1. Oxit boric: B2O3
Oxit boric là oxit quan trọng nhất của bo, nĩ tồn tại dưới hai dạng thù hình: dạng thủy tinh và dạng tinh thể. Thơng thường, nĩ tồn tại ở dạng thủy tinh, đĩ là một chất rắn khơng màu và giịn. Khi đun nĩng thì mềm và cĩ thể kéo sợi được và hĩa lỏng ở khoảng 600 0C. Ở 1800 0C nĩ sơi, hơi của nĩ gồm những phân tử B2O3. Oxit boric rất bền nhiệt, khi đun nĩng, cacbon khơng thể khử dễ dàng oxit boric thành bo.
Oxit boric hút ẩm mạnh và tan trong nước tạo thành các axit boric 2B2O3 H2B4O7 HBO2 H3BO3
nên được gọi là axit boric, qúa trình tan này phát ra nhiều nhiệt. Ở trạng thái nĩng chảy, oxit boric cĩ thể hịa tan nhiều kim loại, tạo thành borat
Na2O + B2O3 → Na2B2O4
Oxit boric dạng thủy tinh cĩ thể điều chế bằng cách nhiệt phân axit boric
2. Axit boric: H3BO3
Axit boric hay đúng hơn là axit orthoboric là chất ở dạng tinh thể gồm các lớp song song với nhau, mỗi lớp gồm những phân tử H3BO3 liên kết với nhau bằng liên kết hidro. Trong các lớp, khoảng cách B-O là 1,37A0 và O-O là 2,7A0
O : oxi; : Bo; : H
Lớp này liên kết với lớp kia bằng lực Van Der Waals, khoảng cách giữa các lớp là 3,18A0. Do đĩ tinh thể axit boric cĩ dạng vảy nhỏ, sờ vào cảm thấy béo nhầy.
Axit boric tan vừa phải trong nước, qúa trình tan thu nhiệt, cho nên độ tan của axit boric tăng mạnh theo nhiệt độ, 1 lít nước ở 0 0C hịa tan 1,95 gam và ở 100 0C hịa tan 290 gam axit boric, do đĩ axit boric rất dễ kết tinh lại trong nước.
Khi đun nĩng, axit orthoboric mất nước dần, ở 100 0C biến thành axit metaboric HBO2 và ở nhiệt độ cao hơn nữa biến thành axit tetraboric H2B4O7 rồi B2O3. Quá trình này xảy ra ngược lại với qúa trình khi cho B2O3 kết hợp với nước.
Tuy cơng thức H3BO3, nhưng axit orthoboric là một đơn axit và rất yếu, yếu hơn axit cacbonic
H3BO3 + H2O [B(OH)4]- + H+ K = 10-9
Khi trung hịa dung dịch axit boric trong nước bằng dung dịch baz thì tùy theo bản chất của cation trong baz đĩ mà thu được các kiểu muối borat khác nhau Ca(H2BO3)2, AgBO2, Na2B4O7
Axit boric tương tác với rượu, khi cĩ mặt của H2SO4 đặc tạo thành este
H3BO3 + 3CH3OH → B(OCH3)3 (Trimetyl borat) + H2O
Trimetyl borat là một chất lỏng khơng màu và rất dễ bay hơi. Khi được đốt cháy este đĩ cho ngọn lửa màu lục đậm, cho nên trong hĩa phân tích, người ta dựa vào tính chất này để nhận ra axit boric và muối borat.
3. Borat
khan được tạo nên khi nấu chảy axit boric với oxit kim loại, cịn borat hidrat được tạo nên khi kết tinh từ dung dịch nước.
4H3BO3 + 2NaOH → Na2B4O7 + 7H2O
Borat tách khỏi dung dịch dưới dạng tinh thể ngậm nước Na2B4O7. 10H2O, borat cĩ thành phần và cấu trúc rất khác nhau. Cơng thức của nhiều borat ví dụ như:
KB5O8. 4H2O, Ca2B6O11. 7H2O hầu như khơng ứng với axit nào cả.
Borat tác dụng với H2O2, cũng như axit boric tác dụng với Na2O2 đều cho pehidrat borat cĩ thành phần NaBO3. 4H2O, chất này khi tan trong nước giải phĩng H2O2 nên thường được dùng để làm chất tẩy trắng trong bột giặt.
Trong các muối borat, quan trọng nhất trong thực tế là natri tetraborat thường được gọi là borac.
4. Borac
Na2B4O7. 10H2O là chất ở dạng tinh thể trong suốt và khơng màu. Khi để trong khơng khí khơ chúng bị vụn ra phần phía trên bề mặt vì bị mất nước. Borac ít tan trong nước lạnh, nhưng tan nhiều trong nước nĩng, nên dễ kết tinh lại từ dung dịch
Dung dịch nước của borac cĩ phản ứng kiềm mạnh và cĩ khả năng hấp thụ khá mạnh khí CO2.
Na2B4O7 + 7H2O 4H3BO3 + 2NaOH
Khi đun nĩng, trước tiên borac nĩng chảy trong nước tinh khiết, đến 350 0C- 400 0C
mất nước biến thành muối khan và đến 741 0C muối khan nĩng chảy biến thành một
khối cĩ dạng thủy tinh. Giống như axit boric, borac khan nĩng chảy cĩ khả năng hịa tan oxit của các kim loại tạo thành muối borat ở dạng thủy tinh và thường cĩ màu đặc trưng
Na2B4O7 + CoO → 2NaBO2. Co(BO2)2
màu lam thẫm
3Na2B4O7 + Cr2O3 → 6NaBO2. 2Cr(BO2)3
màu lục
Nhờ khả năng hịa tan oxit của kim loại, borac được dùng làm thủy tinh quang học, men đồ sứ và đồ sắt và dùng để đánh sạch kim loại trước khi hàn. Vì cĩ cơng dụng đĩ mà borac được gọi là hàn the. Một lượng lớn borac cịn dùng để chế bột giặt.
F. HIĐRO
I.Trạng thái thiên nhiên - Thành phần đồng vị
Hiđrơ là nguyên tố phổ biến nhất của vũ trụ: nĩ chiếm tới một nửa khối lượng của mặt trời và của phần lớn các vì sao, nĩ cĩ trong khí quyển của hàng loạt hành tinh, cĩ trong sao chổi và khí giữa các vì sao.
Các ngơi sao thực chất là các khối khí hidro khổng lồ, ở đĩ khơng ngừng diễn ra các phản ứng nhiệt hạch tạo ra hạt nhân He tích tụ ở tâm ngơi sao:
4 1
1H → 4
2He + 2β+ + 2υ
Quá trình này kèm theo sự toả ra một nhiệt lượng rất lớn khoảng 154 triệu kcal/1 gam hidro. Chính nhiệt lượng khổng lồ này là nguồn năng lượng giúp cho mặt trời và phần lớn các ngơi sao luơn ở trạng thái nĩng đỏ.
II.Thế điện cực
Giá trị thế điện cực của hiđro trong các mơi trường như sau:
2H+ + 2e = H2↑ E0 = -0,0V (mơi trường axit)
2H+ (10-7M) + 2e = H2↑ E0 = - 0,414V (mơi trường trung tính) 2H2O + 2e = H2 + 2OH- E0 = -0,828V (mơi trường bazơ)
III. Tính chất vật lí
- Hidro cĩ nhiệt độ nĩng chảy và nhiệt độ sơi rất thấp, rất ít tan trong nước cũng như trong các dung mơi hữu cơ.
- Hidro cĩ khả năng khuếch tán lớn và tốc độ làm làm lạnh một vật nĩng trong bầu khí quyển hidro nhanh hơn (khoảng 6 lần) so với làm lạnh vật đĩ trong khơng khí.