Уравнение реакции бора с азотной кислотой

Реакция с концентрированной серной и азотной кислотой — наиболее доступными кислотами-окислителями — является важной для характеристики свойств неметаллов со средним значением электроотрицательности. Среди таких неметаллов следует назвать: серу, фосфор, кремний, йод, селен, теллур, мышьяк. Например, фосфор реагирует с азотной кислотой с образованием фосфорной кислоты.

Сера реагирует с азотной кислотой с образованием серной кислоты, а с серной кислотой — с образованием диоксида серы и воды.

Кремний не реагирует с концентрированной серной и азотной кислотами. Чтобы растворить кремний, используют смесь азотной и плавиковой (фтористоводородной) кислоты. Азотная кислота играет роль окислителя, фтористоводородная — комплексообразователя.

Бор — типичный неметалл с невысокой электроотрицательностью. Как должна протекать его реакция с азотной кислотой? В практикуме Рипан Р. Четяну И. Руководство к практическим работам по неорганической химии (1965), С. 555 [ссылка] сказано:

С концентрированной азотной или серной кислотой бор реагирует следующим образом:

Опыт проводят в пробирке при нагревании.

— И все: больше никаких подробностей. Значит — проверим опытным путем.

Налил в стаканчик концентрированную азотную кислоту (60-70%) и всыпал туда небольшой шпателек аморфного бора. Произошла вспышка, которая сопровождалась шипением и образованием желтых искр. Появились бурые пары. Но пламя исчезло и после этого бурной реакции не последовало. Добавил еще один шпатель бора: снова вспышка, а потом — отсутствие всякой активности. Греть стакан до растворения бора не стал (ввиду тривиальности процедуры).

Повторил эксперимент: снова при добавлении бора в азотную кислоту дважды произошла вспышка. Про такой эффект при взаимодействии аморфного бора с азотной кислотой в практикуме не было ни слова. Возможно, бор содержал примесь борида натрия, который и дал вспышку с кислотой? Но это практически исключено, т.к. полученный аморфный бор я кипятил с раствором соляной кислоты: бориды натрия в этих условиях разложились бы.

Приведу еще раз фрагмент цитаты из Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона:

. сушить порошок [аморфного бора] следует на пористых фарфоровых пластинках при обыкновенной температуре, так как при более сильном подогревании бор легко загорается.

Другими словами, аморфный бор, полученный реакцией борного ангидрида с натрием (с последующей промывкой соляной кислотой), содержит активные частицы, способные воспламеняться на воздухе, если бор сушить при нагревании. Например, это могут быть очень мелкодисперсные частицы (вспомните, что железо и свинец — металлы средней активности — в мелкодисперсном виде вспыхивают на воздухе, т.е. обладают пирофорностью). Не удивительно, что реакция бора с азотной кислотой происходит со вспышкой. Такой «активной формы» бора в полученном образце, по-видимому, содержится мало, поэтому после вспышки дальнейшей бурной реакции не наблюдается.

Согласно практикуму Рипан Р. Четяну И. Руководство к практическим работам по неорганической химии (1965), С. 555 [ссылка] при нагревании в кислороде или на воздухе бор воспламеняется и сгорает красным пламенем с образованием борного ангидрида и выделением большого количества тепла.

Поместил бор в ложечку для сжигания, нагрел его в пламени зажигалки и внес в колбу с кислородом. Сначала бор горел красивым ослепительным бело-зеленым пламенем, затем — красным и белым. Образовался белый дым.

Бор (B)

Первыми бор получили французы Гей-Люссак и Тенар в 1808 году.

В природе элементарный бор не встречается. Почит во всех минералах бор связан с кислородом, он встречается в небольших концентрациях во многих природных соединениях, в виде боратов и боросиликатов, в изверженных и осадочных породах, в водах морей, соляных озер, горячих гейзеров, грязевых вулканов.

Электронная конфигурация бора — 1s 2 2s 2 2p 1 (см. Электронная структура атомов).

Рис. Электронная конфигурация атома бора.

На внешнем электронном слое бора находятся три электрона, которые он может либо отдавать, либо принимать еще 3, проявляя кислотность +3 или -3.

Бор, как простое вещество

Бор является инертным (при н. у.) неметаллом, образует ряд аллотропных модификаций, отличающихся строением кристаллической решетки — это самое твердное (после алмаза) природное вещество, обладающее малой электропроводностью. Свойства бора во многом зависят от его модификации и чистоты.

Химические свойства бора:

• при комнатной температуре бор вступает в реакцию только со фтором;
• при t=500-700°C реагирует с кислородом, серой, хлором: 4B + 3O₂ = 2B₂O₃;
• при t=1200°C реагинует с кремнием (силицид бора) и азотом (нитрид бора): 3B + Si = B₃Si;
• при t=2000°C реагинует с углеродом: 3C + 12B = B₁₂C₃;
• в сплавах с металлами бор образует бориды различного состава (в зависимости от условий сплавления и концентрации бора): Ni + 2B = NiB₂; 2Ni + B = Ni₂B;
• с парами воды бор вступает в реакцию при температуре красного каления: 6H₂O + 2B = 2H₃BO₃ + 3H₂.
• взаимодействует с горячими концентрированными азотной и серной кислотой, а также царской водкой: 3HNO₃ + B = 3NO₂ + H₃BO₃.
• с кислотами неокислителями бор не реагирует.

Соединения бора

Борная кислота (H₃BO₃) — это слабая одноосновная кислота, представляет собой растворимое в воде бесцветное кристаллическое вещество.

Борную кислоту получают из минерала сассолина.

Кислотные свойства борной кислоты обусловлены образованием протона при ее взаимодействии с водой:

При нагревании борная кислота, теряя воду, превращается в метаборную кислоту:

Борная кислота применяется как дезинфицирующее и антисептическое средство, для изготовления эмалей, специальных стекол, цементов, косметики, средств гигиены.

Борный ангидрид (B₂O₃) — диэлектрическое бесцветное кристаллическое вещество, легко переходящее в стеклообразное состояние.

Энергично вступает в реакцию с водой, образуя борную кислоту: B₂O₃ + 3H₂O = 2H₃BO₃.

Получение борного ангидрида:

Борный ангидрид нашел применение в производстве специальных стекол и для получения бора.

Получение бора:

• металлотермией получают аморфный «грязый» бор (магний и натрий выступают в роли восстановителей): B₂O₃ + 3Mg = 2B + 3MgO;
• кристаллический бор высокой частоты получают при температуре 800°C восстановлением галогенидов бора водородом: 2BBr₃ + 3H₂ = 6HBr + 2B;
• промышленным способом бор получают электролизом расплава K[BF₄] и B₂O₃ (t=800-1000°C).

Применение бора:

• в изготовлении полупроводников (бор — полупроводник p-типа с дырочной проводимостью);
• для изготовления огнеупорных, кислотостойких материалов (силициды устойчивы к действию воды, щелочей, кислот, высокой температуры);
• в качестве металлургических добавок при изготовлении жаропрочной, механически и коррозионноустойчивой стали;
• для изготовления деталей реактивных двигателей, газовых турбин, работающих в тяжелых условиях высоких температур;
• в ядерной энергетике для изготовления замедлителей быстрых нейтронов и для биологической защиты.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе