KIM LOẠI PHÂN NHểM A
7.3. Kim loại nhúm IIIA
7.3.1. Tớnh chất chung
Trong nhúm này ta chỉ nghiờn cứu cỏc nguyờn tố: B (Bo) Al (Nhụm)
7.3.1.1. Một sốđặc điểm về cấu tạo và cỏc thụng số trạng thỏi vật lý của cỏc nguyờn tố
thuộc phõn nhúm chớnh nhúm IIIA:
Cỏc thụng số Đơn vị B Al
Lớp e ngoài cựng 2s22p1 3s23p1
Năng lượng ion húa l1 eV 8,3 5,95
Độõm điện 2,0 1,5
Bỏn kớnh nguyờn tử Ǻ 0,91 1,43
Nhiệt độ núng chảy 0C 2072 650 Nhiệt độ sụi 0C 3700 2467 Khối lượng riờng g/cm3 2,3 2,7
Cú 3 e húa trị: ns2np1, số oxy húa bền: +3
TừBo tơid Tali: Do tớnh trơ của cặp e ns2tăng dần nờn:
Độ bền của sốoxy húa dương cao (+3) giảm dần
Độ bền của sốoxy húa dương thấp (+1) tăng dần
Ở Tali trạng thỏi oxy húa + 1 cũn bền hơn +3
7.3.1.2. Đơn chất
Từ B là phi kim, cỏc nguyờn tố cũn lại đều là những kim loại, quan trọng là nhụm.
* Tớnh chất lớ học:
Nhụm là kim loại trắng bạc, rất cứng, dễ kộo dài, dỏt mỏng. Nhụm dẫn điện tốt và dễ tạo hợp kim với cỏc kim loại khỏc.
* Tớnh chất húa học:
Nhụm là kim loại hoạt động mạnh, cú tớnh khửlà đặc trưng. Trong khụng khớ, ở điều kiện thường, nhụm bị oxy khụng khớ oxy húa bề mặt tạo lớp oxyd mỏng, bền, đặt khớt bảo vệ nhụm khụng vị oxy húa tiếp. Song bằng cỏch nào đú ngăn cản Al tạo màng oxyd bảo vệ thỡ Al tiếp tục tỏc dụng với oxy khụng khớ ngay ởđiều kiện thường. Vớ dụ
Al sau khi nhỳng vào dung dịch muối thuỷ phõn bị oxy húa hoàn toàn. Ở dạng bột hoặc lỏ mỏng, Al chỏy mónh liệt khi đốt; phản ứng này tỏa rất nhiều nhiệt.
2Al + 3/2O2 = Al2O3 ∆H0
298 = -1675 kJ.mol-1
4M (r) + 3O2 (k) = 2M2O3 (r) (M = B, Al, Ga, In) 4 Tl (r) + O2(k) = Tl2O (r)
- Với cỏc phi kim khỏc cũng tỏc dụng mạnh: Clor, Brom ở nhiệt độthường, với Iod phải đun núng, với S, N, C ở nhiệt độ caọ
2M (r) + 3X2 = 2MX3 (M = B, Al, và X = halogen) 2Tl (r) + X2 = 2 TlX (r)
BX3 là những phõn tử cộng húa trị dễbay hơị Tri halogenid của Al, hầu hết là chất rắn ion, nhưng ở thể khớ tồn tại cỏc dimer để mỗi nguyờn tử được lắp đầy lớp vỏ
ngoài 8 electron.
- Do cú ỏi lực lớn với oxy nờn Al là chất khử mạnh ở nhiệt độ cao, nú khử dễ
dàng nhiều oxy kim loại đến kim loại tự do, vớ dụ: 2Al + Cr2O3 = Al2O3 + Cr
Vỡ vậy trong thực tế, Al được dựng đểđiều chế những kim loại khú bị khử và khú núng chảy như Cr, Re, Mn, Ni, Ti ...
- Nhụm cú thể khử chuẩn rất nhỏ, về nguyờn tắc Al dễ dàng đẩy hydro ra khỏi
nước và acid. Thực tế do cú lớp màng oxyd bền bảo vệ nờn Al khụng tỏc dụng với nước khi nguội và cảkhi đun núng. Al chỉ tan dễ dàng trong dung dịch loóng H2SO4 và HCl giải phúng hydrọ
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
- Với cỏc acid cú tớnh oxy húa như HNO3, H2SO4đặc núng hoặc cú nồng độ trung bỡnh, Al dễ phản ứng tạo thành muối Al3+. Song Al bị thụ động húa trong dung dịch HNO3 và H2SO4 đặc nguộị Chớnh vỡ vậy trờn thực tếngười ta dựng Al làm thựng xitec
đựng NHO3đậm đặc.
- Al dễ dàng trong dung dịch kiềm mạnh, giải phúng Hydrọ 2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2 ↑
7.3.1.3. Hợp chất cú số oxy húa (+3)
+ Oxyd (Al2O3) - hydroxyd Al(OH)3 và muối nhốm Al3+
Al2O3 là chất rắn, trắng, khụng tan; sinh ra do tỏc dụng của Al với oxy: 4Al + 3O2= 2Al2O3
Oxyd nhụm lưỡng tớnh nhưng khi đun núng đến trờn 10000C, nú chuyển thành dạng thự hỡnh α - Al2O3 rất trơ vềphương tiện húa học. Nú khụng tan trong acid và kiềm.
Al(OH)3 được tạo nờn khi hydroxyd kim loại kiềm tỏc dụng với muối nhụm là kết tủa nhầy trắng, khụng tan trong nước, cú thành phần thay đổi Al(OH)3.x H2O phụ
thuộc vào điều kiện điều chế. Đểđơn giản chỉ viết Al(OH)3
Khi đun núng, hydroxyd nhụm mất nước, tạo thành cỏc sản phẩm trung gian và cuối cựng thành Al2O3.
Nhụm hydroxyd là chất lưỡng tớnh điển hỡnh, khi mới kết tủa nú rất dễ tan trong cỏc dung dịch acid và trong dung dịch kiềm mạnh. Tuy nhiờn lực acid và base đều yếụ Nú khụng tan trong dung dịch amoniac dư.
Khi tỏc dụng với kiềm mạnh, hydroxyd tan ra, tạo thành muối alumimat (AlO2) Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
Cỏc muối aluminat của kim loại kiềm bị thuỷ phõn mạnh cho kết tủa hydroxyd
và mụi trường kiềm nờn chỉ bền trong dung dịch khi cú mặt kiềm dư.
NaAlO2 + 2H2O Al(OH)3 + NaOH
Hydroxyd nhụm tan nhanh trong cỏc acid tạo thành muối chứa ion Al3+. Muối nhụm với cỏc acid mạnh đa số dễtan trong nước nhưng bị thuỷ phõn mạnh. Cỏc muối nhụm với gốc acid yếu cũn bị thuỷ phõn hầu như hoàn toàn, vớ dụnhư muối sulfid nhụm Al2S3.
Al3+ + HOH Al(OH)2+ + H+ 2
2
Al(OH) HOH Al(OH)H
2 3
Al(OH)HOH Al(OH)H
Một số muối nhụm thụng dụng:
+ AlCl3 khan là chất rắn màu trắng, bốc khúi mạnh trong khụng khớ vỡ nú hỳt ẩm rồi bị thuỷ phõn giải phúng HCl.
3 2 3
AlCl 3H O Al(OH) 3HCl
Clorid nhụm được dựng rộng rói làm chất xỳc tỏc trong tổng hợp hữu cơ và chế
biến dầu mỏ.
+ Al2(SO4)3 và phốn nhụm m2Al2(SO4)3.24H2O (M = K, Na)
Cú nhiều cụng dụng trong cụng nghiệp giấy, nhuộm, thuộc da và đỏng trong nước. + Bor oxy tan trong nước tạo thành acid orthoboric, cũng gọi là acid boric: B2O3 (r) + 3H2O = 2H3BO3
Acid boric là đơn acid yếu (yếu hơn acid carbonic)
+ Acid Boric dễ tan trong dung mụi hữu cơ chứa nhiều nhúm hydroxyl (như
glycerin) do tạo phức hoặc trong acol (như rượu methylic, rượu ethylic) do tạo estẹ Vớ dụ:
H3BO3 + 3CH3CH2OH = B (O CH2CH3)3 + 3H2O Triethyl borat
Este dễbay hơi, khi chỏy cho màu xanh lục đậm đặc trưng, nờn tạo màu ngọn lửa
được dựng trong phõn tớch định tớnh để nhận biết cỏc muối borat và acid boric.
Những hợp chất thụng dụng:
+ Bor oxyd (B2O3) dựng để chế tạo thuỷ tinh chịu nhiệt borosilicat.
+ Borax, Natri tetraborat, Na2[B4O5(OH)4]. 8H2O là nguồn thiờn nhiờn chớnh để
chế tạo cỏc hợp chất của Bor, B2O3 và chế tạo thuỷ tinh bososilicat.
+ Nhụm clorid khan (AlCl3) dựng làm xỳc tỏc trong phản ứng tổng hợp quan trọng mang tờn Friedel - Graft.
+ Nhụm oxyd γ (Al2O3-γ), tinh thể lập phương rất nhỏ nờn hấp thụ mạnh hỳt ẩm, hoạt động húa học cao, màu trắng, khụng cú trong thiờn nhiờn. Được sử dụng làm chất hấp thụ trong sắc ký, chất xỳc tỏc và giỏ mang chất xỳc tỏc.
+ Nhụm oxyd α (Al2O3-α), tinh thể lục phương, khụng màu, rất bền và trơ về mặt húa học. Tồn tại trong thiờn nhiờn (gọi là corandum) rất cứng dựng làm đỏ mài, vật liệu
chịu lửa, để sản xuất nhụm. Corandum tinh khiết lẫn vết Fe2+, Ti4+cú màu lam là đỏ quý
xaphia; lẫn Cr3+cú màu đỏlà đỏ quý rubỵ
+ Cỏc muối kộp hay phốn: K2Al2(SO4)4. 24H2O (phốn chua) ... dựng trong sản xuất giấy, nhuộm thuộc da, đỏnh trong nước, vỡ thuỷ phõn tạo nhụm hydroxyd được hấp thụ trờn vải, sợi, da giấy cú tỏc dụng cốđịnh cỏc chất màu và kết dớnh cỏc thể sợi với nhau, hoặc hấp thụ cỏc chất lơ lửng trong nước rồi kộo chỳng lắng xuống.
7.3.2. Vai trũ và ứng dụng trong Y - Dược, độc tớnh
* Bor
+ Bor và cỏc hợp chất cú độc tớnh ở lượng lớn, cả khi nuốt phải hoặc hấp thụ thường xuyờn qua vựng da bị tổn thương hoặc viờm, đặc biệt là trẻ nhỏ. Tuy vậy, Bor
và silic được gọi là cú liờn quan đến chuyển húa và ổn định của xương vàrăng.
+ Acid boric và borat khụng cú tớnh sỏt trựng, chỉ cú tớnh kỡm khuẩn yếu, được dựng làm chất chống nhiễm khuẩn ngoài dạ
+ Acid boric (H3BO3 = 61,84) bột trắng hay vẩy, giữa cỏc phõn tử cú liờn kết hydro; dựng pha dung dịch rửa mắt 3% hoặc pha trong glycerin để bụi họng.
- Natri tetrabonat (Na2B4O7.7H2O = 381,27) làm thuốc kỡm khuẩn nhẹ, sỳc miệng, bụi cổ họng, rửa mắt, trong cream bụi ngoài da; chế cỏc dung dịch đệm cho thuốc nhỏ
mắt.
- Natri perabonat (hay peroxyborat) Na2[B2O4(OH)4] = 199,62; làm thuốc chống nhiễm trựng tại chỗ thuộc loại oxy húa (vỡ giải phúng H2O2).
* Nhụm
+ Khụng cú vai trũ sinh học. Ngược lại, độc tớnh mạnh của nhụm ảnh hưởng đến nóo biểu hiện ra ởngười cao tuổị
+ Nhiều hợp chất của nhụm khụng tan được dựng làm thuốc khỏng acid dạ dàỵ - Nhụm hydroxyd, Al(OH)3 = 78,00; làm dung dịch keo đụng (gel) dựng làm trung
hũa acid HCl của dịch vịtrong trường hợp tăng acid ở bệnh loột dạ dàỵ
- Kaolin là nhụm silicat hydrat húa (ngậm nước), tồn tại trong thiờn nhiờn, thành phần khụng ổn định, cụng thức húa học chủ yếu cú thể viết là Al2O3.4SiO2.2H2O, bột màu trắng hoặc ngà, trơn, khụng tan trong nước. Cú khảnăng hỳt ẩm nờn dựng làm bột rắc hoặc bột nhóo để chữa bệnh ngoài ra, loột, bỏng; cũng để bảo vệ niờm mạc dạ dàỵ Cỏc chế phẩm được dựng cú thể dựng riờng kaolin hoặc dựng hỗn hợp kaolin và pectin (chất hỳt nước), chủ yếu là cỏc acid polygalaturonic bị metoxyl khụng đầy đủ, thường gặp trong hoa quả chớn và một số bộ phận của cõỵ
LƯỢNG GIÁ
1. Hóy trỡnh bày vịtrớ, đặc điểm, tớnh chất của đơn chất cỏc nguyờn tố nhúm IA, IIA, IIIA ?
2. Hóy trỡnh bày tớnh chất của hợp chất cỏc nguyờn tố nhúm IA, IIA, IIIA ? 3. Hóy trỡnh bày vai trũ và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tớnh của cỏc nguyờn tố nhúm IA, IIA, IIIA ?
CHƯƠNG 8