Бор и его бинарные соединения

8 заданий

Бор — электронодефицитный элемент

Бор — единственный неметалл группы 13. У него три валентных электрона и четыре валентные орбитали: в соединениях \(\ce{BX3}\) одна орбиталь остаётся пустой. Отсюда главная черта химии бора — электронодефицитность: он стремится принять электронную пару или образовать многоцентровые связи.

Простое вещество — чёрные очень твёрдые кристаллы (твёрдость около 9,5), построенные из икосаэдров \(\ce{B12}\) (двадцатигранник, 12 вершин). Полупроводник; при обычных условиях инертен.

history_eduДэви, Гей-Люссак и Тенар

Бор в 1808 году почти одновременно выделили Дэви в Англии и Гей-Люссак с Тенаром во Франции — восстанавливая борную кислоту калием. Чистый кристаллический бор получили лишь в XX веке: \(\ce{2BBr3 + 3H2 ->[1000 °C, W] 2B + 6HBr}\) на раскалённой вольфрамовой нити.

scienceБор в реакциях

\(\ce{B2O3 + 3Mg ->[t] 2B + 3MgO}\) — аморфный бор.
\(\ce{4B + 3O2 ->[700 °C] 2B2O3}\).
\(\ce{2B + 3Cl2 -> 2BCl3}\); \(\ce{2B + 3F2 -> 2BF3}\).
\(\ce{2B + 2NaOH + 2H2O ->[t] 2NaBO2 + 3H2}\) — бор, как кремний, растворяется в щёлочи.
\(\ce{B + 3HNO3 (конц) -> H3BO3 + 3NO2}\).

Галогениды бора

\(\ce{BF3}\) и \(\ce{BCl3}\) — плоские треугольные молекулы (120°), газы. Вакантная p-орбиталь бора делает их сильными кислотами Льюиса:

scienceГалогениды бора — кислоты Льюиса

\(\ce{BF3 + NH3 -> F3B-NH3}\) — донорно-акцепторная связь.
\(\ce{BF3 + F- -> [BF4]-}\) — тетрафторборат, тетраэдр.
\(\ce{BF3 + (C2H5)2O -> BF3*O(C2H5)2}\) — эфират, удобная жидкая форма \(\ce{BF3}\) — катализатор в органическом синтезе.
\(\ce{BCl3 + 3H2O -> H3BO3 + 3HCl}\) — полный гидролиз.
\(\ce{4BF3 + 3H2O -> H3BO3 + 3HBF4}\) — часть фторида связывается в тетрафторборную кислоту.

infoПочему \(\ce{BF3}\) — более слабая кислота Льюиса, чем \(\ce{BCl3}\)

Интуиция подсказывает обратное (фтор оттягивает электроны сильнее). Но в \(\ce{BF3}\) неподелённые пары фтора частично «заполняют» пустую p-орбиталь бора (π-взаимодействие, малые атомы хорошо перекрываются), и при присоединении основания эта стабилизация теряется. Поэтому ряд кислотности \(\ce{BF3} < \ce{BCl3} < \ce{BBr3}\).

boltСчёт электронов

\(\ce{BF3}\): у бора 6 электронов в оболочке — «недостаёт» пары до октета; \(\ce{[BF4]-}\): 8 — октет завершён, и ион, как \(\ce{CH4}\), тетраэдрический.

Оксид и нитрид бора

Оксид бора \(\ce{B2O3}\) — стеклообразное вещество, кислотный оксид: \(\ce{B2O3 + 3H2O -> 2H3BO3}\). Расплав \(\ce{B2O3}\) растворяет оксиды металлов — на этом основаны «перлы буры» (урок 154) и боросиликатное стекло (урок 149).

Нитрид бора \(\ce{BN}\) изоэлектронен углероду (\(\ce{B-N}\) ↔ \(\ce{C-C}\): 4 + 4 = 8 электронов, как у двух атомов C):

гексагональный — «белый графит»: слои как у графита, но диэлектрик и белый; смазка, работающая до 900 °C;
кубический (боразон) — почти как алмаз по твёрдости, но устойчив к окислению до 1400 °C и не реагирует с железом — лучший абразив для обработки стали.

scienceНитрид бора

\(\ce{B2O3 + 2NH3 ->[t] 2BN + 3H2O}\).
\(\ce{BN(гекс.) ->[7 ГПа, 1500 °C] BN(куб.)}\) — как графит в алмаз.
\(\ce{BN + 3H2O ->[t] H3BO3 + NH3}\) — медленный гидролиз при нагревании.

boltИзоэлектронные пары

\(\ce{B-N}\) ↔ \(\ce{C-C}\): боразин \(\ce{B3N3H6}\) — «неорганический бензол», аммиак-боран \(\ce{H3N-BH3}\) — аналог этана. Замена пары C–C на B–N сохраняет число электронов и часто — строение.

push_pinГлавное

Бор — неметалл, очень твёрдый, построен из икосаэдров \(\ce{B12}\). Три валентных электрона на четыре орбитали — электронодефицитность: соединения \(\ce{BX3}\) плоские и являются сильными кислотами Льюиса (\(\ce{BF3 + NH3 -> F3B-NH3}\), \(\ce{BF3 + F- -> BF4-}\)). Бор получают магниетермией (\(\ce{B2O3 + 3Mg -> 2B + 3MgO}\)) или восстановлением \(\ce{BBr3}\) водородом. Галогениды гидролизуются до борной кислоты; \(\ce{B2O3}\) — стеклообразователь; нитрид бора — аналог графита и алмаза.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.