第2章硼族元素

1、第2章 硼族元素,IIIA B Al Ga In Tl,ns2np1,2.1 概述,B為非金屬單質(zhì)，Al、Ga、In、Tl是金屬氧化態(tài)：B，Al，Ga（+3 ） In （+1，+3） Tl （+1）最大配位數(shù)

2、B： 4 HBF4 其他： 6 Na3AlF6,特點(diǎn)：硼族元素缺電子性,2.2 硼族元素的缺電子性,最簡(jiǎn)單的硼烷是B2H6 2BH3(g)=B2H6(g) △H=－148kJ·mol-1,,,1. 乙硼烷的成鍵特征及反應(yīng)性,點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫,,,,B2H6,2L,均裂,2BH3L,異裂,[

3、BH2L2]++[BH4]-,三中心兩電子氫橋鍵,B2H6+2NaH→2Na[BH4] B2H6+2:PF3→2H3B:PF3B2H6+2:CO→2H3B:COB2H6+2:NH3→[BH2(NH3)2]++[BH4]-,B2H6+H2O=H3BO3+H2B2H6+O2=B2O3+H2O,硼氫鍵 B-H 硼硼鍵 B-B,硼烷中有五種鍵型,B4H10分子結(jié)構(gòu),利普斯

4、科姆是美國(guó)哈佛大學(xué)的無機(jī)化學(xué)教授。 他的最大成功之處是闡明了一系列硼氫化合物 的分子結(jié)構(gòu)及成鍵情況。 利普斯科姆于1954年通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算對(duì)硼氫化合物的結(jié)構(gòu)化學(xué)給出了滿意的答案，把上述只靠?jī)蓚€(gè)電子和三個(gè)原子形成的鍵稱為“三中心二電子鍵”，并指出這是缺電子分子的一種特殊成鍵形式，進(jìn)而對(duì)一系列高級(jí)硼氫化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明。

5、 由于他的理論和實(shí)驗(yàn)研究的成功，利普斯科姆于1976年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),并在后來的二十年期間給硼化學(xué)的發(fā)展帶來了重大的影響，從而開創(chuàng)了硼化學(xué)這一新領(lǐng)域。,小資料,,,2. AlCl3的成鍵特征,(GaCl3)2 (InCl3)2 (AlBr3)2 (AlI3)2 (GaBr3)2除B的鹵化物及ⅢA的氟化物以外,均為二聚形式。,AlCl3中鋁為sp3雜化,3. BX3的成鍵特征及路易斯酸性,B

6、F3 (g) BCl3 (l) BBr3(l) BI3(s)熔點(diǎn)(K) 146 166 227 316沸點(diǎn)(K) 172 285 364 483 鍵長(zhǎng)(pm)(實(shí)測(cè)) 131

7、174 189 210共價(jià)半徑和(pm) 153 180 195 214鍵能(kJ·mol-1) 646 444 368 267,BX3是以形成大∏鍵來滿足對(duì)電子的要求由于有空軌道,可接受外來電子,均為路易斯酸,∏46,,BF3+

8、NH3=F3B:NH3 BF3+ HF =H+[BF4]-,α-菱形硼,2.3 硼及其化合物1.硼單質(zhì),無定形硼可用于生產(chǎn)硼鋼。 硼鋼主要用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和核反應(yīng)堆的控制棒。前一種用途基于其優(yōu)良的抗沖擊性，后一種用途基于硼吸收中子的能力。,單質(zhì)硼有多種同素異形體，基本結(jié)構(gòu)單元為B12二十面體。 二十面體連接的方式不同導(dǎo)致至少三種晶體。,2 B ＋ 3F2 == 2 BF3 4 B ＋ 3O2 == 2

9、 B2O3 2 B ＋ N2 == 2 BN 2 B ＋ 3 Cl2 == 2 BCl3 2 B ＋ 3 S == B2S3 2 B ＋ 6 H2O(g) == 2 B(OH)3 ＋ 3 H2↑ B ＋ 3 HNO3(濃) == B(OH)3 ＋ 3 NO2↑ 2 B ＋ 3 H2

10、SO4 (濃) == 2 B(OH)3 ＋ 3SO2↑,B：sp2雜化；存在分子間氫鍵；層與層之間的分子作用力結(jié)合。,2. 硼酸,H3BO3是路易斯酸，是一元酸,酸性很弱,Ka=5.8×10-10加入多羥基化合物可增加酸性。,點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫,H2SO4H3BO3+3CH3OH== B(OCH3)3+3H2O,,燃燒綠色火焰鑒別硼酸及鹽,2,雙烷氧基硼陰離子,3. 硼砂 (Na2B4O7·10H2O),[

11、B4O5(OH)4]2-,B: sp2雜化sp3雜化,Na2B4O5(OH)4·8H2O,硼 砂 珠 實(shí) 驗(yàn),冷卻后為藍(lán)寶石色,硼砂珠實(shí)驗(yàn): △ Na2B4O7 ==B2O3+2Na

12、BO2 +) CoO +B2O3 ==Co (BO2)2,,除氧化物定性分析陶瓷、玻璃上釉制造人造寶石,Na2B4O7+7H2O = 4H3BO3+2NaOH H3BO3+OH-=B(OH)4- pH=9.24,Na2B4O7+CoO=2NaBO2·Co(BO2)2Cr2O3為綠色 Fe2O3為黃色,緩沖溶液洗衣粉填料,硼酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，但都是由最基本的結(jié)構(gòu)單元 —— 三角形的

13、 BO3 和四面體的 BO4 連接而成的。,（a） （b）,立方氮化硼與金剛石類似，耐高溫、耐腐蝕、特硬、絕緣。,金剛石 立方氮化硼,2.4 硼氮化合物,1.(BN)n,B2O3 + NH3 = BN + H2O,石墨和六方氮化硼均為層狀結(jié)構(gòu)，兩種物質(zhì)均具有油膩感并用作潤(rùn)滑劑，但石墨是電的良導(dǎo)體而后者是絕緣體

14、。,石 墨 六方氮化硼,B3N3H6,2.無機(jī)苯： B3N3H6 無機(jī)苯（硼氮苯）的電子結(jié)構(gòu)和幾何形狀都與苯相似,,2.5 Ga、In、Tl 簡(jiǎn)介,Ga+[Ga+3Cl4] | | 4s2 4s04p0,,Tl+類似于K+與Ag+TlAl(SO4)2·12H2OTl2CO3與K2CO3同晶TlOH 強(qiáng)堿,GaCl2InCl2反磁,

15、惰性 電子對(duì)效應(yīng)Tl(Ⅲ)不穩(wěn)定,TlI黃紅沉淀TlBr黃沉淀 TlCl白沉淀,1. Al2O3應(yīng)用,α-Al2O3剛玉（寶石）,2.6 應(yīng)用實(shí)例,γ-Al2O3 具有強(qiáng)的吸附能力與催化能力,β-Al2O3 固體電解質(zhì),2.阻燃劑 >200℃ 2Al(OH)3 ====Al2O3(s)+3H2O

16、 >330℃ Mg(OH)2==== MgO +H2O 吸熱 消煙 隔絕O2,C5H5N(l)+BX3(g),,C5H6N: BX3,△rH(kJ·mol-1)BF3(g) = -143BCl3(g) = -189BBr3(g) = -217,BF3<BCl3<BBr3<=BI3,2.6 專題討論,B