Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Применение р-элементов Ш группы. Свободный бор применяют в разных областях техники. Электроника использует электрическую проводимость бора: при низких температурах электронную (табл. 13.3), при высоких — полупроводниковую, которая возникает за счет диссоциации ковалентных связей в кристаллах бора при нагревании. 1
Из р-металлов III группы только один индий обладает большим поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов — 190 • Ю~28 м2. Остальные металлы (КГ28 м2): А1 0,215; Ga 2,71; Tl 3,3.
В металлургии специальных сплавов бориды заменяют карбиды в обычных сталях. Бориды d-металлов были рассмотрены ранее. Соединения бора с азотом и углеродом очень тверды и тугоплавки. Эти соединения, устойчивые к химическим воздействиям, применяют как абразивы, а также в ядерной энергетике.
Алюминий применяется как в чистом виде, так и в многочисленных сплавах. Чистый алюминий обладает высокой электрической проводимостью и используется в электромашиностроении. Проводник из меди, одинаковый по массе с проводником из алюминия, обладает большим сопротивлением, так как плотность А1 2,73, а Си 8,93 г/см3.
Благодаря этому преимуществу алюминий используется для изготовления обмоток роторов быстроходных электромашин, так как
403
Таблица 13.3. Некоторые физические и механические свойства р-элементов 111 группы
Эле- Плотность, Кристалличе- Температура, К Твердость, Предел Модуль Удельное
мент !'/CMS ская структура МН/ма прочности, упругости, сопротив-
МН/м2 ГН/ма ление,
плавле- кипения мкОм ¦ см
ния
в 2,34 Тетрагональная 2573 2823 — _ _ 1 • ю12
А1 2,73 Гране-цеитриро-ваниая кубическая 933 2543 245 127 70,8 2,62
Ga 5,908 Орто-ромбиче-ская 302,8 2273 57,8 19,6 13,6
In 7,286 Тетрагональная 429,4 2573 8,83 2,26 10,5 8,45
ті 11,87 а-Гексагональная плотной упаковки 575,5 1723 26,4 9,81 7,95 15,0
Р-Гра не- — — — — — —
центр иро-
ваиная ку-
бическая
центробежная сила, выжимающая обмотки из пазов ротора, в 2 раза меньше для А1, чем для Си.
ЧИСТЫЙ алюминий очень пластичен и из него делают фольгу для конденсаторов (0,01 мм) и для обертки пищевых продуктов. Чистый алюминий употребляют также при плакировании металлов для повышения их стойкости К; коррозии. Алюминий используют в сплавах: Д-1 дюраль, АМГ6 — упрочненный сплав алюминия (7% , АМЦ — сплав с марганцем, силумины АЛ — литейные сплавы, содержащие 12—13% Бь Он также входит как компонент в медные (БрА-10) и титановые (ОТ-4, ВТ-1 и т. д.) сплавы. Вторичный алюминий идет на восстановление других металлов. Порошок А1 используют как краску и для приготовления порошковых алюминиевых материалов САП и САС*, хорошо работающих при повышенных температурах. Алюминиевые сплавы применяют в самолето-, автомобилестроении и других отраслях промышленности.
Из остальных металлов ША-группы в последнее время стали применять галлий (входит в холодный припой). Имея очень низкую температуру плавления (~300 К), он может растворять другие металлы (например, медь) и, затвердевая, создавать паяный шов; это свойство незаменимо для производства элементов микроэлектроники. 1п и Т1 применяют также в соединениях (сурьмянистый индий — полупроводник и т. д.).
* САП — спеченный алюминиевый порошок, а САС — спеченные алюминиевые сплавы. Эти материалы обладают значительной прочностью при повышенных температурах, превосходящей прочность чистого алюминия.
404
Химические свойства р-элементов ША-группы. Наиболее типич-ны для ША-группы химические свойства бора и алюминия, а также свойства образующихся с их участием соединений.
Бор. Структура атома бора 2з22р'; он возбуждается при химическом взаимодействии (2812р'2) и образует гибридные орбитали, расположенные в плоскости под углом 120°. Тетрагональная структура кристалла бора построена ковалентными связями гиб-риднзированных атомов В.
При низких температурах кристаллический бор инертен, но при повышенных температурах (700—800 К) он реагирует со многими элементарными окислителями. Аморфный бор более активен.
Гидриды бора — газообразные, жидкие или твердые вещества, по строению и свойствам похожие на силаны или углеводороды. Получаются они взаимодействием боридов активных металлов с кислотами: МёзВ2 + 6ИС1--^ЗМ?С12 + В2НК
Наиболее простого соединения ВН3 не существует, так как оно сразу переходит в димер В2Н6, причем дополнительно выделяется энергия. Молекула В2Н6 существует за счет образования трехцент-ровых связей, как это показано на рис. 191. Такое строение боранов делает их неустойчивыми и позволяет применять для получения чистого бора, а также как ракетные топлива или добавки к ним: В2НЙ + 302->-В203 + ЗН20; ДЯ° =-2163,7 кДж/моль
С металлами бор образует бори-ды (см. гл. 12). Бориды активных металлов разлагаются кислотами (Мё3В2), а бориды <і-металлов, обладающих электроотрицательностыо, близкой к электроотрицательности бора (1,7—1,9), могут проявлять свойства металлообразных соединений.
Г ал иды бора ВР3, ВС13, ВВг3 образуются при непосредственном взаимодействии между бором и галогенами и представляют собой очень летучие вещества (ВР3 и ВС13 газообразны при обычных условиях). Гал иды бора легко образуют устойчивые комплексные ионы с галидами металлов с координационным числом 4; В3+ имеет четыре свободные орбитали (25°2р°):
