Grupa 13 (III A). Al, Ga, In, Tl

Stare natural Al este metalul cel mai rspndit n litosfer, fiind al 3-lea element ca pondere dup oxigen i Si. Se gsete numai sub form combinat. - aluminosilicai argile, feldspat, K[AlSi3O8] - oxizi, Al2O3 corindon (incolor), rubin (impuriti, Cr2O3 i V2O5), safir (impuriti Ti i Fe) - bauxit oxihidroxid (boehmit) - AlO(OH) i Al(OH)3 - gibbsit - hidroxid Al(OH)3 bayerit - spinel, MgAl2O4 - fluorur, Na3[AlF6] criolit Ga, In i Tl se gsesc sub form de E2S3 (mpreun cu sulfurile de Cu sau Al).

Obinerea aluminiului

Se obine industrial din bauxit care conine impuriti de Fe2O3, SiO2, TiO2, Ga2O3 etc. prin electroliz.

1) Procedeul Bayer pe cale umed - (SiO2 3-5%) -180C Al(OH)3 + NaOH(aq 40%) + 2H2O Na[Al(OH)4(H2O)2](aq) Se filtreaz amestecul de impuriti: Fe2O3, SiO2, TiO2 Na[Al(OH)4(H2O)2](aq) + CO2 Al(OH)3 +NaHCO3+2H2O

2Al(OH)31200C

Al2O3 + 3H2O

2) Procedeul pe cale uscat se aplic pentru coninut mare de SiO2 2Al(OH)3 + Na2CO3 + CaO + SiO2

200C2NaAlO2 + CaSiO3 + CO2 + 3H2O

NaAlO2 + 4H2O Na[Al(OH)4(H2O)2](aq)

Electroliza topiturii de Al2O3 i Na3[AlF6]. Vasul de electroliz este din oel, cptuit cu carbon, servete drept catod. - se utilizeaz drept fondant CaF2

- concentraia de criolit rmne constant

A(+) F- - e- F 6F + Al2O3 2AlF3 + 3/2O2 K(-) Na+ + e- Na 3Na + AlF3 Al + 3NaF O2 degajat n timpul electrolizei se combin cu C din anozi, formnd CO i CO2 schimbarea periodic a anozilor. Al topit se acumuleaz n partea inferioar a celulei de electroliz. Se purific prin retopire.

Obinerea aluminiului

2Na3[AlF6] NaF + Na[AlF4]

NaF Na+ + F-

Na3[AlF6] + Al2O3 3Na[AlOF2]

Obinerea Ga, In i Tl Prjirea sulfurilor E2S3 + 9/2O2 E2O3 + 3SO2 E2O3 + 3H2 2E + 3H2O Proprieti fizice Al metal uor, maleabil, ductil, cristalizeaz n reea cubic cu fee centrate, cu p.t. de 660C. - are conductivitate termic i electric mare. Reactivitatea sa este micorat de formarea unui strat protector de oxid superficial. Este mai activ dect B. Ga, In, Tl metale alb-argintii, reactive. Tl este mai dens dect Pb. Au p.t. sczute, n special Ga (27C).

Al, Ga, In, Tl. Proprieti chimice Al propreiti chimice a) Reacia cu nemetalele 4Al + 3O2 2Al2O3 - reacia are loc numai sub form de pulbere i se degaj o cantitate mare de cldur. - cu N2 la cald AlN - cu S la cald (700C) Al2S3 (hidrolizeaz) - cu Cl2 la cald Al2Cl6 b) Reacia cu apa - nu reacioneaz nici la temperaturi nalte. Reacioneaz n prezena srurilor de Hg2+. c) Reacia cu acizii. Cu acizii diluai (HNO3 i H2SO4) reacioneaz n mic msur. Al se pasiveaz n HNO3. 2Al + 6H2SO4 Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Al, Ga, In, Tl. Proprieti chimice Al proprieti chimice d) Reacia cu hidroxizii Al + NaOH + 5H2O Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3/2H2 e) Caracter reductor aluminotermie. Aplicaie - obinere de metale greu fuzibile Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3 3NiO + 2Al 3Ni + Al2O3 Ga, In, Tl proprieti chimice Ga se aseamn foarte mult cu Al. Are caracter amfoter. Ga reacioneaz cu acizii i bazele. 2Ga + 2NaOH + 10H2O 2Na[Ga(OH)4(H2O)2] + 3H2 Ga + 3HCl + 6H2O GaCl3 ([Ga(OH2)6]Cl3)+ 3/2H2

Ga, In, Tl. Proprieti chimice b) Reacia cu O2 Ga i In se acoper cu un strat protector de oxid, n condiii normale. Ga este mai stabil la nclzire dect In care se oxideaz la In2O3. Tl se oxideaz n aer cu formare de Tl2O i apoi Tl2O3. c) Reacia cu H2O Al, Ga i In nu reacioneaz cu apa. Tl + H2O TlOH + 1/2H2

Utilizri Al se folosete n foarte multe domenii n industria metalurgic pentru obinerea de aliaje uoare i rezistente pentru navele aeriene i maritime (duraluminiu - Al 95%, 4%Cu, 0,5%Mg, 0,5%Mn).

Al, Ga, In, Tl. Utilizri Al n industria alimentar, pentru ambalarea produselor - pentru confecionarea vaselor de buctrie - ca agent reductor la obinerea unor metale. Ga folosit la construcia termometrelor (datorit diferenei mari dintre p.t. i p.f.). Tl se folosete pentru protecia metalelor.

Compuii aluminiului. Al2O3 Al2O3 se prezint dou forme: -Al2O3 forma bine cristalizat care se obine la temperaturi nalte (1100 C), se numete corindon. -Al2O3 forma care se obine prin deshidratarea hidroxidului la temperaturi de 500C, compus cu suprafa specific mare i proprieti adsorbante.

Compui ai Al. Al(OH)3

- AlO(OH) boemit precipitat alb gelatinos

Al(OH)3 Obinere - sub form de precipitat alb cristalin Na[Al(OH)4(H2O)2](aq) + CO2 Al(OH)3 + NaHCO3+2H2O pH=9 AlCl3 + 3KOH Al(OH)3 + 3KCl 2AlCl3 + 3(NH4)2S + 6H2O Al(OH)3 + 3H2S + 6NH4Cl

Proprieti Proaspt preparat, se prezint sub form de gel, care n timp devine cristalin. Are caracter amfoter.

Oxizii i oxihidroxizii Ga, In i Tl Oxizii E2O3 (E = Ga, In) se aseamn cu Al2O3, dar caracterul bazic crete n grup de sus n jos. Se obin prin reacia de oxidare direct la temperaturi ridicate sau prin descompunerea azotailor sau sulfailor respectivi.

2E(NO3)3TC

E2O3 + 6NO2 + 3/2O2E2(SO4)3

TC E2O3 + 3SO2 + 3/2O2

Tl2O i TlOH - baze puternice, asemntoare compuilor similari ai metalelor alcaline.

Tl2O3TC

Tl2O

3Tl2O + 2O3 3Tl2O3

Compui ai elementelor grupei 13. Halogenuri

AlF3 compus preponderent ionic Al2O3 + 6HF 2AlF3 + 3H2O Al2O3 + 3F2 2AlF3 + 3/2O2 2Al + 6HF 2AlF3 + 3H2 Al2Cl6 (lq sau g) compus covalent AlCl3(s) - compus preponderent ionic, higroscopic; se dizolv uor n ap. Obinere 2Al + 3Cl2 2AlCl3 (la cald ~ 800C) Al2O3 + 3Cl2 + 3C Al2Cl6 + 3CO Al2Br6 molecul tetraedric deformat, legturi covalente Al2I6 - molecul tetraedric deformat, legturi covalente

Caracter Lewis acid Lewis (compui deficitari n electroni) AlCl3 + HCl H[AlCl4] Reacia dintre AlCl3 i HCl explic proprietile catalitice ale AlCl3 n chimia organic (reacii de alchilare Friedel-Crafts). AlCl3 este foarte solubil n ap i formeaz aquacomplex, [Al(OH2)6]3+Cl3. Celelalte elemente ale grupei, Ga, In i Tl formeaz halogenuri: EF3 ionic, E2X6 (E=Ga, In; X=Cl, Br, I) TlX (X=F, Cl, I) compui ionici.

Compui ai elementelor grupei 13. Halogenuri

(AlH3)n structur polimeric Se obine indirect din alanat de litiu. 3LiAlH4 + AlCl3 4AlH3 + 3LiCl 4nAlH3 4(AlH3)n LiAlH4 cea mai important hidrur a Al. 4LiH + AlCl3 LiAlH4 + 3LiCl (n eter) LiH + Al + 3/2H2 LiAlH4 (n THF) LiAlH4 agent de reducere important att n chimia organic, ct i anorganic. MCln + LiAlH4 MHx + LiCl + AlCl3 (GaH3)n i (InH3)n compui cu structuri polimerice.

Compui ai elementelor grupei 13. Hidruri

Importani dup descoperirea efectului catalitic n reaciile de polimerizare a olefinelor Ziegler-Natta. Obinere 2Al + 3(CH3)2Hg Al2(CH3)6 + 3Hg Proprieti - foarte sensibili n prezena umiditii i a aerului. R3Al + 3/2O2 Al(OR)3 R3Al + 3H2O Al(OH)3 + 3RH Aciditate Lewis Al2(CH3)6 + 2R3N: 2 (CH3)3AlNR3 Al2R6 + 2H- 2[AlR3H]- Disociere - stabilitate Al2(CH3)6 2Al(CH3)3 K=1,5210-8 Al2(C4H9)6 2Al(C4H9)3 K=2,310-4 n cazul substituenilor voluminoi, disocierea este aproape complet; sunt monomeri.

Compui organometalici ai Al

Aplicaii

1. Avnd la dispoziie Cl2, F2, HCl, HF, NaOH, C, Na2CO3 transformai Al2O3 prin reacii chimice prin cte dou metode n: a) Al2Cl6 b) AlF3 c) NaAlO2.

Comentai tipul de legturi existente n aceti compui. 2. Completai urmtoarele reacii chimice i precizai tipul de

reacii chimice care au loc. BCl3 + LiAlH4 BCl3 + NH3 BCl3 + H2O B2H6 + ROH

AlNaOH

A B CCl2

D

Cr2O3

F

SE

OH2

HNO3

topitur

HCl

pH ~ 9

1000C , C

TC

conc.

?

3. Completai urmtoarea schem de reacii:

4. Calculai numrul de moli Al(OH)3 care se poate obine n reacia dintre:

a) 13,35 g clorur de aluminiu i 100 g soluie NaOH 10% b) 13,35 g clorur de aluminiu i 100 mL soluie NaOH 3,5 M Pentru fiecare dintre reacii, precizai compusul aflat n exces

(MAlCl3=133,5 g/mol).

Aplicaii

Grupa a 2-a (II A). Metale alcalino-pmntoase

Be beriliu [He] 2s2 Mg - magneziu [Ne]3s2 Ca calciu [Ar] 4s2 nveliul de valen: ns2 Sr stroniu [Kr] 5s2 Ba bariu [Xe] 6s2 Ra radiu [Rn]7s2 Ra - element radioactiv cu timpul de njumtire cel mai lung; se gsete n minereurile uraniului. Caractere generale Este o grup foarte omogen. Be are anumite proprieti specifice. Elementele au caracter metalic, acesta crete n grup de sus n jos; sunt reactive.

Proprietate 4Be 12Mg 20Ca 38Sr 56Ba

Raz atomic (nm) 0.112 0.160 0.197 0.215 0.212

Raz ionic, E2+ (nm) 0,031 0,065 0,099 0,113 0,135

Energie de ionizare (kJ/mole)

932/ 1821

764/ 1500

569 /1098

521/ 995 502

Electronegativitate Pauling 1,5 1,2 1,00 1,00 0,9

Potenial standard de electrod M2+/M (V) -1,85 -2,37 -2,87 -2,89 -2,90

Densitate (c.n., gcm-3) 1,86 1,75 1,55 2,60 3,61

Duritate (scara Mohs) 6-7 2,5-3 2,2-2,5 2 2

Structur cristalin Hexagonal compact

sau cubic compact

cubic cubic

centrat intern

Conductibilitate termic (Ag=1) 0,38 0,38 0,30

p.t. (oC) 1285 651 851 800 850

p.f. (oC) 2970 1107 1439 1366 1696

Caractere generale

Grupa a 2-a. Caractere generale Be se aseamn cu Al, iar Mg are comportare chimic asemntoare cu Li (relaia diagonal) i cu Zn. Prezint densiti mici, dar mai mari dect cele ale metalelor alcaline (n general, cresc) depind de tipul de reea metalic. p.t. i p.f. sunt mai mari dect cele ale metalelor alcaline reflect tria reelei metalice. Scad n grup de sus n jos. Au poteniale stadard de electrod negative ce reflect caracterul metalic.

Toate elementele formeaz ioni M2+ i au valena 2.

Grupa a 2-a. Caractere generale

Formeaz compui ionici, excepie Be care formeaz i compui covaleni (halogenuri, oxid, hidrur).

Be are caracter amfoter, la fel ca Al, de asemenea oxidul i hidroxidul de Be au caracter amfoter, spre deosebire de oxizii sau hidroxizii celorlalte elemente ale grupei care au caracter bazic.

Au caracter reductor.

Grupa 13 (III A). Al, Ga, In, Tl Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14AplicaiiAplicaiiGrupa a 2-a (II A). Metale alcalino-pmntoaseSlide Number 18Slide Number 19Slide Number 20