1 / 31

Побочная подгруппа IV группы периодической системы

Побочная подгруппа IV группы периодической системы. Содержание в земной коре и минералы. Ti – 9 место, TiO 2 ( рутил) , FeTiO 3 (ильменит) , CaTiO 3 Zr – 21 место, рассеян и редкий, ZrO 2 (бадделеит) , ZrSiO 4 ( циркон)

ciaran-william
Download Presentation

Побочная подгруппа IV группы периодической системы

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Побочная подгруппа IV группы периодической системы

  2. Содержание в земной коре и минералы • Ti – 9 место, TiO2 (рутил), FeTiO3 (ильменит), CaTiO3 • Zr – 21 место, рассеян и редкий, ZrO2 (бадделеит), ZrSiO4 (циркон) • Hf – 52 место, нет собственных минералов, 2% в минералах Zr Свойства Zr и Hf очень похожи.

  3. Открытие элементов • Ti – 1789 г., англ. Грегор, 1795 г., нем. Клапрот. Титаны – в гр. Мифологии дети богини Земли Геи и бога неба Зевса • Zr – 1789г. нем. Клапрот из полудрагоценного камня циркон, золотистый (персидский) • Нf – 1922 г. В Копенгагене Костерн и Хевеши, лат. «Hafnia» - название столицы Дании.

  4. Простые вещества Получение сложное, проблема разделения Zr и Hf MO2 + 2C + 2Cl2 = MCl4 + 2CO MCl4 + 2Mg = M + 2MgCl2 (900oC, Ar) Сплавы, покрытия, конструкционные материалы

  5. Свойства простых веществ Ti+ O2 = TiO2 (при Т > 550oC(порошок)) Ti + 2Г = TiГ4 (Г = F(150oC), Cl(300oC), Br(360oC), J(550oC)) 2Ti + 6HCl = 2TiCl3 + 3H2 (при нагревании) TiCl3 + «H»= TiCl2 + HCl (Ti2+оч.неустойчив) Ti + 2NaOHконц. + H2O = Na2TiO3 + 2H2 Ti + 4HNO3конц. + (x-2)H2O = TiO2.xH2O↓() + 4NO2 -титановые кислоты, не растворимы в кислотах и щелочах

  6. Свойства простых веществ (Zr и Hf) (комплексообразование) M + 6HF = H2[MF6] + 3H2 M + 5H2SO4 конц. = H2[M(SO4)3] + 2SO2 + 4H2O 3M + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[MCl6] + 4NO + 8H2O M + 4CH3COOH + 6F- = [MF6]2- + 4CH3COO- + 2H2

  7. Оксиды М4+ MO2 – бесцветные, тугоплавкие, не растворимые в воде, хим. инертные TiO2 – титановые белила ZrO2 - имитатор бриллиантов (фианит) TiO2 - рутил (рисунок), анатаз и брукит

  8. «Кислоты» и «соли» М4+ CaO + TiO2 = CaTiO3 (перовскит, рисунок) TiO2 + K2CO3 = K2TiO3 + CO2 Титанаты, цирконаты, гафнаты: MI2ЭО3, MI4ЭO4 Титанаты полностью гидролизуются: K2TiO3 +(n+1)H2O = TiO2.nH2O↓() + 2KOH • ---  (при стоянии, при Т) • -форма растворима в кислотах и в щелочах

  9. Поведение в водных р-рах M4+ TiO2 + H2SO4 конц. = TiOSO4 + H2O TiOSO4 + (x+1)H2O = TiO2.xH2O↓()+H2SO4(при Т) МCl4 + H2O = MOCl2 + 2HCl Соли титанила. MOCl2.8H2O (M = Zr, Hf) содержат [M4(OH)8(H2O)16]8+в кристаллах и в растворе

  10. Пероксосоединения Получаются при действии H2O2 Ti4+: pH<2 [Ti(O2)(H2O)x]2+ (оранжевый) и [Ti(O2)2(H2O)x] (б/цв) pH>7: [Ti(O2)4]4- (красный) K4[M(O2)4] (M = Zr, Hf) - б/цв, сильные окислители

  11. Галогениды M + 2X2 = MX4 (M = Ti, Zr, Hf; X = F, Cl, Br, I) – молекулярные структуры (кроме фторидов), поэтому легко летучи TiCl4образует устойчивые аэрозоли TiCl4 + 2H2O = TiO2 + 4HCl TiCl4 + 2HClконц. = H2[TiCl6] 2 TiCl4 + H2 = 2 TiCl3 + 2HCl (при Т)

  12. Комплексы Фторидные комплексы: [MF6]2- [MF7]3-, [MF8]4-для Zr и Hf [M(acac)4] – летучие соединения (MO CVD) [Hf(ox)4]4-

  13. Zn+ Pb(OAc)2 =Pb+ Zn(OAc)2 Pb2+ + 2I- =PbI2↓ PbS+ 4H2O2 =PbSO4+ 4H2O TiCl4 + 2H2O2 =Ti(O2)Cl2+ 2HCl 2TiCl4 +Zn= 2TiCl3+ ZnCl2 13

  14. III группа периодической системы 14

  15. B, Al, Ga, In, Tl (ns2np1) 15

  16. Распространенность в земной коре и минералы В – 28 место, 9·10-4мас.% H3BO3 (сассолит), Na2B4O7.10H2O (бура), боросиликаты Al – 3место, 8,3мас.%xAl(OH)3.yAlO(OH) (бокситы) – основной источник Al, Al2O3.2SiO2.2H2O (каолинит), Na3K[AlSiO4] (алюмосиликаты) Na3AlF6(криолит) 16

  17. Распространенность в земной коре и минералы Ga – редкий и рассеянный, 4,6·10-4мас.%, примерно 60-70 место, CuGaS2 (галлит),сопутствует Al в бокситах In – редкий и рассеянный, 2·10-6мас.%, примерно 70-75 место, примесь к сульфидным рудам Tl – редкий и рассеянный, 8·10-7мас.%, , примерно 75-80 место, примесь к сульфидным рудам, сопутствует K в алюмосиликатах 17

  18. Открытие элементов • B –1808 г., фр. Гей-Люссак и Тенар. B2O3 + 6K = 2B + 3K2O , от лат. Borax – бура. • Al – 1825 г., дат. Эрстед, AlCl3 + 3K(Hg) = Al +3KCl + Hg от лат. Alumen или Alumin - квасцы • Ga - предсказан Менделеевым в 1871 г., открыт фр. Лекок де Буабодран в 1875 г., в честь Франции, лат. Gallia. • In –1863 г., нем. Рейх и Рихтез, от синей краски индиго (две синие линии в спектре полимет. руд) • Tl– 1861 г., анг. Крукс, от гр. «таллос» - молодая зеленая ветвь (зеленая линия в спектре отходов производства серной к-ты) 18

  19. Бор Коричневый, полупроводник, анамально высокая Тпл. = 2075оС Получение: 2H3BO3 = B2O3 + 3H2O (при Т) B2O3 + 3Mg = 3MgO + 2B далее обр. НСl→→B↓ + MgCl2 + H2O БОР ХИМИЧЕСКИ ИНЕРТЕН Икосаэдр 19

  20. Бор [H+]: H3BO3 + 3H+ + 3e = B + 3H2O E0 = -0,87 B [OH-]: [B(OH)4]- + 3e = B + 4OH-E0 = -1,79 B Кинетические затруднения, нет реакции с жидкой водой 2B + 3H2O = B2O3 + 3H2 (800oC) 2B + 3X2 = 2BX3 (X = F, Cl, Br, I) 4B + 3O2 = 2B2O3 (горение) 2B + N2 = BN (1200оС) B + 3HNO3 (к.)= H3BO3 + 3NO2 (нагрев) 20

  21. O2 F2 700ºC H2 H2O, пар t-высокая

  22. Бориды металлов xB + yMg = MgyBx (бориды) (B2O3) MgyBx (бориды)+ НCl -- BnHm (бораны) + H2 + MgCl2 AlB2 CaB6 22

  23. Диборан B2H6 Электронодефицитное молекулярное соединение. 3-х центровые – 2ē связи. B2H6 – диборан (3х2 + 6 = 12 валентных электронов, а связей 8!) 1) 4BCl3 + 3Li[AlH4] = 2B2H6↑ +LiCl+ 3AlCl3(в эфире) 2) 2BF3 + 6NaH = B2H6↑ + 6NaF (175ºC) 23

  24. Бораны 1) Бориды магния + НCl -- BnHm + H2 + MgCl2 2) Контролируемый пиролиз B2H6дает высшие бораны BnHn+4и BnHn+6 n=2, 4 – газы n=5 – жидкиеn=10, 12 – твердые Пример B4H10 – тетраборан(10) 24

  25. Химические свойства диборана(похожи на свойства силана) • B2H6 + 3O2 = B2O3 + 3H2O • ΔrH = -2000 кДж/моль (ракетное топливо) • 2) B2H6 + 6H2O = 2H3BO3 + 6H2(полный гидролиз) • 3) B2H6 + 2NaH = 2Na[BH4] – борогидридудобный восстановитель (не в воде) • Na[BH4] + 4H2O = 4H2 + H3BO3 + NaOH 25

  26. Галогениды бора BF3 (fG0 = -1112кДж/моль), BCl3 – газы, BBr3– жидкий, BJ3 – твердый (fG0 =+21 кДж/моль) Получение: 2B + 3X2 = 2BX3 (X = F, Cl, Br) B2O3 + 3CaF2 + 3H2SO4 = 2BF3↑+3CaSO4 +H2O 26

  27. Галогениды боратипичные галоген-ангидриды BCl3 + 3H2O = H3BO3 + 3HCl мгновенно BF3 + 3H2O = H3BO3 + 3HF BF3 + HF = 3H[BF4] 4BF3 + 3H2O = H3BO3 + 3H[BF4] Известны B2F4и B4Cl4 27

  28. Соединения В с кислородом B2O3 –fG0 = -1194 кДж/моль, б/цв, Тпл. = 577оС, растворим в воде B2O3 + H2O = H3BO3 ортоборная кислота Нагревание ортоборной к-ты при 100oC дает H3B3O6 (триметаборная к-та), при 140оС образуется H2B4O7 (тетраборная к-та)H2B4O7 по силе как уксусная:Ka1 = 2.10-4; Ka2 = 2.10-5 28

  29. Борная кислота - H3BO3 ОДНООСНОВНАЯ И СЛАБАЯ,pKa = 9,2 B(OH)3 + 2H2O = H3O+ + [B(OH)4]- - солей с таким анионом нет, есть тетрабораты. 4H3BO3 + 2NaOH = Na2B4O7 + 7H2O Na2B4O7 + H2SO4(р-р) +5H2O = 4H3BO3 + Na2SO4 OH- 4 H3BO3 + 2OH- B4O72- + 7H2O H+ 29

  30. Соединения В с азотом B2O3 + 2NH3 = 2BN + 3H2O (6000C), B + N2 = 2BN (12000C) Гексагональный BN – слоистый, не окрашен(белый графит), смазка, изолятор. Кубическая фаза BN (боразон) - образуется при 60 кбар и 2000оС. Абразив. 30

  31. Соединения В с азотом 3B2H6 + 6NH3 = 2N3B3H6 + 12H2 (200ºС) Боразол, бесцветная жидкость, Ткип. = 60ºС

More Related