2014年1月31日 星期五

3A族元素(二) The Group 3A Elements(Ⅱ)

化學原理啟迪443-2
"Herve Leger" Full Show HD Autumn Winter 2013 2014 New York
1.     鋁,是地球上最豐富的金屬,鋁具有金屬物理性質。例如,高導熱性和導電性與光澤的外表;
2.     不過,與非金屬之間的化學鍵是共價的,化學鍵的共價性,使得Al2O3具有兩性的特質,Al2O3能溶解於酸性或鹼性溶液,鋁與非金屬元素間的化學鍵的共價性,也與Al(H2O)63+的酸性有關:
Al(H2O)63+(aq)←→Al(OH)(H2O)52+(aq)H+(aq)
3.     鎵有一個值得注意的性質,鎵是29.8℃低熔點,這與鋁的熔點高達660產生強烈的對比。此外,鎵的沸點是2400℃左右,因此液態鎵的溫度範圍,是所有金屬元素中最廣的(29.8℃~2400℃)。
4.     所以鎵可用來製作溫度計,用鎵製作的溫度計特別適合測量高溫。鎵冰凍後體積會變大,這個物理性質跟水一樣。鎵的化性類似鋁,舉例來說,Ga2O3兩性的
5.     的化性類似鋁和鎵,但是銦有一點不一樣。在化合物中,銦是+1離子,例如InClIn2O,而其餘的3A族元素在化合物中是+3離子。
6.     的化性完全是金屬性,舉例來說,Tl2O3是鹼性氧化物。鉈有+1氧化數和+3氧化數。Tl2O3Tl2O氧化物和TlCl3TlCl氯化物都是常見的化合物。
7.     3A族中質量較重的元素會出現+1+3氧化數,稱為惰性電子對效應inert pair effect
8.     下表為3A族元素的重要反應:
2M3X2→2MX3
X2=鹵素分子,然而鉈Tl也能產生TlX化合物,不過鉈Tl不會產生TlI3
4M3O2→2M2O3
須在高溫下進行;Tl會產生Tl2O
2M3S→M2S3
須在高溫下進行;Tl會產生Tl2S
2MN2→2MN
MAl,只有鋁Al會進行上述反應。
2M6H+→2M3+3H2
MAlGaInTlH+反應變為Tl+
2M2OH6H2O→2M(OH)43H2
MAl or Ga
9.     3A族元素實用價值最高的是鋁Al,自從HallHeroult發現電解法,鋁變成許多器具用品與腳踏車的結構材料。鋁十分有價值,因為它有高強度重量比,此外,鋁能在金屬表面形成粗糙的氧化物表層,保護金屬免於腐蝕。
n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles

3A族元素 The Group 3A Elements

化學原理啟迪443
BCBGMAXAZRIA FALL/WINTER 2013-2014
1.     3A族元素的價電子組態是ns2np13A族元素由上而下逐漸增加金屬性,金屬性是1A2A代表性元素的特質。
2.     3A族元素的物理性質、來源和製備方式如下表:
元素:硼B
M3+半徑(pm):20
游離能(kJ/mol):798
標準還原電位差ε°V:-
來源:單斜硼砂Na2B4O74H2O
製備方式:用MgH2還原
元素:鋁Al
M3+半徑(pm):50
游離能(kJ/mol):581
標準還原電位差ε°V):1.66
來源:鋁礬土Al2O3
製備方式:將熔融的Na3AlF6裡的Al2O3電解
元素:鎵Ga
M3+半徑(pm):62
游離能(kJ/mol):577
標準還原電位差ε°V):-0.53
來源:許多礦物含有微量的鎵
製備方式:用H2還原或電解
元素:銦In
M3+半徑(pm):81
游離能(kJ/mol):556
標準還原電位差ε°V):-0.34
來源:許多礦物含有微量的
製備方式:用H2還原或電解
元素:鉈Tl
M3+半徑(pm):95
游離能(kJ/mol):589
標準還原電位差ε°V):0.72
來源:許多礦物含有微量的
製備方式:電解
3.     硼是非金屬,它的化合物,絕大部分是共價,最值得注意的硼化合物是共價的氫化物,稱為硼烷boranes
4.     按常理去想,最簡單的硼氫化物是BH3,因為硼有3個價電子,可與3個氫原子鍵結,可是這個化合物非常不穩定,因此硼氫化物最簡單的形式是二硼烷B2H6,結構如下:
5.     分子末端(外側)的BH鍵是正常的共價鍵,由一對電子組成,分子中間橋接的化學鍵是三中心鍵,類似固體BeH2
6.     另一個值得注意的硼氫化物是方形椎體的B5H9分子,方形椎體底部有4個「三中心鍵」,因為硼烷底部極度缺電,所以硼烷非常容易起反應。

7.     硼烷與氧的反應會大量散熱,曾被美國太空計畫視為可能的火箭燃料選項

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles;圖片來源/webelements.comblog.sciencenet.cnchemtube3d.com