Bài giảng Hóa đại cương vô cơ - Chương 5: Nguyên tố nhóm III

CHƢƠNG 5: NGUYÊN TỐ NHÓM III 100 NGUYÊN TỐ NHÓM III 101 1. Từ cấu tạo nguyên tử, giải thích nguyên nhân kém thuần nhất về tính chất giữa các nguyên tố IIIA. 2. Vẽ công thức cấu tạo, viết các phản ứng chính yếu của các hợp chất của B, AI. Mục tiêu 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 102 Nguồn thiên nhiên chủ yếu:  Bor (Borax Na2[B405(0H)4].8H20)  Nhôm (Bauxit (Al203))  Gali (Vết trong bauxit)  Indi (Vết trong quặng sulfid của Zn/Pb)  Thali (Vết trong quặng sulfid của Zn/Pb) 1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 103 1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của nhóm IIIA 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 104 1.2. Những đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu Những đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu nhóm IIIA 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 105  2Ga (r) + 6H20 (nóng) → 2Ga 3+(aq) + 60H-(aq) + 3H2 (k) 2Tl (r) + 2H20 (hơi) → 2Tl +(aq) + 20H-(aq) + H2 (k) Al tạo vỏ áo Al203 bảo vệ, không phản ứng.  4E (r) + 302 (k) → 2E203 (r) (E = B, Al, Ga, In) 4Tl(r) + 02(k) → T120 (r) Tính base của oxyd tăng dần xuống dưối nhóm: B203 (acid yếu) < A1203 (lưỡng tính) < Ga203 < ln203 < T120 (base rất mạnh) 1.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 1.3.1. Các phản ứng 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 106  2E (r) + 3X2 → 2EX3 (E = B, Al, Ga, In và X2 = Halogen) 2Tl(r) + X2 → 2T1X (r)  Bor oxyd tan trong nước tạo ra acid orthoboric, cũng gọi là acid boric: B203 (r) + 3H20 → 2H3BO3 (r)  Chế tạo acid boric từ borax (natri tetraborat): Na2B407(aq) + 2HC1 (aq) + 5H20 → 4H3B03(r) + 2NaCl (aq) 1.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 1.3.1. Các phản ứng 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 107  Acid boric dễ tan trong dung môi hữu cơ chứa nhiều nhóm hydroxyl (như glycerin) do tạo phức; hoặc trong alcol (như rượu methylic, rượu ethylic) do tạo este H3BO3 + 3CH3CH2OH -> B(OCH2CH3)3 + 3H20  Nhôm phản ứng với dung dịch kiềm: 2AI (r) + 2NaOH (aq) + 10H20 (1) → 2Na[Al(H20)2(0H)4](aq) + 3H2 (k)  Sự lưỡng tính của nhôm hydroxyd, tan cả trong acid và kiềm 1.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 1.3.1. Các phản ứng 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 108  Bor oxyd, B203 dùng chế tạo thuỷ tinh chịu nhiệt borosilicat.  Borax, natri tetraborat, Na2[B4O5(OH)4]8H2O hay Na2B407.10H20, là nguồn thiên nhiên chính để chế tạo các hợp chất của Bor, B203 và chế tạo thuỷ tinh borosilicat.  Natri peroxyborat được dùng làm chất tẩy trắng trong bột giặt, men sứ.  Hydrid của Li và nhôm, LiH.AIH3 = Li[AlH]4 được dùng trong tổng hợp hữu cơ và vô cơ.  Nhôm clorid khan, AlCl3 được dùng làm xúc tác trong phản ứng tổng hợp quan trọng mang tên Friedel - Graft. 1.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 1.3.2. Những hợp chất thông dụng 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 109  Nhôm oxyd γ, A1203-γ được sử dụng làm chất hấp phụ trong sắc ký, chất xúc tác và giá mang chất xúc tác.  Nhôm oxyd a, Al203-α dùng làm đá mài, bột mài, vật liệu chịu lửa, để sản xuất nhôm. Corandum tinh khiết lẫn vết Fe2+, Ti4+ có màu lam là đá quý xaphia; lẫn vết Cr3+ có màu đỏ là đá quý ruby.  Các muối kép hay phèn dùng trong sản xuất giấy, nhuộm, thuộc da, đánh trong nước 1.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 1.3.2. Những hợp chất thông dụng 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 110  B và các hợp chất của nó có độc tính ở lượng lớn. Tuy vậy, bor và silic được coi là có liên quan đến chuyển hoá và ổn định của xương và răng.  Acid boric và borat không có tính sát trùng, chỉ có tính kìm khuẩn yếu, được dùng làm chất chống nhiễm khuẩn ngoài da. 1.4. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.4.1. Bor  Ví dụ: Acid boric, H3BO3 = 61,84 dùng pha dung dịch rửa mắt 3%, Natri tetraborat, Na2B407.7H20 = 381,37; làm thuốc kìm khuẩn nhẹ, súc miệng 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 111  Không có vai trò sinh học. Ngược lại, đã thấy độc tính mạn của nhôm ảnh hưởng đến não biểu hiện ra ở người cao tuổi.  Nhiều hợp chất của nhôm không tan được dùng làm thuốc kháng acid (antacid) dạ dày.  Nhôm hydroxyd, A1(0H)3 = 78,00; làm dung dịch keo đông (gel) dùng trung hoà HC1 của dịch vị trong trường hợp tăng acid ở bệnh loét dạ dày.  Kaolin dùng làm bột rắc hoặc bột nhão đế chữa bệnh ngoài da, loét, bỏng; cũng uống để bảo vệ niêm mạc dạ dày.  Bentonit được vận dụng nhiều trong thực hành dược khoa, làm chất bảo vệ và ổn định các dạng thuốc huyền phù hoặc các dịch treo 1.4. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.4.2. Nhôm 1. NHÓM IIIA: B - AI - Ga - In - TI 112  Không có ứng dụng trong dược, trừ các đồng vị phóng xạ 67Ga, 111In, 113In và 201T1 được sử dụng trong nghiên cứu chẩn đoán.  Ga3+ tỏ ra hữu ích trong điều trị chứng tăng calci huyết có liên quan đến ung thư.  Tali là một trong những chất độc nhất và được hấp thu qua ruột, qua da, được sử dụng làm chất diệt côn trùng, kiến độc; bị lạm dụng làm mỹ phẩm (thuốc mỡ, cream bôi ngoài da đê làm rụng lông tóc) có thể gây chết người. 1.4. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.4.3. Gali – Indi - Tali 2. NHÓM IIIB: Sc - Y - La - Ac 113  Scandi, ytri, lanthan và actini là những nguyên tố rất phân tán trong tự nhiên, không có khoáng vật đặc trưng.  Chúng thường lẫn trong quặng đa kim loại lanthanid và thori.  Actini là nguyên tố phóng xạ thiên nhiên, lượng rất nhỏ trong quặng uran. 2.1. Trạng thái thiên nhiên 2. NHÓM IIIB: Sc - Y - La - Ac 114  Chúng đều có 3 electron hoá trị (n-l)d1ns2 và số oxy hoá đều là +3.  Sc, Y, La, Ac là những kim loại hơi mềm; màu trắng bạc; nhiệt độ nóng chảy và sôi cao; hoạt động hoá học khá mạnh (chỉ kém kim loại kiềm và kiềm thổ) và tăng dần từ trên xuống dưới nhóm  Chúng đều tác dụng với acid loãng (H2S04, HC1) giải phóng hydro và tạo các muối E3+ hoặc tác dụng với nước giải phóng hydro và tạo ra các base E(OH)3 có tính base mạnh dần từ Sc(OH)3 đến Ac(OH)3. 2.2. Liên quan giữa cấu tạo và tính chất 2. NHÓM IIIB: Sc - Y - La - Ac 115  Các muối chứa E3+ thông dụng tan trong nước là nitrat, clorid, acetat. Còn các muối fluorid, carbonat, phosphat và oxalat của E3+ rất ít tan.  Cả 4 kim loại trong nhóm không có công dụng quan trọng. La tạo hợp kim với các lanthanid đề làm đá lửa, pha thêm vào các hợp kim khác để chông gỉ, tăng chịu nhiệt.  Sc kim loại dùng trong kỹ thuật điện chân không vì khử khí tốt. Những ferit chứa lượng nhỏ Sc203, Y203 được dùng trong bộ nhớ của thiết bị giải - tính nhanh. 2.2. Liên quan giữa cấu tạo và tính chất 2. NHÓM IIIB: Sc - Y - La - Ac 116  Các nguyên tố IIIB ít có ý nghĩa, vai trò và ứng dụng trong Y - Dược học.  39 Y là chất phóng xạ β, có thời gian bán huỷ 65h. Dung dịch ytri clorid tạo dung dịch keo phóng xạ pH = 7,0-7,8 được dùng trong điều trị bệnh máu ác tính.  Một số hợp chất của lanthan (La), neodymi (Nd) và praseodymi (Pr) có tác dụng kéo dài thời gian đông máu nên đã có vận dụng làm thuốc chống đông.  Phức oxalat của Ce3+ đã từng làm thuốc chống nôn kéo dài. 2.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính