13 mavzu: III a guruh elementlari Режа: Гуруҳча элементларининг умумий характеристикаси. Бор, унинг бирикмалари, олиниши, хоссалари

ИШЛАТИЛИШИ
Бор атоми ядроси осонликча нейтрон бириктириб олиш хусусиятига эга. Шу сабабдан бор бирикмалари. ядровий энергетикада ядро жараёнларини сусайтирувчи сифатида ишлатилади. Бор (Cr, Zr) каби кўпчилик d - , ва f - металлар билан бирикиб юқори ҳароратга чидамли (2000-3000⁰C) ва кимёвий таъсирга бардошли боридлар ҳосил қилади. Шу хоссаларига асосланиб, кўпчилик боридлардан ва қотишмаларидан реактив двигателлар деталлари, газ турбиналарининг парраклари тайёрланади. Баъзи боридлар катализатор сифатида, электрон асбобларларнинг катодларини ясашда ишлайтилади.
Боранлар ракета ёкилгиси сифатида ишлатилади.
Бор оксиди, бор тузлари шиша таркибига кушилганда (3-12% B₂O₃) химикатларга ва юқори ҳароратга бардошли шиша турлари тайёрланади, борат кислота медицинада ишлатилади.
Бор билан углерод бирикмаси бороуглерод-карбонат ҳам дейилади. Бирикмалар юқори ҳароратга бардошли карборанли полимерлар ишлаб чиқаришда ишлатилади. Бор карбиди В₄С - юқори ҳароратга бардошли (Т_суюқл = 2623⁰К). Жудда катта қаттиқликка эга бўлган модда. Азот билан бор бирикиб боро нитрид (BN) ни ҳосил қилади. Бор нитридининг қаттиқлиги олмос қаттиқлигига якиндир. Боразон металларни кесишда ишлатилади.


АЛЮМИНИЙ
Бор гуруҳчасининг иккинчи элементи алюминийдир. Алюминий атоми радиуси борникидан каттароқ бўлгани сабабли ионланиш энергияси кичикроқ, шунинг учун ҳам алюминийнинг металлик хоссалари борникига қараганда кучлироқ намоён бўлади. Алюминий амфотер элементдир.
Al - нинг табиатда тарқалган бирикмалари: Al₂O₃*H₂O - боксит (корунд), Me₂[Al₂Si₂O₈]; Me₅[AlSi₃O₁₀]; KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂ мусковит, (Na,K)₂[Al₂Si₂O₈] - нефелин, Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ - каолинит, Na₃[AlF₆] - криолит. Al нинг ер пўстлоғидаги умумий миқдори 5,5 % ни ташкил этади. Алюминий табиатда факат бирикма холида учрайди.
Олиниши. Алюминий асосан, боксит Al₂О₃* H₂О - дан электролиз усули билан олинади. Бокситнинг суюқланиш ҳароратсини пасайтириш учун фторидлар CaF₂, MgF₂, AlF₃ қўшилади электролиз жараёни қуйидагича боради:
Al₂О₃ Al⁺³ + AlO₃³ (суюқланма)
катодда: Al⁺³ + 3e^- Al⁰
анодда: 4AlO₃ - 2e^- 2Al₂O₃ + 3O₂⁰
Электролизер корпуси катод вазифасини бажаради. Унда алюминий суюқ холатда ажралиб чикади (Т_суюқл = 660⁰С). Графитдан ясалган анодда кислород ажралиб чикади ва графитни углерод оксидларигача оксидлайди.

Al₂O₃ - Na₃AlF₆ суюқланмасининг электролиз схемаси.
1 - Графитдан ясалган анодлар
2 - Электролит суюқланмаси
3 - Суюқ холатидаги алюминий
4 - Катод (печнинг туби)
5 - Печнинг корпуси.
Хоссалари: Al - ок, кумушсимон, пластик (юмшок), енгил, яхши элект ўтказувчан, ҳавода оксидланувчи металл. Кимёвий хоссалари жихатдан активлик қаторида ишқорий ер металларидан кейин турсада, сиртида оксид парда ҳосил килгани учун пассив металл.
Al - металлмаслар билан реакцияга киришади:
2Al + 3Cl₂ 2AlCl₃
Алюминий, ишқорий металлар каби, гидрид ҳосил қилиш хоссасига эга, улар оддий ва комплекс гидридлар холида бўлади:
2Al + 3H₂ 2AlH₃
AlCl₃ + 4LiH Li[AlH₄] + 3LiCl
3Li[AlH₄] + AlCl₃ 4AlH₃ + 3liCl
AlH₃ + NaH Na[AlH₄]
Na[AlH₄] + 2NaH₃ Na[AlH₆]
Алюминий амфотер хоссага эга бўлганлиги сабабли ҳам кислота, ҳам асослар билан реакцияга киришади:
2Al + 6HCl 2AlCl₃ + 3H₂
2Al + 2NaOH + H₂О 2NaAlO₂ + 3H₂
Шунингдек, комплекс катион ва комплекс анион ҳосил қилади:
2Al + 6H₂O + 6OH^- 3H₂ + 2[Al(OH)₆]^3-
2Al + 6NaOH + 6H₂O 2Na₃[Al(OH₂)₆] + 3H₂
Ҳосил бўлган комплекс туз натрий гексагидроксоалюминат деб айтилади. Al метали ишқорлар билан кислоталарга нисбатан тезроқ реакцияга киришади. Чунки алюминийнинг кислотали мухитда оксидланиш потенциали киймати ишқорий мухитдаги кийматидан катта ва алюминий метали очик ҳавода тезлик билан кимёвий баркарор оксид парда - Al₂O₃ ҳосил қилади, кўпчилик холарда Al - металини эритиш учун шу оксид парда металл сиртидан олиб ташланиши керак.
Алюминийнинг устки оксид пардасини уткир асбоб ёрдамида, ёки амалгама ҳосил қилиб олиб ташланса, алюминий шиддат билан сувда эрийди:
2Al + 6H₂O 2Al(OH)₃ + 3H₂
Нитрат ва сулфат кислоталар билан алюминий таъсирлашганда ҳам унинг сиртида оксид парда ҳосил бўлади ва бу оксид ҳимоя қават вазифасини бажаради. Шу сабабли алюминий метали бу кислоталар билан қийинроқ таъсирлашади.
Алюминий оксиди - Al₂O₃ ок рангли, сувда эримайдиган модда. Аморф ва кристалл холатда мавжуд бўлиб, кислота ва ишқорларда эрийди. Юқори температурага чидамли модда Табиатда Al₂O₃ - боксит номи билан аталадиган минерал холида бўлади. Кўпчилик холларда Al(ОН)₃ ни термик парчалаб олинади:
Al(ОН)₃ Al₂O₃ + 3H₂O
Бу усул билан олинадиган Al₂O₃ глинозем дейилади.
Алюминий оксиди амфотер оксиди эканлигидан, кислота ва ишқорларда эрийди.
Al₂O₃ + 3H₂SO₄ Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O (қийин боради)
Al₂O₃ + 2NaOH 2NaAlO₂ + H₂O (осон боради)
NaAlO₂ + 2H₂O Na[Al(OH)₄]
Алюминий гидроксиди Al(OH)₃ сувда (рН=7) эримайдиган, амфотер хоссага эга бўлган ок аморф модда. Лекин эритма мухити кескин ўзгарса (рН < 7) кислоталар ва (рН > 7) ишқорлар таъсирида эрийди:
Al(OH)₃ + 3HCl AlCl₃ + 3H₂O
Al(OH)₃ + 3H⁺ Al⁺³ + 3H₂O
Al(OH)₃ + NaOH Na[Al(OH)₄]
Al(OH)₃ + OH^- [Al (OH)₄]^-
Барча сувда эримайдиган гидроксидлар каби алюминий гидроксиди ҳам алюминий тузларига ишқор таъсир эттириб олинади:
AlCl₃ + 3NaOH Al(OH)₃ + 3NaCl
Реакция учун олинган реагентлар туз: ишқор 1:3 катъий эквимоляр нисбатда бўлиши шарт.
Бу реакция қуйидагича боради. Al - тузлари сувда эриганда Al⁺³ иони гидратланган [AL(H₂O)₆)]⁺³ бўлади, реакцияда шу ион иштирок этади:
[Al(H₂O)₆]³⁺ + OH^- [Al(H₂O)₅OH]²⁺ + H₂O
[Al(H₂O)₅OH]²⁺ + OH^- [Al(H₂O)₄(OH)₂]⁺ + H₂O
[Al(H₂O)₄(OH)₂]⁺ + OH^- [Al(H₂O)₃(OH)₃] + H₂O
Ҳосил бўлган комплекс бирикма [Al(OH)₃*(H₂O)₃] полимер тузилишли бўлиб, Al(OH)₃*xH₂O таркибга тўғри келади.
[Al(OH)₃*(H₂O)₃] - амфотер модда, унинг кислота ва ишқорда эришини қуйидаги умумий (схема) тенглама билан тушунтириш мумкин:

+3nOH^- +3nOH^-

n [Al(OH₂)₆]⁺³ [Al(OH)₃(H₂O)₃]_n n[Al(OH)₆]^3-

катион-комплекс [Al(OH)₃]_n анион-комплекс
Бу тенгламага асосан кислотали (pH<7) эритмалардан алюминийнинг кристаллогидратлари: Al₂(SO₄)₃*18H₂O; Al(NO₃)₃*9H₂O; AlCl₃*6H₂O олинади. Ишқорий (pH>7) эритмалардан турли алюминат тузлари Na[Al(OH)₄(H₂O)₂]; Na₃[Al(OH)₆] олинади.
Al - тузлари гидролизланади. Гидролиз реакциялари босқичли характерга эга. Буни (Al₂(SO₄)₃ тузи мисолида куриб чикайлик):
I босқич: [Al(H₂O)₆]³⁺ + H₂O [Al(OH)(H₂O)₅]²⁺ + H⁺ (pH<7)
Ҳосил бўлган комплекс ион - пентаакво-гидроксо-алюминат ион эритманинг рН-ига, ҳароратга ва тузнинг концентрациясига боғлик холда гидролизланишда давом этади:
II [Al(OH)(H₂O)₅]²⁺ + H₂O [Al(OH)₂(H₂O)₄]⁺ + H⁺ (pH<7)
Кейинги босқичда:
III [Al(OH)₂(H₂O)₄]⁺ + H₂O [Al(OH)₃(H₂O)₃] + H⁺
Лекин, охирги босқич жуда камдан-кам боради. Одатда гидролиз I, II босқичларда тухтайди ва алюминийнинг гидроксо тузлари: [Al(OH)(H₂O)₅]SO₄; [Al(OH)₂(H₂O)₄]₂SO₄ ҳосил бўлади. Агар гидролиз охиригача борганда эди Al(OH)₃*xH₂O сувда деярли эримайдиган модда ҳосил булар эди. Лекин Al³⁺ нинг кўпчилик тузлари тиник эритмалар ҳосил қилади. Бунинг сабаби алюминий тузларининг гидролизи охиригача бормаслигидир.
Алюминий гидроксидининг дегидратланган, яъни сувсизлантирилган шакли алюмогель техникада адсорбент сифатида ишлатилади. Алюмогелнинг механик ва кимёвий жихатдан баркарор бўлишининг сабаби Al(OH)₃*xH₂O таркибидаги "оксол" боғлари ҳарорат таъсирида (- Al - O - Al -) "окси" боғларга айланиб кетишидир.
Алюминий қатор гидрокси, урта ва куш тузлар ҳосил қилади. Булардан галогенли, сульфатли, нитратли, ацетатли тузлари сувда яхши эрийди.
Алюминий куш тузлари аччиктошлар, (NH₄)₂Al₂(SO₄)₄*nH₂O КАl(SO₄)₂0* 12H₂O, тери ошлашда, тўқимачилик саноатида газлама буяшда ишлатилади.