Nhóm III A-hệ thống tuần hoàn hóa học

BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ
BÀI THUYẾT TRÌNH:
NHÓM IIIA
THỰC HiỆN:
Vị trí nhóm trong bảng tuần hoàn hóa học
Các nguyên tố nhóm III A
Al
B
Ga
In
Tl
Số oxi hoá chung là 3+ ,(trừ B) tính chất chúng không giống nhau nhiều
B:có năng lượng Ion hóa lớn nên B không thể mất e để tạo ion B3+  B là phi kim
Al: lớp e ngoài cùng ngay sau vỏ khí hiếm, khoảng cách s và p gần dễ tách 3 e, nên số oxi hóa là +3 bền.năng lượng hydrat hóa của Al3+ rất thấp  Al là kim loại hoạt động mạnh
B
[He] 2s2 2p1
 Ga và In: sau lớp vỏ khí hiếm còn có 10 e của (n-1)d,lại bị ảnh hưởng của sự co d khó tách e
 Tl: sau lớp vỏ khí hiếm còn có 14 e của (n-2)f và 10 e của (n-1)d, lại bị ảnh hưởng của sự co f  khó tách cả 3 e nên số oxi hóa là +1 là bền,trong các dãy hc tạo thành tồn tại cả muối Tali(III) và Tali(I)
Tính kim loại của các nguyên tố nhóm IIIA biến thiên tuyến tính chứ không tăng dần từ trên xuống dưới như KL kiềm thổ
Từ Al đến Ga: tính kim loại hơi giảm xuống do tổng I hơi tăng (vì ga dứng sau các KL chuyển tiếp nên chịu ảnh hưởng của sự co d)
Từ Ga đến In tính kim loại tăng do I giảm, từ In đến Tl thì lại giảm do I tăng( vì Tl đứng sau các kl nhóm lantanoit nên chịu ảnh hưởng của sự co f)
Các ion hidrat hóa của các ion Al3+, Ga3+ và In3+ dễ hình thành trong dung dịch (thế điện cực chuẩn của quá trình M3+ + 3e  M khá âm).
Riêng Tl không dễ mất 3e hóa trị trong dd nước(Thế điện cực chuẩn + 0,71).
 Nguyên tử Tl giữ chặt các e hóa trị nên điện tích hiệu dụng của nó cao hơn hẳn (13Al, 31 Ga, 49In, 81Tl ).Vì vậy số oxi hóa +1 là bền với Tl
Các ion hidrat hóa của các ion In1+ và Tl1+ dễ hình thành trong dd ( thế điện cực chuẩn của quá trình M1+ + 1e  M khá âm).
Nhôm rất phổ biến chiếm thứ 4 trên trái đất trong các khoáng alumo silicat.Chỉ có một đồng vị bền duy nhất 27 Al
Gali,Indi và Tali có rất ít,phân tán,có dạng tạp chất trong các quặng Al,Zn,Fe,Cu được phát hiện bằng pp phân tích phổ
Bo là nguyên tố tương đối phổ biến trong trong hiên nhiên,khoáng vật chính là obrac
Na2 B4O710H2O
Trạng thái thiên nhiên và đồng vị
Là nguyên tố phi kim.
Dạng vô định hình ở dạng bột màu nâu sẫm
Dạng tinh khiết:không màu,khi lẫn tạp chất có màu đen xám,ánh kim,cứng gần bằng kim cương
Nhiệt độ nóng chảy cao
Bo
Ở điều kiện thường:trơ về mặt hóa học
Khi đun nóng:vừa có tính oxi hóa,vừa có tính khử.
Ở to cao tác dụng được với hơi nước
2B + 3H2O (k)  B2O3 +3H2
Chỉ tan trong axit có tính oxh mạnh

B + 3HNO3 đặc nóng  B(OH)3 + 3NO2
Ở to cao B khử được phi kim mạnh hơn nó
như O2,halogen,S,C,N2

2B + 3O2  B2O3



Ở tocao khử được một số oxit
4B + 3SiO2  B2O3 + 3Si
2B + 3CO  B2O3 + 3C
Ở dạng bột mịn tan trong kiềm đặc,
B +NaOHđặc+4H2O  Na[B(OH)4]+3H2
Ở trạng thái nóng chảy,Bo có thể oxh
một số kim loại tạo thành borua kim loại

3Mg +2B  Mg3B2 (đun nóng chảy)
Ứng dụng
Hợp chất có giá trị kinh tế nhất của Bo là tetraborat decahydrat natriNa2B4O7·10H2O, hay borax, được sử dụng để làm lớp vỏ cách nhiệt cho cáp quang hay chất tẩy trắng perborat natri.
Vì ngọn lửa màu lục đặc biệt của nó, bo vô định hình được sử dụng trong pháo hoa
Axít boric là hợp chất quan trọng sử dụng trong các sản phẩm may mặc. Các sợi bo là vật liệu nhẹ có độ cứng cao, được sử dụng chủ yếu trong các kết cấu tàu vũ trụ
Borac hay hàn the
borac đềcahiđrat (Na2B4O7.10H2O)
Borac được sử dụng rộng rãi trong các loại chất tẩy rửa, chất làm mềm nước, xà phòng, chất khử trùng và thuốc trừ sâu. Một trong các ứng dụng được quảng cáo nhiều nhất là sử dụng làm nước rửa tay cho công nhân trong công nghiệp. Nó cũng được sử dụng làm men thủy tinh men gốm, thủy tinhvà làm cứng đồ gốm sứ. borac pentahiđratđược sử dụng trong sản xuất sợi thủy tinh và xelulôza cách nhiệt như là chất làm chậm cháy và hợp chất chống nấm Một lượng lớn sử dụng trong sản xuất peborat natri mônôhiđratđể sử dụng trong bột giặt
Sử dụng tại Việt Nam

Hàn the có tính sát khuẩn nhẹ, lại làm cho sản phẩm tinh bột, cá, thịt,... trở nên dai nên hay được các nhà sản xuất ở Việt Nam cho sử dụng trong các loại thực phẩm như giò, chả, nem chua, bún, bánh phở…để sản phẩm chế biến ra dai và kéo dài thời gian bảo quản và sử dụng.
Tuy nhiên hàn the có thể gây ngộ độc. Liều từ 5 gam trở lên đã gây ngộ độc cấp tính, có thể dẫn đến tử vong. Dùng với liều lượng thấp có thể gây ngộ độc mạn tính, ảnh hưởng đến gan, thận, gây biếng ăn và suy nhược cơ thể. Khi vào cơ thể, hàn the khó bị đào thải mà tích tụ trong gan, đến khi lượng tích tụ đủ lớn sẽ gây tác hại mạn tính.
Ứng dụng trong y học
Các hợp chất bo được sử dụng như thành phần trong các màng thấm đường, phần tử nhạy cacbonhiđrat và tiếp hợp sinh học. Các ứng dụng sinh học được nghiên cứu bao gồm liệu pháp giữ nơtron bằng bo và phân phối thuốc trong cơ thể. Các hợp chất khác của bo có hứa hẹn trong điều trị bệnh viêm khớp,Ung thư..
Bo nguyên tố và các borat là không độc vì thế không có yêu cầu đặc biệt nào khi làm việc với chúng. Tuy nhiên, một số hợp chất chứa hiđrô của bo là độc và có yêu cầu đặc biệt khi tiếp xúc. Natri orthoborat có thể gây hại cho gan


Cấu hình nguyên tử nhôm
I . VỊ TRÍ TRONG BẢNG TUẦN HOÀN, CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ
- Ô số 13, nhóm IIIA, chu kì 3.
- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p1 hay [Ne]3s23p1
- Dễ nhường cả 3 electron hóa trị nên có số oxi hố +3 trong các hợp chất.
NHÔM


Màu trắng bạc, tnc = 6600C, khá mềm, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng.

- Là kim loại nhẹ (d = 2,7g/cm3), dẫn điện tốt và dẫn nhiệt tốt.
.
TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Nhôm là kim loại có tính khử mạnh,chỉ sau kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ,nên dễ bị oxi hoá thành ion dương.
Al – 3e-  Al3+
1. Tác dụng với phi kim
a)Tác dụng với halogen
2Al + 3Cl2  2AlCl3
b) Tác dụng với oxi
4Al + 3O2  Al2O3

Al bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có lớp màng oxit Al2O3 rất mỏng bảo vệ.






2. Tác dụng với axit
 Khử dễ dàng ion H+ trong dung dịch HCl và H2SO4 loãng thành H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Tác dụng mạnh với dung dịch HNO3 loãng, HNO3 đặc, nóng
và H2SO4 đặc, nóng

Al + 4HNO3(loãng)  Al(NO3)3 + NO + 2H2O

2Al + 6H2SO4 (loãng)  Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Chú ý: Nhôm bị thụ động hoá bởi dung dịch HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc nguội.



3)Tác dụng với oxit kim loại

Ở to cao,Al phản ứng với các oxit kim loại đứng sau nó trong dãy điện thế

2Al + Cr2O3  Al2O3 + 2Cr ΔH =-128kcal/mol

Các phản ứng này thường tỏa nhiều nhiệt nên gọi là phản ứng nhiệt nhôm.
Các phản ứng này thường dùng để điều chế các kim loại khó bị khử và khó nóng chảy như Cr,Mn,Ti…
4. Tác dụng với nước

Phá bỏ lớp oxit trên bề mặt Al (hoặc tạo thành hỗn hống Al-Hg thì Al sẽ phản ứng với nước ở niệt độ thường)

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

- Nhôm không phản ứng với nước ở nhiệt độ cao vì trên bề mặt của nhôm được phủ kín một lớp Al2O3 rất mỏng, bền và mịn, không cho nước và khí thấm qua.
5. Tác dụng với dung dịch kiềm

- Trước hết, lớp bảo vệ Al2O3 bị hoà tan trong dung dịch kiềm:
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (1)
- Al khử nước:
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 (2)
- Lớp bảo vệ Al(OH)3 bị hoà tan trong dung dịch kiềm
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (3)
Các phản ứng (2); (3) xảy ra xen kẽ nhau cho đến khi nhôm bị hoà tan hết.
2Al + 2NaOH + 2H2O  2NaAlO2 + 3H2
TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
-Chế tạo hợp kim của nhôm để sản xuất máy bay, phi thuyền, vật liệu xây dựng, dụng cụ gia đình.
ỨNG DỤNG
Luyện kim.
Làm dây dẫn điện trên cao và
tạo các lá mỏng dùng trong vô tuyến.
Dùng đóng gói thực phẩm

Đất sét mica Quặng criolit
Al2O3.2SiO2.2H2O K2O.Al2O3.6SiO2,

Quặng Boxit
Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy
Điện phân nhôm oxit nóng chảy
 Chuẩn bị chất điện li nóng chảy: Hoà tan Al2O3 trong criolit nóng chảy nhằm hạ nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp xuống 9000 C và dẫn điện tốt, khối lượng riêng nhỏ.
 Quá trình điện phân
Al2O3  2Al3+ + 3O2-
 Khí oxi ở nhiệt độ cao đốt cháy cực dương cacbon, sinh ra hỗn hợp khí CO; CO2. Do vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần dần cực dương..
SẢN XUẤT NHÔM
Quá trình tinh chế Al theo Bayer








Catot: Al3+ + 3e  Al(l)
Anot: 2O2- → O2 + 4e-
Cực dương C bị oxi hóa bởi oxi:
O2 + Cđc CO2 (điện cực ăn mòn)
Có nhiều dạng nhưng nhiên Al2O3 bền nhất là hai dạng,
Trong tự thường dưới dạng khoáng vật corundum chứa trên
90% oxit,và tạp chức có màu như:



Đá saphia (chứa Fe3+ và Ti4+)
Có màu xanh tím
Ngọc ruby (chứa Cr3+)
Có màu đỏ
Hoàng ngọc hay topaz
(chứa hợp chất của Fe)
Có màu vàng ánh đỏ
Al2O3
1. Tính chất
 Tính chất vật lí: Chất rắn, màu trắng, không tan trong nước không td với nước, tnc > 20500C.
Tính chất hoá học: là oxit lưỡng tính.
Chỉ phản ứng khi ở đk trên 100 0C,
* Td với dung dịch axit
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O
* Td với dung dịch kiềm
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
natri aluminat







Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 +CO2
Al2O3 + 3K2S2O7 → Al2(SO4)3 +3K2SO4
*Td với một số muối ở đk nóng chảy
Al2O3
Ở nhiệt độ thường corundum rất trơ về mặt hóa học, không tan trong nước, dd axit, kiềm.
Ở 100 °C tương tác mạnh với hydroxit, cacbonat hydrosunfat, disunfur kim loại kiềm ở trạng thái nóng chảy:

Al2O3 + Na2CO3→ 2NaAlO2 + CO2
Al2O3 + 3K2S2O7 → Al2(SO4)3 + 3K2SO4

Al2O3 chủ yếu được dùng để điều chế Al, dung làm vật liệu chịu lửa, Al2O3 tinh khiết còn được dung làm xi-măng tram răng 28,4%Al2O3)
II. NHÔM HIĐROXIT
Tính chất vật lí: Chất rắn, màu trắng,
kết tủa ở dạng keo.
Tính chất hoá học:
là hiđroxit lưỡng tính.
* Td với dung dịch axit
Al(OH)3 + 3 H2O+ → [Al(H2O)]3+
* Td với dung dịch kiềm
Al(OH)3 + OH- + 2H2O → [Al(OH)4(H2O)2]-.
hydroxy aluminat
Al(OH)3
Al3+

Nhôm sunfat và nhóm phèn nhôm được dùng trong công nghiệp giấy, nhuộm, thuộc da và làm trong nước do chúng thủy phân mạnh trong nước tạo Al(OH)3
Phèn nhôm Kali phèn nhôm amoni phèn nhôm PAC
--Không có vai trò sinh học, ngược lại đã thấy độc tính mạnh của Al ảnh hưởng đến não biểu hiện ở người cao tuổi.
-Nhiều hợp chất của Al không tan được dùng làm thuốc kháng axit dạ dày
*Al(OH)3:làm dung dịch keo đông (gel) để trung hòa HCl của dịch vị trong t hợp tăng axit ở bệnh loét dạ dày.
*Cao lanh Al2O3.2SiO3.2H2O có khả năng hút thấm nên được dùng làm bột rắc hoặc bột nhão để chữa các bệnh ngoài da, loét bỏng.

Gali Indi Tali
Ga,In,Tl
Ga, In, Tl là những kim loại hoạt động hóa học mạnh
1)Tác dụng với phi kim
Ga, In, Tl tác dụng mãnh liệt với Oxi và lưu huỳnh ở nhiệt độ cao
2Ga + O2 → 2GaO ; 4In + 3O2 → 2In2O3,
4Tl + 2O2 → Tl2O +Tl2O3
2Ga + 3S → Ga2S3 (In tương tự) ; 2Tl + S → Tl2S
Ga, In, Tl phản ứng ngay với Clo, Brom, Iốt khi đun nóng
(t0 khoảng 80-150 oc)
2Ga +3Cl2 → 2GaCl3 (In tương tự); 2Tl +Cl2 → 2TlCl2
2)Tác dụng với nước: chỉ có Ga và Tl phản ứng ở nhiệt độ cao
2Ga +6H2O → 2Ga(OH)3 +3H2 ; 4Tl + 2H2O + O2 → 4TlOH
3)Tác dụng với axit Tạo muối Ga(III),In(III),Tl(III) với ddHCl,HNO3 và Tl(II) với H2SO4
4)Tác dụng với kiềm: Ga tương tự như nhôm, In và Tl không phản ứng với kiềm nếu không có chất oxi hóa








Các hợp chất của Ga,Tl,In
Oxit của chúng thể hiện tính lưỡng tính như Al2O3,bị khử bởi H2,C,CO,H2O2 ,tác dụng với một số phi kim
Hidroxit của chúng tồn tại ở dạng vô định hình,tan trong nước,phân hủy khi đun nóng,thể hiện tính lưỡng tính
Ga(OH)3 + NaOH đặc nóng → Na[Ga(OH)4]
Ga(OH)3 + 3HCl → GaCl3 +3H2O
Riêng Tl hidroxit chỉ tồn tại 1 dạng duy nhất là TlOH có tính bazơ mạnh
2TlOH loãng +Zn(NO3)2 → Zn(OH)2 +2TlNO3
2TlOH đặc +Zn(OH)2 → Ti2[Zn(OH)4]
2TlOH + 4NaOH +2Cl2 → Tl2O3 +4NaCl +3H2O
Muối của chúng có tính chất phụ thuộc vào gốc axit
Gốc Cl- đa số dễ bay hơi,ít tan trong nước
Gốc SO42- tan nhiều trong nước nóng,bền nhiệt
Gốc NO3- tan nhiều trong nước,dễ phân hủy khi đun nhẹ


*Hợp chất của Ga,In,Tl dùng làm chất bán dẫn.
In và các hợp chất của nó ứng dụng trong các phản ứng phóng xạ
Tl dùng trong dùng làm các thiết bị quang học sử dụng tia hồng ngoại, ví dụ các cửa sổ trước máy thu hồng ngoại,trong chế tạo vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao cho các ứng dụng như chụp cộng hưởng từ, lưu giữ năng lượng từ, lực đẩy từ, sản xuất điện năng và truyền điện
Ứng dụng trong thực tế
Hợp kim có điểm eutecti lỏng thấp của gali, indi thiếc được sử dụng rộng rãi trong một số nhiệt kế y học để thay thế cho nhiệt kế thủy ngân
Các muối của gali như citrat gali và nitrat galiđã từng được dùng như là tác nhân dược phẩm phóng xạ trong chiếu chụp y học hạt nhân.
*Hợp kim của Ga và Au được dùng làm đồ trang sức, làm răng.
*In được dùng điều chế hợp kim nhằm tăng độ bền, độ sáng của kim loại như Ag, Cu hoặc phủ lên bề mặt của kim loại để kim loại khỏi bị ăn mòn.
-Một số hợp chất của Ga3+ dùng điểu trị chống tăng Ca máu có liên quan đến ung thư.
-Tl là một trong các chất độc nhất và được hấp thụ qua ruột, qua da tương tự asenic nên hợp chất của nó được dùng làm chất diệt trùng.Nếu bị lạm dụng để làm mỹ phẩm (thuốc làm rụng lông tóc) có thể gây chết người.
Ứng dụng trong y học và độc tính

Tài liệu được tham khảo tại

1)Tính chất lý hóa học các chất vô cơ
(R.A.Lidin,V.A.Molosco,L.L.Andreeva)

2)Hóa vô cơ (tập 2)
Hoàng Nhâm
CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ THEO DÕI

BÀI THUYẾT TRÌNH