Уравнения реакций взаимодействия кислорода с бором

Уравнения реакций взаимодействия кислорода с бором

Среди элементов IIIa группы один лишь бор относится к неметаллам. Представляет собой аморфное кристаллическое вещество красного или темного цвета, может быть бесцветным.

Общая характеристика элементов IIIa группы

От B к Tl (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Оксид бора проявляется кислотные свойства, алюминий и галлий — типичные амфотерные элементы, у соединений индий и таллия преобладают основные свойства.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 1 :

• B — 2s 2 2p 1
• Al — 3s 2 3p 1
• Ga — 4s 2 4p 1
• In — 5s 2 5p 1
• Tl — 6s 2 6p 1

Природные соединения

Получение

Бор получают путем пиролиза бороводородов, методом металлотермии (вытеснением активным металлом) и термическим разложением бромида бора в присутствии катализатора

BBr₃ + H₂ → (вольфрам, t = 1000-1200 С°) B + HBr

Химические свойства

• Реакции с фтором

Необходимо заметить, что бор довольно инертный неметалл. При комнатной температуре без нагревания он реагирует только со фтором:

Реакции с неметаллами

При нагревании бор реагирует с другими галогенами, азотом, фосфором, углеродом и кислородом.

При сильном нагревании бор способен восстановить кремний из его оксида:

Ионы бора окрашивают пламя в оттенки зеленого цвета.

Оксид и гидроксид бора

Оксид и гидроксид бора (борная кислота) проявляют кислотные свойства.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

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

Кислород: химия кислорода

Кислород

Положение в периодической системе химических элементов

Кислород расположен в главной подгруппе VI группы (или в 16 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кислорода

Электронная конфигурация кислорода в основном состоянии :

+8O 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2s 2p

Атом кислорода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии.

Физические свойства и нахождение в природе

Кислород О₂ — газ без цвета, вкуса и запаха, немного тяжелее воздуха. Плохо растворим в воде. Жидкий кислород – голубоватая жидкость, кипящая при -183 о С.

Озон О₃ — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.

Кислород — это самый распространённый в земной коре элемент. Кислород входит в состав многих минералов — силикатов, карбонатов и др. Массовая доля элемента кислорода в земной коре — около 47 %. Массовая доля элемента кислорода в морской и пресной воде составляет 85,82 %.

В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.

Способы получения кислорода

В промышленности кислород получают перегонкой жидкого воздуха.

Лабораторные способы получения кислорода:

• Разложение некоторых кислородосодержащих веществ:

Разложение перманганата калия:

Разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора MnO₂ :

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

Разложение пероксида водорода:

2HgO → 2Hg + O₂

Соединения кислорода

Основные степени окисления кислород +2, +1, 0, -1 и -2.

Химические свойства

При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.

1. Кислород проявляет свойства окислителя (с большинством химических элементов) и свойства восстановителя (только с более электроотрицательным фтором). В качестве окислителя кислород реагирует и с металлами , и с неметаллами . Большинство реакций сгорания простых веществ в кислороде протекает очень бурно, иногда со взрывом.

1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:

С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.

1.2. Кислород реагирует с серой и кремнием с образованием оксидов:

1.3. Фосфор горит в кислороде с образованием оксидов:

При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):

Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):

1.4. С азотом кислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000 о С), образуя оксид азота (II):

N₂ + O₂→ 2NO

1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием и алюминием кислород также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:

2Ca + O₂ → 2CaO

Однако при горении натрия в кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:

2Na + O₂→ Na₂O₂

А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:

K + O₂→ KO₂

Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.

Цинк окисляется до оксида цинка (II):

2Zn + O₂→ 2ZnO

Железо , в зависимости от количества кислорода, образуется либо оксид железа (II), либо оксид железа (III), либо железную окалину:

2Fe + O₂→ 2FeO

4Fe + 3O₂→ 2Fe₂O₃

3Fe + 2O₂→ Fe₃O₄

1.6. При нагревании с избытком кислорода графит горит , образуя оксид углерода (IV):

при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C + O₂ → 2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Кислород окисляет бинарные соединения металлов и неметаллов: сульфиды, фосфиды, карбиды, гидриды . При этом образуются оксиды:

4FeS + 7O₂→ 2Fe₂O₃ + 4SO₂

Ca₃P₂ + 4O₂→ 3CaO + P₂O₅

2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:

• летучие водородные соединения ( сероводород, аммиак, метан, силан гидриды . При этом также образуются оксиды:

2H₂S + 3O₂→ 2H₂O + 2SO₂

Аммиак горит с образованием простого вещества, азота:

4NH₃ + 3O₂→ 2N₂ + 6H₂O

Аммиак окисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):

4NH₃ + 5O₂→ 4NO + 6H₂O

• прочие бинарные соединения неметаллов — как правило, соединения серы, углерода, фосфора ( сероуглерод, сульфид фосфора и др.):

CS₂ + 3O₂→ CO₂ + 2SO₂

• некоторые оксиды элементов в промежуточных степенях окисления ( оксид углерода (II), оксид железа (II) и др.):

2CO + O₂→ 2CO₂

2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.

Например , кислород окисляет гидроксид железа (II):

Кислород окисляет азотистую кислоту :

2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:

CH₄ + 2O₂→ CO₂ + 2H₂O

2CH₄ + 3O₂→ 2CO + 4H₂O

CH₄ + O₂→ C + 2H₂O

Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)