3A B [He]2s22p 第十六章 硼族元素 boron 10.81 13 Chapter 16 The Boron Al [Ne]3s23p Family Elements 288 31 Ga A4s23d104o gallium 69.72 Boron (B) Aluminum (Al) 49 n Gallium(Ga)Indium(In)Thallium (TI) Krj5s24d105p indium 114.8 81 Xa6s24f145d106 thallium 204.4 ns2np
第十六章 硼族元素 Chapter 16 The Boron Family Elements Boron (B) Aluminum (Al) Gallium (Ga) Indium (In) Thallium (Tl) ns2np1
硼族元素结构的相似性及递变性 boron aluminum gallium indium thallium Valence electron configuration 2s22pl 3s23p 4s24p' 5s25p' 6s26p Atomic number 5 13 31 49 81 Covalent 82 118 126 144 148 radius/pm ionic radius M3+ 20 50 62 81 95 /pm I1/kJ·mo 800.6 577.6 578.8 558.3 589.3 I2/J·mol1 2427 1817 1979 1821 1971 I3/kJ·mol 3660 2745 2963 2705 2878 A/kJ·mol 29 48 48 69 117 Electronegativity 2.04 1.61 1.81() 1.78 1.62(① (pauling) 2.04() 价电子数价层电子轨道数 为缺电子原子，可形成缺电子化 3 4 合物→可形成配位键（如H[BF4]) 多中心键（如B,L)
boron aluminum gallium indium thallium Valence electron configuration 2s2 2p1 3s2 3p1 4s2 4p1 5s2 5p1 6s2 6p1 Atomic number 5 13 31 49 81 Covalent radius/pm 82 118 126 144 148 ionic radius /pm M3+ 20 50 62 81 95 I1/kJ·mol-1 800.6 577.6 578.8 558.3 589.3 I2/kJ·mol-1 2427 1817 1979 1821 1971 I3/kJ·mol-1 3660 2745 2963 2705 2878 A/kJ·mol-1 29 48 48 69 117 Electronegativity (pauling) 2.04 1.61 1.81 (III) 1.78 1.62(I) 2.04(III) 硼族元素结构的相似性及递变性 价电子数价层电子轨道数 为缺电子原子，可形成缺电子化 合物可形成配位键(如H[BF4])、 多中心键(如B2H6) 3 4 2
原子 缺电子原子 等电子原子 多电子原子 价电子数 ∧ 价层电子轨道数 特点 有空轨道 有孤电子对 举例 B、AI C、Si、H N、0、X 131pm 3A AA 6A 97 B入 HT H -120 雷 119pm H 83 墨 6S 喜 108.70pm 品 H H109.5H 101.7pm 515 H 14 H107.8 3 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
ns 2np 3 ns 2np 2 ns 2np 4 ns 2np 5 ns 2np 1 3
硼族元素结构的相似性及递变性 原子半 最大 元素名称 元素符号 主要化合价 状态（标况） 单质熔点（℃） 单质沸点(C) 元素 径(nm) 配位 数 隔 B 0.0795 0,+3 固体 2300 2500 非金属 4 铝 AI 0.118 0,3 固体 660 2467 金属 6 傢 Ga 0.126 0,+1,+3 固体 29.8 2403 金属 6 钢 S 0.144 0,+1,+3 固体 156.6 2080 金属 铊 n 0.148 0,+1,+3 固体 303.5 1457 金属 从A→TI,离子性↑，ns2↑，T+离子稳定(.6s2惰性电子对效应) Period 2 81 13 31 49 B AI Ga In
硼族元素结构的相似性及递变性 元素 非金属 金属 金属 金属 金属 最大 配位 数 4 6 6 6 6 从Al→Tl，离子性↑, ns2↑,Tl+离子稳定（ ∵6s2惰性电子对效应） 4
发现史 >Boron:1808年，英国化学家Day用电解熔融的三氧化二硼的方法制得棕色的硼。同年 法国化学家Joseph-Louis Gray-Lussac和Louis Jacques Thenard用金属钾还原无水硼酸 制得单质硼。硼被命名为Boro,它的命名源自阿拉伯文，原意是“白色”。 >Aluminum:1825年，丹麦化学家和矿物学家Oersted用钾汞齐还原无水卤化铝，首次 制备出不纯的金属铝。1827年，德国化学家Vohler用金属钾还原无水氯化铝，制备出较 纯的铝。铝的命名源自拉丁文Alumen,这一名词中世纪在欧洲是对具有“收敛性矾”的 总称，符号为AI,我国从它的第二音节译为铝。 由于维勒制取铝的方法不可能应用于大量生产，在这以后的一段很长时间里，铝是珠 宝店里的商品、帝王贵族的珍宝。直到1886年两位青年化学家，一位是21岁的美国大学 生豪尔，另一位是21岁法国大学生埃罗，分别独立地用电解法制铝获得成功，使铝成为普 通商品，竟然经历了60多年的时间。 >Gallium:1875年，法国化学家Boisbaudran将从Pyrenees山脉差的闪锌矿得到的提取 物作光谱分析新元素，后电解氢氧化镓的苛性溶液得到金属镓。命名为Gallium(为了纪 念自己的祖国法国，因法国古称“高卢”(Gallia))。 >ndium:1863年，德国化学家Reich在研究闪锌矿时，将矿石燃烧后，除去了S,As,再 用盐酸溶液溶解时得到一种黄色沉淀，他断定是一种新元素的硫化物。因为他有色盲，就 请了另一位德国化学家Richer帮助他作光谱分析，结果发现一条靛青色的新谱线，并把它 取名为“Indium"(),源自拉丁语”indrgo”,意为“靛蓝” >Thallium:1861年，英国化学家和物理学家Crooks在研究硫酸厂的残留物时，通过光谱 分析发现两条从来没有见过的绿色谱线，该元素被命名为Thallium(源自希腊语“thallos”, 意为“刚发芽的嫩枝”)。 5
¾ Boron: 1808年，英国化学家Davy用电解熔融的三氧化二硼的方法制得棕色的硼。同年 法国化学家Joseph-Louis Gray-Lussac和Louis Jacques Thenard用金属钾还原无水硼酸 制得单质硼。硼被命名为Boron，它的命名源自阿拉伯文，原意是“白色” 。 ¾ Aluminum: 1825年，丹麦化学家和矿物学家Oersted 用钾汞齐还原无水卤化铝，首次 制备出不纯的金属铝。1827年，德国化学家Wohler用金属钾还原无水氯化铝，制备出较 纯的铝。铝的命名源自拉丁文Alumen，这一名词中世纪在欧洲是对具有“收敛性矾”的 总称，符号为Al，我国从它的第二音节译为铝。 由于维勒制取铝的方法不可能应用于大量生产，在这以后的一段很长时间里，铝是珠 宝店里的商品、帝王贵族的珍宝。直到1886年两位青年化学家，一位是21岁的美国大学 生豪尔，另一位是21岁法国大学生埃罗，分别独立地用电解法制铝获得成功，使铝成为普 通商品，竟然经历了60多年的时间。 ¾ Gallium: 1875年，法国化学家Boisbaudran将从Pyrenees山脉差的闪锌矿得到的ᨀ取 物作光谱分析新元素，后电解氢氧化镓的苛性溶液得到金属镓。命名为Gallium（为了纪 念自己的祖国法国，因法国古称“高卢”（Gallia））。 ¾ Indium: 1863年，德国化学家Reich在研究闪锌矿时，将矿石燃烧后，除去了S,As，再 用盐酸溶液溶解时得到一种黄色沉淀，他断定是一种新元素的硫化物。因为他有色盲，就 请了另一位德国化学家Richer帮助他作光谱分析，结果发现一条靛青色的新谱线，并把它 取名为“Indium”(铟)，源自拉丁语”indrgo”，意为“靛蓝”。 ¾ Thallium: 1861年，英国化学家和物理学家Crooks在研究硫酸厂的残留物时，通过光谱 分析发现两条从来没有见过的绿色谱线，该元素被命名为Thallium（源自希腊语“thallos”， 意为“刚发芽的嫩枝”) 。 发 现 史 5
$16-1 Boron and its compounds 一、General properties 1.硼的化学性质与S有某些相似之处， 通常硼呈现+3氧化态，负氧化态的情况 很少。 2.硼与金属形成非化学计量的化合物： M4B、M2B、MB、M3B4、MB2、MB6等。 3.在地壳的丰度为0.001%。在自然界中， 没有游离的硼，硼主要以硼酸盐形式的 矿存在，如硼砂Na2B4O710H2O,四水 Amorphous boron 硼砂Na2B4O74H2O,天然硼酸H3BO3。 4.硼在自然界中丰度之所以低，是因为9B+n→He+i →硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护。 6
一、General properties 1. 硼的化学性质与Si有某些相似之处， 通常硼呈现+3氧化态，负氧化态的情况 很少。 2. 硼与金属形成非化学计量的化合物： M4B、M2B、MB、M3B4、MB2、MB6等。 B n He Li 7 3 4 2 1 0 10 5 o §16-1 Boron and its compounds 3.在地壳的丰度为0.001%。在自然界中， 没有游离的硼，硼主要以硼酸盐形式的 矿存在，如硼砂Na2B4O7·10H2O，四水 硼砂Na2B4O7·4H2O，天然硼酸H3BO3。 4. 硼在自然界中丰度之所以低，是因为 硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护。 6
用途 ★玻璃生产中加入一定量的硼砂可以 增强玻璃的热稳定性，增大紫外线 的透射率，提高玻璃的透明度和抗 冲击的机械性能。 ★大量用于玻璃纤维的制造。 ★陶瓷行业中用作催化剂。 ★防腐剂、高温坩埚、油漆等生产 的添加剂。 ★冶金工业中加入硼可制成硼钢等特 种钢等优质钢材。 ★被用作硬质合金、宝石等硬质材 料的磨削、研磨、钻孔及抛光等。 ★可用作原子反应堆中的控制棒。★ 硼在农业上用作生产硼肥、杀虫剂 等
用 途 7
硼与硅的相似性 (对角线规则) >B,03与SiO,都是固态酸性氧化物，Al,03是两性，C02是 气态酸性； >HBO3与HSiO,都是弱酸； >多硼酸盐与多硅酸盐结构相似； >硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质，而AH,是固态
硼与硅的相似性 ¾ B2O3与SiO2都是固态酸性氧化物，Al2O3是两性，CO2是 气态酸性; ¾ H3BO3与H4SiO4都是弱酸； ¾ 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似； ¾ 硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质，而AlH3是固态。 8 (对角线规则)
、 The simple substance 无定形硼 晶形硼 棕色粉末 黑灰色 化学活性高 硬度大 熔点，沸点都很高 单质硼有多种复杂的晶体结 构，其中最普通的一种是 菱形硼，其基本结构单元 为正二十面体的对称几何构 型，然后由B12的这种二十 面体排布起来组成的α菱 Amorphous boron Boron(likely mixed allotropes) 形硼
一、The simple substance 无定形硼 晶形硼 棕色粉末 黑灰色 化学活性高 硬度大 熔点，沸点都很高 单质硼有多种复杂的晶体结 构，其中最普通的一种是D- 菱形硼 ，其基本结构单元 为正二十面体的对称几何构 型，然后由B12的这种二十 面体排布起来组成的D -菱 形硼。 9
Allotropes of Boron Boron phase B Y T Symmetry Rhombohedral Rhombohedral Orthorhombic Tetragonal Atoms/unit cell[21] 12 -105 28 Density(g/cm3)[25][26][27][28] 2.46 2.35 2.52 2.36 Vickers hardness(GPa)[29][30] 42 45 50-58 Bulk modulus(GPa)[30][31] 185 224 227 Bandgap (eV)[30][32] 2 1.6 2.1 .3000 Melt 2500 2000 0 B 1500 。1020304000 Pressure(GPa) Structure of a-boron Structure of B-boron Structure of y-boron A fragment of phase diagram of boron reproduced from6] 10
Allotropes of Boron 10