硼族元素

这是一篇关于硼族元素的思维导图，主要内容包括：硼族元素的单质，铝的化合物，铝的化合物等。

硼族元素

铝的化合物

在铝的化合物中，铝的氧化值一般为＋3。铝的化合物有共价型的，也有离子型的。

由于 AI ＋电荷数较多，半径较小（ r =53

与那些难变形的阴离子（如 F ,02-）形成离子型化合物；而与那些较易变形的阴离子（如 CI , Br , I ）则形成共价型化合物。铝的共价型化合物熔点低、易挥发，能溶于有机溶剂中；铝的离子型化合物熔点高，不溶于有机溶剂

氧化铝

氢氧化铝

铝的卤化物

铝能形成卤化铝AIX3，其中除 AIF ，是离子型化合物外，其他AIX3均为共价型化合物，AIF3的性质也比较特殊，它是白色难溶固体（其溶解度为0.56g/100gH20)，而其他AIX3均易溶于水。在 AIF ，晶体中， AI 的配位数为6，气态AIF3为单分子。

铝的卤化物中以AICI3最为重要。由于铝盐溶液水解，所以在水溶液中不能制得无水AICI3。将铝溶解于盐酸中，分离出的是无色、吸潮的水合晶体AICI3·6H20。在氯气或氯化氢气流中加热金属铝可得到无水AICI3:

在红热的AI203及炭的混合物中通入氯气，也可制备无水AICI3:

常温下无水AICI3是无色晶体，但常常因含有FeCI3而呈黄色。无水 AICI ，能溶于有机溶剂，在水中的溶解度也很大。其水解反应非常激烈并放出大量的热，甚至在潮湿的空气中也因强烈的水解而发烟。无水AICI3易挥发。

在AICI3分子中的铝原子是缺电子原子，因此 AICI ，是典型的 Lewis 酸，表现出强烈的加合作用倾向。在气态中2个 AICI ，分子聚合为双聚分子 AI , CI 。

AICI3除了聚合为二聚分子外，也能与有机胺、醚、醇等 Lewis 碱加合。

铝的含氧酸盐

Al 离子能形成一些较稳定的配合物, 工业上最重要的铝盐是硫酸铝和明明矾。它们在造纸工业上用作胶料,与与树脂酸钠一同加人纸浆中使纤维黏合;还可可用以净水,因为它们与水作用所听得的氢氧化物具有很强的吸附性能;在印染工业上硫硫酸铝或明矾还被用作媒染剂。

硼的化合物

从硼元素的成键特征看，硼的化合物有4种类型：

(1）硼与电负性比它大的元素形成共价型化合物，如BF3和BCI3等。在这类合物中，硼原子以sp2杂化轨道与其他元素的原子形成 o 键，分子的空间构型为平三角形。

(2）通过配位键形成四配位化合物，如［BF4］等。由于硼是缺电子原子，在三位的硼化合物中，硼原子与其他元素的原子形成3个共价键后，还空出一个 p 轨道此，它还可以接受其他负离子或分子的一对电子形成配键。形成配键时，硼原子以杂化轨道成键，空间构型为四面体。

(3）硼与氢形成含三中心键（氢桥）的缺电子化合物，如 B , H 。和 BH 等（详见的氢化物）。这也是由硼原子的缺电子特性所决定的。

(4）硼与活泼金属形成氧化值为﹣3的化合物，如Mg3B2等。

在硼的化合物中，重要的有硼的氢化物、含氧化合物和卤化物。

硼的氢化物

硼可以和氢形成一系列共价型氢化物，又称为硼烷，硼烷的毒性极大，简单的硼烷都是无色的气体，具有难闻的臭味，极毒

氢桥和氢键不同，它是一种特殊的共价键，体现了硼氢化合物的缺电子特征

1·通常情况下，硼烷很不稳定，在空气中极易燃烧，甚至能自燃，并且反应速率大 2·硼烷与水发生不同程度的水解，反应速率也不同 3·硼烷作为Lewis酸，能与CO，NH3等具有孤对电子的分子发生加合反应 4·乙硼烷在乙醚中与LiH，NaH直接反应生成LiBH4和NaBH4（优良的还原剂用于有机合成

硼的含氧化合物

三氧化二硼（B2O3）

硼酸（H3BO3、HBO2、xB2O3·yH2O）

一元弱酸

硼酸盐

最重要的硼酸盐是四硼酸钠，俗称硼砂。硼砂的分子式是Na2B4O5( OH )4`.H2O，习惯上也常写为Na2B4O7.10H20。

熔融的硼砂可以溶解许多金属氧化物，形成偏硼酸的复盐。不同金属的偏硼酸复盐呈现不同的特征颜色。例如：

Na2B4O7+ CoO → Co (BO2)2.2NaBO2（蓝色）

Na2B4O 7+ NiO → Ni (BO2)2.2NaBO2（棕色）

上述反应可以看成是酸性氧化物B2O，和碱性金属氧化物作用而生成偏硼酸盐的过程。利用硼砂的这一类反应，可以鉴定某些金属离了，这在分析化学上称为硼砂珠试验。

硼砂易溶于水，其溶液因 水解而显碱性

20℃时，硼砂溶液的 pH 为9.24。硼砂溶液 在实验室中可用它来配制缓冲溶液。

陶瓷工业上用硼砂来制备低熔点釉。硼砂也用于制造耐温度骤变的特种玻璃

硼的卤化物

BX3

三卤化硼的分子构型为平面三角形，在BX3分子中，硼原子以SP2杂化轨道与卤素原子形成б键，随着卤素原子半径的增大，B—X键的键能↓

三卤化硼分子是共价型的，在室温下，随相对分子质量的增加， BX 3的存在状态由气态的 BF 3和 BCI 3经液态的 BBr 3过渡到固态的BI3。纯 BX 3都是无色的，但BBr3和BI3在光照下部分分解而显黄色。

BX 3在潮湿的空气中因水解而发烟： BX 3是缺电子化合物，有接受孤对电子的能力，因而表现出 Lewis 与 Lewis 碱（如氨、醚等）生成加合物 三氟化硼水解生成硼酸和氢氟酸，BF3又与生成的 HF 加合而产生氟硼酸

氟硼酸是一种强酸，其酸性比氢氟酸强。除了 BF 3外，其他三卤化硼一般不与相应的氢卤酸加合形成BX4。这是因为中心硼原子半径很小，随着卤素原子半径的增大，在硼原子周围容纳4个较大的原子更加困难。 BX 3虽然是缺电子化合物，但它们不能形成二聚分子，这一点与卤化铝不同 BX 3和碱金属、碱土金属作用被还原为单质硼 在BX3中最重要的是BF3和BCI3，它们是许多有机反应的催化剂，也常用于有机硼化合物的合成和硼氢化合物的制备。

硼的氮化物

BN

氮化硼BN是一种新型的无机合成材料。在实验室中，用硼砂和氯化铵熔融制备较纯的BN；三氯化硼与过量的氨气反应，生成物受热分解也可生成BN

BN和CO具有相同原子数目和电子数目--等电子体，等电子体常常表现出相似的结构和相近的性质

BN有三种晶形：无定形（类似于无定形碳）、六方晶形（类似于石墨）以及立方晶形（类似于金刚石）

六方晶形的BN又称为白石墨，是一种耐高温的优良润滑剂，用它做成的氮化硼纤维质地柔软，不被无机溶剂所侵蚀，具有知轻、防火、耐高温、耐腐蚀等特点，已被用于工业上。 立方晶体的氮化硼，硬度近似金刚石，用作磨料

硼族元素的单质

硼

硼在地壳中的含量很少，在自然界中主要以含氧化合物的形式存在

单质硼有无定形硼和晶体硼等多种同素异形体。无定形硼为棕色粉末，晶体硼黑灰色。硼的熔沸点都很高。晶体硼的硬度很大。

硼有较强的吸收中子的能力，在核反应堆中，硼被当作良好的中子吸收剂使用。硼还被当作原料来制备一些特殊的硼化合物

铝

铝在自然界分布很广，主要以铝矾土（Al2O3·xH2O）矿形式存在

铝是银白色的有光泽的轻金属，具有良好的导电性和延展性

铝热反应：铝和氧化合时放出大量的热，这与Al2O3具有很大的晶格能有关。因此，铝能将大多数金属氧化物还原为单质。当把某些金属氧化物和铝粉的混合物灼烧时，便发生铝还原金属氧化物的剧烈反应，得到相应的金属单质，并放出大量的热。

镓、铟、铊

镓、铟、铊在自然界没有单独的矿物，而是以杂质的形式分散在其它矿物中

镓、铟、铊都是软金属，物理性质相近，熔点都较低，镓的熔点比人体体温还低

镓、铟、铊可用于生产新型半导体材料，如砷化镓是一种重要的半导体材料