Al, Ga, In, Tl

1. Al, Ga, In, Tl

2. Něco z historie • Al(aluminium) – pochází z lat. Alumen = hořká sůl – KAl(SO4)2 • Poprvé H.C. Oersted reakcí amalgamu draslíku a AlCl3 • Z počátku velice drahý, r. 1855 v Paříži vedle korunovačních klenotů • Ludvík Napoleon III – jako slavnostní příbor • 1866 – pokles ceny – dynamo, elektrolýza

3. Existenci Gallia předpověděl Mendělejev • 1875 spektrálně Lecoq de Boisbaudran • izoloval 1g ze stovek kg sfaleritu – jméno • Indium a thallium také spektroskopicky • Indium – 1863 Reich a Richter – podle indigově modré čáry v plamenném spektru • Thallium – nezávisle Crookes a Lamy v r. 1861 a nazvaný podle světle zelené linie

4. Výskyt a rozšíření • Al – je složkou vyvřelých minerálů – živce, slídy, větráním jílovité minerály(kaolinit, vermikulit..), kryolit, spinel, granát, beryl, tyrkys, korund!(Safír – Cr, Safír – Co), bauxit AlOx(OH)3-2x ; (0 < x < 1) • Bouxit: poprvé objeven v Provance, jako monohydrát, tropy – trihydrát • Zásoby jsou obrovské – Austr., Brazil, Guinea, Jamaika, Afr, Am.

5. Ga, In, Tl – mnohem méně, spíše v sulfidech než oxidech. • Ga(19 ppm), nejvíce v germatitu, složité, sfalerit, bauxit, uhlí. Dříve se emitovalo z popílku při pražení nebo pálení uhlí. Nyní jako vedlejší produkt při výrově Al. • In(0,21 ppm), Tl(0,7 ppm). In v ZnS(sfalerit), Tl v PbS(galenit) • Všechny se získávají z popílku při pražení Zn/Pb sulfidických rud

6. Výroba Al • a) extrakce, čištění a dehydratace bauxitu • b) elektrolýzou Al2O3 rozpuštěného v roztaveném kryolitu Na3[AlF6] • Bayerův proces – rozpuštění v NaOH, oddělení od kalu, vysrážení trihydrátu a kalcinaci při 1200°C • Elektrolýza při teplotě 940 – 980°C • původně se rozpouštěv v kryolitu – málo, vzácnější, tak synteticky: • 6HF + AL(OH)3 + NaOH → Na3AlF6 + H2O • 105A, 4,5V, proudová hustota 0,7 A cm-2

7. Na 1t Al je 1,89 t bauxitu a 0,45 t anodického uhlíku, dále 0,07 t Na3[AlF6] a elektřina 15 000 kWh. Nejdražší elektřina • Hliník je kov bílé až stříbřitě lesklé barvy, je lehký netoxický. Má velkou tepelnou a elektrickou vodivost, odolnost vůči korozi, nemagnetický, v tvárnosti je 2 (Au), tažnosti je 6, slitiny jsou pevné. • Je velice odolný vůči korozi díky pasivaci

8. Ga: stříbřitě modrý lesk, smáčí sklo, porcelán, a další. Na skle dává lesklé zrcátko, ultračisté na polovodiče, GaAs – elektřina na koherentní světlo • In: podobné Ga, použití na výrobu nízkotající slitiny na pro elektronická zařízení. Slitiny In s Bi, Cd, Pb, Sn je využívají jako tavné pojistky, regulátory tepla a samočinné hasicí zařízení. K pájení za nízké teploty, nízkoteplotní tranzistory

9. Tl: prvek i sloučeniny jsou jedovaté. Nebezpečný je styk s pokožkou, požití i vdechnutí. Dříve na hubení hlodavců a mravenců. Bez chuti a zápachu. Malé speciální využití v infračervené technologii. Jako fotocitlivé diody a infračervené detektory.

10. Atomové vlastnosti prvků. • Mají liché atom. číslo proto mají málo stálých izotopů. • Teplota tání – nejnižší u Ga • Hustota roste, elektroneg. klesá • Al – kubická plošně centrovaná s.(12) • Ga – orthorombickou s. 1 blízko, 2+2+2 • In – tetragonální plošně centrovaná (4+8) • Tl – hexagonální s. 12

11. Chemická reaktivita • Od bóru se liší: vyšší chem. reaktivita při nižších teplotách • Neexistence těkavých hydridů a klastrů. • Al – nejvíce s nekovy, ale se všemi kovy • Práškový Al s tekutým O2 exploduje • Snadno se rozpouští v horké HCl a v roztoku NaOH a KOH za vzniku vodíku • Al(OH)3 je amfoterní • [Al(H2O)6]3+ [Al(H2O)2(OH)4]-

12. Sloučeniny hliníku se slabými kys. podléhají hydrolýze. • Al2S3, AlN, Al4Cl3, podobně octan, kyanid, uhličitan • Důležité pro čištění vody – hydroxid se tvoří na jemných částicích, které se tak odstraňují

13. Ga – amfoterní chování je podobné Al • In – zásaditější než Ga. Jen slabě amfoterní • In se nerozpouští v OH-, ale Ga ano • Tl je středně silná base, odlišuje od ostatních, protože se v roztocích vyskytuje I. • Sloučeniny Tl se podobají alk. kovům. • Stálost o.č.I – Al<Ga<In<Tl

14. SLOUČENINY • Hydridy a příbuzné komplexy • Velká odlišnost od bóru • AlH3 – bezbarvá, netěkavá pevná látka • Al – H – Al • Redukční činidlo, bouřlivě s vodou • GaH3 – viskózní kapalina, Tt – 15°C • InH3, TlH3 – nestálé, rozpustné v etheru • Li[AlH4]- LiH + AlCl3 – Li[AlH4]+ LiCl • Nebo Na + Al + 2H2 – Li[AlH4] (140°C/3h/35,5MPa)

15. Halogenidy a komplexy • Al2O3 + HF → AlF3 + O2 (700°C) • Kat. při Friedelově – Craftsově s., netěkavý, nerozpustný • Na3[AlF6] – kryolit – výroba Al • AlCl3- krystalická látka, 192°C – dimer • Al2Br6 a Al2I6 – dimery, krystalické v kap. a pevném stavu • Halogenidy tvoří velké množství adičních sloučenin nebo komplexů • Friedel – Craftsova katalýza • Různá stabilita a vlastnosti

16. BF3 + AlCl3→ AlF3 + BCl3 • Takto se uvolní největší množství energieEP prvky s EN prvky • AlCl3 - při kat. reakcích, k alkylacím, acylacím, polymeracím,cyklizacím, chlorace • Výroba ethylbenzenu a styrenu • Ga,In,Tl – netěkavé, vysoké Tt, • GaX3 – podobný AlX3 • InX3 – převážně jako ligand (PPh3, pyridin) • TlX3 – méně stálé, chemicky odlišnérychle hydrolyzují

17. Oxidy a hydoxidy • Al2O3 – korund a smirek, vysoká tvrdost, Tt, netěkavost, chem.netečnost- výroba Al, brusný materiál, keramika, drahokamy • Pružný, netoxický, velká pevnost v tahu, na omak měkká, provazy, vlákna, izolanty, filtrační materiál, nosič katalyzátoru. Konstrukce aut a motorů, pevnost oceli.

18. Ga, In, Tl - méně studovány • Ga je podobný Al • In – deformovaná, rutilová struktura • Tl – černé destičky, hydroskopický Spinely a příbuzné • AB2X4 – A= Mg,Ca,Cr,Mn, B=Al,Ga,In,Ti,Cr, anion = O,S,Se,Te Hlinitan vápenatý – Ca3Al2O6 – složka portlandského cementu

19. Portlandský vápenec • Směs vody,písku,po ztvrdnutí jako přírodní vápenec • Poprvé při stavbě tunelu pod Temží • Složení: 26% Ca2SiO4, 51% Ca3SiO5, 11% Ca3Al2O6 • Výroba zahříváním směsi vstupních látek na Tt 1500°C, vznikne slinek, který se namele a smíchá s 2 – 5% sádrovcem Cement s vysokým obsahem Al2O3 • Už po jednom dni pevný • Vysoká T porušuje, mořská voda nevadí

20. Další anorganické sloučeniny • Chalkogenidy Al – Al2S3 (bílý) Al2Se3(šedý) Al2Te3(tmavě šedá) • Přímou syntézu za teploty 1000°C, tetraedrická koordinace a polymorfní s. • Chalkogenidy Ga,In,Tl: mnohem více – polovodiče, fotovodiče, světelné zářiče • Tl5Te3 – supravodivost za nízkých teplot • V.B. skupina - polovodiče, krychlová struktura, přímou syntézou za vyšší t a p • polovodiče musí být zapouzdřeny proti působení atmosféry

21. Organokovové sloučeniny • Mnoho sloučenin obsahující 1,2,3,4 vazby Al- C • Trialkyly a triaryly – velmi reaktivní, bezbarvé, těkavé kapaliny, nízká Tt, samozápalné, prudká reakce s vodou • Hlavní význam- vsuvná reakce K. Zieglera- výroba PE. • A) růstová reakce – vznik alkoholů a alkenů • B) polymerace ethenu a propenu – za přítomnosti organokovových kat. (1963 NC)

22. Tento PE má vysokou hustotu, je tuhý, pevný, vysoce odolný, nepropustný pro plyny a kapaliny. Teplota měknutí 140 – 150°C. Ga, In, Tl - mnohem méně prozkoumané než Al