План лекции: Международная система единиц Атомно-молекулярное учение Стехиометрия химических реакций

Соединения бора (III). Степень окисления +3 у бора проявляется в соединениях с более электроотрицательными, чем он сам, элементами, т. е. в галидах, оксиде, сульфиде, нитриде, гидридах и в соответствую­щих анионных борат-комплекс ах, простейшие из которых приведены ниже:
BF₃, BF₄^-, B₂O₃, BO₂^-, BH₃, BH₄^-.
В зависимости от числа σ-связей координационное число бора (III) равно 4 или 3, что соответствует sp³- или sp²-гибридизацин его валент­ных орбиталей.

Галиды типа ВНа1₃ известны для всех галогенов. Могут быть получены из простых веществ при нагревании. Все они бесцветны. Молекулы ВНа1₃ имеют форму плоского треугольника с атомом бора d центре (sp³-гибридное состояние бора). В обычных условиях BF₃ — uаз, ВС1₃ и ВВr₃ — жидкости, ВI₃ — твердое вещество.
Наибольшее применение имеют BF₃ и ВС1₃. Трифторид получают нагреванием В₂О₃ с CaF₂ в присутствии концентрированной H₂SO₄:.
В₂О₃ + 3CaF₂ + 3H₂SO₄ = 2BF₂ + 3CaSO₄ + 3H₂O.
Получение трихлорида бора (как и SiCl₄) основано на хлорировании раскаленной смеси оксида и угля:
В₂О₃ + 3С + ЗС1₂ = 2ВС1₃ + 3СО.
Тригалиды бора — сильные акцепторы электронной пары;BF₃, на­пример, присоединяет молекулу воды, аммиака, эфира, спирта и пр. При взаимодействии с водой BF₃ дает BF₃ * Н₂О:

Способность к донорно-акцепторному взаимодействию определяет применение трифторида и трихлорида бора в органическом синтезе в качестве катализаторов.
Оксид бора (III) В₂О₃ существует в виде нескольких моди­фикаций. В кристаллах В₂О₃ атомы бора находятся внутри равно­стороннего треугольника ВО₃ либо тетраэдра ВО₄ из атомов кисло­рода. Кристаллический В₂О₃ (плавится при 450°С и кипит при 2250°С) имеет высокие значения энтальпии (ΔН⁰ = -1461 кДж/моль) и энер­гии Гиббса образования (-1178 кДж/моль). Он легко пере­ходит в стеклообразное состояние и очень трудно кристаллизируется. Получают оксид В₂О₃ обезвоживанием Н₃ВО₃. В отличие от цепи Si — О — Si цепь В — О — В относительно легко разрывается при гидратации; в этом отношении кислородные соединения бора (III) сходны с таковыми фосфора. Как кислотный оксид В₂О₃ энергично взаимодействует с водой с образованием борной кислоты Н₃ВО₃.
Сульфид бора В₂S₃ — стеклообразное вещество, водой пол­ностью разлагается.
Гидриды бора (бораны) по способу получения и по свойствам напоминают силаны. Обычно смесь боранов с водородом получается действием кислот на некоторые химически активные бориды, например:
6MgB₂ + 12HC1 = H₂ + B₄H₁₀ + 6MgC1_a + 8B.
Простейшее водородное соединение бора ВН₃ в обычных условиях - не существует. Это объясняется его координационной ненасыщенностью и невозможностью образования делокализованной π-связи, которая стабилизировала бы sр²-гибридное состояние атома бора. Координа­ционное насыщение атома бора возникает при сочетании этих молекул-радикалов друг с другом:
ВН₃ +ВН₃ = В₂Н₆.
Из выделенных в свободном состоянии гидридов бора состава В_nН_n+4 и В_nН_n+6 простейшими представителями являются: В₂Н₆, В₄Н₁₀ — газы, В₅Н₉, B₆H₁₀ — жидкости, В₁₀Н₁₄ — твердое вещество.
Гидридобораты известны для многих элементов. Тетрагидридобораты щелочных и щелочноземельных металлов являются преиму­щественно ионными соединениями, т. е. типичными солями. В твердом состоянии они вполне устойчивы (т. разл. 250…500°С). В практике чаще всего используется Na[BH₄] — бесцветная соль, хорошо раство­римая в воде. При обычных температурах гидролизуется очень мед­ленно.
Гидридобораты щелочных металлов можно получить взаимодейст­вием соответствующего гидрида с дибораном в эфирном растворе. Для получения Na[BH₄] обычно используется реакция между гидридом натрия и метиловым эфиром ортоборноq кислоты:
4NaH + В(ОСН₃)₃ = Na[BH₄] + 3CH₃ONa.
Тетрагидридобораты других металлов обычно получают обменной реакцией между Na[BH₄] и соответствующим галидом, например:
3Na[BH₄] + A1C1₃ = А1(ВН₄)₃ + 3NaCl
В противоположность ионным ковалентные тетрагидридобораты типа А1(ВН₄)₃ (т. пл. -64,5°С, т. кип. 44,5°С), Ве(ВН₄)₂ (т. возг. 91⁰С) летучи, легкоплавки. В этих гидридоборатах (поскольку имеется дефицит электронов) связь между внешней и внутренней сферами осу­ществляется за счет трехцентровых связей. Таким образом, эти соеди­нения являются смешанными гидридами. В гидридоборатах же щелочных и щелочноземельных металлов (низкие энергии ионизации) дефицит электронов устраняется за счет перехода электронов атома металла к радикалу ВН₄, т. е. в этом случае связь между внешней и внутренней сферами становится преимущественно ионной:

Наибольшее значение имеет Na[BH₄] — белое кристаллическое вещество. Эта соль вполне устойчива, ее можно перекристаллизовать из водного раствора. В отличие от ионных ковалентные гидридобораты (смешанные гидриды) так е реакционноспособны, как и гидриды бора, например взрывают на воздухе.
Гидридобораты - сильные восстановители. Они широко используются для проведения раз­личных синтезов, применяются как исходные вещества для по­лучения различных гидридов и в особенности диборана:
3NаВН₄ + 4BF₃ = 2B₂H₆ + 3NaBF_4.
Эту реакцию, протекающую в эфирной среде, можно рассмат­ривать как реакцию вытеснения одним кислотным соединением BF₃ другого - (ВН₃)_2.
Кроме тетрагидридоборатов известны разнообразные гидридобо­раты более сложного состава и строения.
Оксоборатные комплексы подобно оксиду бора в большинст­ве своем полимерны. В качестве простейших представителей можно назвать циклический метаборатный анион (BO₂)₃^3- (в кристаллах КВО₂, NaBO₂) и полиметаборатный анион (ВО₂^-)_n, в виде плоской зиг­загообразной бесконечной цепи в кристаллах Са(ВО₂)₂, LiBO₂):

Указанные анионы состоят из плоских треугольных структурных единиц ВО₃, что отвечает sp²-гибридному состоянию атомов бора.
В оксоборатах атомы бора находятся также в состоянии sр³-гибри-дизации, т. е. образуют четыре σ-связи:

В последнее время большое внимание привлекают бороорганические соединения, в частности содержащие цепи В-О-В, В-N-В, В-Р-В, В-S-В, обрамленные органическими радикалами. Особый интерес представляют производные боразола B₃N₃H₆:

Боразол — бесцветная жидкость (т. пл. -58°С и т. кип. 55⁰С). По структуре и ряду свойств близок к бензолу и потому его образно назы­вают «неорганическим бензолом».