Nguyên tố nhóm chính
Boron và hợp chấ t1
Trong phương pháp BNCT (boron neutron capture cancer therapy – điều trị ung thư bằng cách bắt hạt nhân bo) thì các nhà vật lý trị liệu sử dụng luận điểm đồng vị bền 10B có tiết diện bắt neutron rất lớn. 10B được đưa vào tế bào ung thư sau đó chiếu xạ. Nếu hạt nhân 10B bắt được neutron nó sẽ ngay lập tức phân rã thành đồng vị Li và hạt α. Cả hai đều có động năng được nhận từ phản ứng hạt nhân và di chuyển khoảng 10 µm, vốn dĩ là đường kính của tế bào. Có nghĩa là chúng chỉ tấn cơng vào tế bào ung thư mà thôi.
Viết phản ứng bắt neutron tạo thành các hạt nhân mới. Chú ý đến số khối của mỗi đồng vị.
Neutron cũng có thể bị các nguyên tố khác tóm được, chẳng hạn 14N. Hạt nhân này sẽ giải phóng một proton và tạo thành một hạt nhân phóng xạ X.
Viết phản ứng xảy ra.
X có quá nhiều electron nên bản thân nó cũng có tính phóng xạ. Cho biết kiểu phân rã của hạt nhân con X.
Xác suất bắt neutron của một hạt được xác định bởi tiết diệt bắt σ (đơn vị 1 barn = 10-24 cm2). σ càng lớn thì khả năng bắt thành cơng càng cao. Tiết diện bắt của 10B vào khoảng 3838 barn, so với 14N chỉ 1.83 barn. Tuy nhiên hàm lượng 14N trong cơ thể chỉ 0.042 g‧
g-1, còn của 10B chỉ là 10-6 g‧g-1.
Xác định xác suất tương đối của sự bắt neutron của hai hạt nhân 14N và 10B, được định nghĩa bằng tỉ lệ (bắt bởi 14N)/(bắt bởi 10B). Lưu ý đến tiết diện bắt và hàm lượng của mỗi đồng vị trong tự nhiên.
Trong một quá trình trị liệu thì người ta chiếu xạ một tế bào ung thư của một bệnh nhân. Quá trình này sinh ra 32P như một sản phẩm của quá trình chiếu xạ neutron liên tục. 32P phân rã với chu kỳ bán hủy 14.3 ngày. Ngay sau khi chiếu xạ tổng hoạt độ của 32P trong cơ thể bệnh nhân là A = 0.10 Bq.
Có bao nhiêu nguyên tử 32P trong cơ thể bệnh nhân sau khi chiếu xạ?
B. Phân tích hợp chất của bo
Bo và photpho tạo những hợp chất nhị ngun có cơng thức BP và B12P2. BP được tạo thành ở 900-1000°C từ bo và photpho trắng P4. Nó rất cứng, trơ hóa học và bền nhiệt. Trong đó nguyên tử bo tạo mạng tinh thể lập phương tâm diện còn các nguyên tử P chiếm cứ các hốc tứ diện. Độ dài liên kết BP đo được là 196 pm.
Vẽ ô mạng cơ sở của BP.
Cho biết có bao nhiêu đơn vị BP trong ơ mạng cơ sở. Tính hằng số mạng của ơ mạng.
Tính khối lượng riêng ρ của BP.
Một hợp chất thú vị khác của bo là magie borua MgBx siêu dẫn ở nhiệt độ dưới 37 K (khám phá năm 2001). Người ta quan sát thấy các nguyên tử B tạo mạng tinh thể lục phương như graphit nhưng các lớp được xếp tương thích với nhau. Ở giữa các lớp bo là những nguyên tử Mg, một nguyên tử kẹp giữa hai lập phương.
Đề nghị công thức của magie borua ứng với những mô tả trên.
Nếu xem MgBx như hợp chất ion thì cơng thức của anion sẽ là Bxx–. Vẽ giản đồ MO của của Bxx–. Xác định bậc liên kết và từ tính của phân tử (thuận từ / nghịch từ) dựa trên giản đồ.
D. Sơ đồ phản ứng
Cho sơ đồ phản ứng sau đây.
Muối của axit Lewis A và sản phẩm ngưng tụ của nó là nguồn nguyên liệu tự nhiên quan trọng nhất của nguyên tố C.
B là oxit của nguyên tố C với oxy chiếm 68.95% khối lượng.
C có một số dạng thù hình. Trong tất các các trường hợp khối cơ sở là một thập nhị diện đều bao gồm mười hai nguyên tử của nguyên tố đó.
F là hợp chất đơn giản nhất của nguyên tố C với nguyên tố nhẹ nhất có thể phân lập được.
G có khối lượng phân tử 117.16 g/mol
I là một bazơ của một kim loại nhẹ được tạo thành khi điện phân nóng chảy muối. J là một halogen có khối lượng phân tử 70.9 g/mol.
H là một trihalogenua của nguyên tố I. H chỉ hiện diện ở dạng dime trong pha khí. K tạo thành từ 2 phân tử F và theo định luật Wade thì hình dạng của nó khiến người ta liên tưởng đến một con nhện tám chân.
Xác định cấu trúc các chất từ A đến K. A B C -H2O D E F H G + + J D +HF K -H2 +P4 +H2O +LiAlH4 I + J
Vẽ cấu trúc không gian của dime H.
Kiểu liên kết đặc biệt trong phân tử F gọi là gì? Xác định tên gọi của K.
Boron và hợp chất 2
1. Bo là một nguyên tố rất thú vị do cấu trúc đặc biệt của nó, hóa học phức tạp của nó và những ứng dụng khác nhau của nó (hợp chất bo được dùng nhiều trong bột giặt, trong thủy tinh và tơ bo trong công nghệ aviation).
Nguyên tố này có thể được tổng hợp theo nhiều cách khác nhau. Bo vơ định hình với độ tinh khiết chưa cao có thể nhận được bằng phản ứng giữa dibo trioxit với magie nguyên tố. Bo rất tinh khiết được điều chế bằng cách bốc hơi hóa học (CVD) hỗn hơp bo triclorua và hydro ở 1300°C trên dây tungsten.
a) Viết và cân bằng hai phản ứng tổng hợp đã mô tả.
b) Nguyên tố hàng xóm nào (trên bảng tuần hồn) có tính chất gần bo nhất? Giải thích điều đó!
2. Ngày nay có hơn 200 hợp chất nhị nguyên bo – kim loại đã được biết rõ, nó có những tính chất thú vị khơng chỉ về hệ số tỉ lượng mà cịn về cấu trúc. Rất nhiều các borua có tính cứng cao, trơ hóa học và bền nhiệt nên được ứng dụng nhiều làm vật chịu nhiệt trong công nghiệp, để làm lớp phủ các tuabin, làm mũi cho tên lửa hay làm tấm chắn nhiệt đối với các điện cực làm việc ở nhiệt độ cao.