al(OH) là nguyên liệu để sản xuất nhôm sunfat 3

(Al (SO24)3), một hóa chất quan trọng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất giấy, dệt may, hóa chất,

- Trong y học: Al(OH) được sử dụng làm thuốc trung hòa axit trong dạ dày Nhờ 3

khả năng trung hòa axit, Al(OH) giúp làm giảm các triệu chứng của chứng ợ chua,3

trào ngược axit dạ dày.

- Trong các ngành công nghiệp khác:

+ Al(OH) được sử dụng làm chất độn trong sản xuất cao su, nhựa, 3

+ Al(OH) cũng được sử dụng làm chất chống cháy trong sản xuất các vật liệu 3

+ Dạng tồn tại: Ga(OH) và GaOOH3

- Inđi hydroxit + Màu sắc : trắng + Dạng tồn tại: In(OH)3

- Tali hydroxit + Màu sắc : hung đỏ

+ Dạng tồn tại: Tl(OH) và TlOOH3

- Đa số muối của axit mạnh dễ tan trong nước nhưng bị phân hủy khá mạnh làm cho dung dịch có phản ứng axit.

[Ga(H2O)6]3+ [Ga(H⇔ 2O) OH] +H5 2+ +

- Góc FBF là góc 120 và độ dài liên kết B-F bằng 1,29 Trong phân tử BF , Å 3

nguyên tử B ở trạng thái lai hóa sp 2

- Khi tương tác với một ít nước bo triflorua kết hợp với nước tạo thành 2 hidrat BF H32O và BF3.2H2O

- BF kết hợp với nhiều chất khác như ion F¯, NH ete, rượu … tạo thành những 33,

sản phẩm kết hợp, trong đó B ở trạng thái lai hóa sp :3

BF + F¯ 3 → BF4¯ BF + NH 33 → F3BNH3

- Những trihalogenua khác như BCl , BBr , BI có khả năng kết hợp kém hơn 333

nhưng bị thủy phân mạnh hơn, BI3 gây nổ khi gặp nước.4 Điều chế

- Bo halogenua có thể điều chế bằng cách đun nóng B2O3 với hỗn hợp NH4BF4 vàH SO24 đặc:

B2O3 + 6NH4BF4 + 6H2SO4→ 8BF + 6NH34HSO4 + 3H O 2- Đun nóng B2O3 với hỗn hợp CaF và H22SO4 :

B2O3 + 3CaF + 3H22SO4 → 2BF + 3CaSO + 3H O3425 Ứng dụng

- BF3 có thể được sử dụng làm chất xúc tác phản ứng hữu cơ, chẳng hạn như quátrình este hóa, kiềm hóa, trùng hợp, đồng phân hóa, sulfonat, nitrat hóa.Vật liệu để sản xuất boron halide, nguyên tố boron, borane, natri borohydride.

- Mạ ion và tạp nhiễm trong sản xuất mạch tích hợp thiết bị bán dẫn.

II.Nhôm halogenua: Các hợp chất nhôm halogenua khác nhau nhiều về cấu tạo và tính chất.

1 Nhôm florua (AlF )3

- Nhôm florua là chất ở ở dạng những tinh thể tam tà, có màu trắng, nóng chảy ở 1290 độ C.

- Mạng lưới tinh thể rất vững bền, gồm có các ion F¯ và các ion Al gói ghém gần như sít sao

- Trơ về mặt hóa học, không tan trong nước, acid và base - Dễ dàng kết hợp với florua kim loại tạo thành các floroaluminat - Có thể điều chế bằng cách cho nhôm hay nhôm oxit tương tác với HF ở nhiệt độ cao:

2Al + 6HF → 2AlF + 3H 3 2 Al2O3 + 6HF → 2AlF + 3H O 32

+ Nó cũng có thể được sử dụng như một từ thông để luyện kim loại màu.

2 Nhôm clorua (AlCl )3

- Nhôm clorua khan là chất ở dạng những tinh thể lục phương, có màu trắng - Nó thường ngả màu vàng nhạt vì chứa tạp chất FeCl Thăng hoa ở 183 độ 3

C và nóng chảy dưới áp suất 192,6 độ C

- Nhôm clorua ở trạng thái rắn dẫn điện tốt hơn ở trạng thái nóng chảy - Nhôm clorua khan bốc khói khá mạnh trong không khí vì nó hút ẩm mạnh rồi bị thủy phân giải phóng HCl

AlCl + 2H O 32 → Al(OH)2Cl + 2HCl

- Khi đun nóng hay trong dung dịch loãng, phản ứng thủy phân xảy ra hoàn toàn : AlCl + 3H O 32 → Al(OH) + 3HCl 3

- Nó chủ yếu được sản xuất, tiêu thụ trong sản xuất kim loại nhôm và trong các lĩnh vực khác của ngành công nghiệp hóa chất: dệt nhuộm, xử lý nước - Điều chế:

+ Cho nhôm phản ứng với axit HClɯ

2Al + 6HCl → 2AlCl + 3H3 2

+ Cho nhôm phản ứng với Cl2

2Al + 3Cl → 2AlCl2 3

3 Nhôm clorua hexahidrat

- AlCl3.6H2O là chất ở dạng những tinh thể tà phương trong suốt có màu vàngrất nhạt và chảy rữa trong không khí Tan dễ dàng trong nước nhưng rất khó kết tinh từ dung dịch nước

- Khi đun nóng muối hidrat không mất nước biến thành muối khan mà giải phóng HCl:

AlCl3.6H2O → Al(OH)3 + 3H O + 3HCl 2

- Hidrat chỉ chuyển thành muối khan khi đun nóng trong Cl hay khí HCl 2

- Dưới tác dụng của khí oxi khô muối khan bị phân hủy giải phóng Cl ở nhiệt 2

độ 420 độ C:

2Al2Cl6 + 3O2 → 2Al O23 + 6 Cl 2

III Các halogen của Ga, In, TlㅡEX3 ( X = F, Cl, Br, I)

t°

- Tương đối dễ nóng chảy, dễ tan trong nước và một số dung môi hữu cơ - Khi kết tinh thành dung dịch chúng tạo nên hidrat EX3.6H2O

- Các muối GaI và InI có màu vàng, TlI có màu đen3 33

- Giống với AlCl các muối khan GaCl và TlCl cũng bốc khói mạnh trong 3 3 3

không khí, chúng dễ dàng kết hợp với halogenua kim loại kiềm tạo thành những phức chất kiểu M3[EX6] và M[EX4].