Курсовая работа «Способы получения простых веществ p-элементов»

p-Элементы III группы

Характеристика

К p-элементов III группе относятся бор B,алюминий Al, галлий Ga, индий In и таллий Tl. По характеру этих элементов бор является типичным неметаллом, остальные - металлы. В пределах подгруппы прослеживаются резкий переход от неметаллу к металлам. Свойствами и поведением бор подобный кремния, что является результатом диагональной сродства элементов в периодической системе, согласно которой смещение в периоде вправо вызывает усиление неметаллического характера, а вниз по группе - металлического, поэтому аналогичные по свойствам элементы оказываются расположенными диагонально рядом, например Li и Mg, Ber и Al, B и Si.
Электронное строение валентных подуровней атомов p-элементов III группы в основном состоянии имеет вид ns2np1. В соединениях бор и трехвалентные алюминий, галлий и индий, кроме того, могут образовывать соединения со степенью окисления +1, а для таллия последний является довольно характерным.
Алюминий является одним из самых распространенных элементов природы, бор - достаточно распространенный, галлий, индий а таллий распространены мало и очень рассеяны, поэтому относятся к редким.

Способы получения

Получение бора
Наиболее чистый бор получают пиролизом бороводородов. Такой бор используется для производства полупроводниковых материалов и тонких химических синтезов.


Метод металлотермии (чаще восстановление магнием или натрием):
Термическое разложение паров бромида бора на раскалённой (1000—1200) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода (метод Ван-Аркеля):
Получение алюминия
Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. По сравнению с другими металлами, восстановление алюминия до металла из природных оксидов и алюмосиликатов более сложно в связи с его высокой реакционной способностью и с высокой температурой плавления всех его руд, например таких, как бокситы, корунды.
Обычное восстановление до металла обжигом оксида с углеродом (как например, в металлургических процессах восстановления железа) — невозможно, так как сродство к кислороду у алюминия выше, чем у углерода.
Возможно получение алюминия посредством неполного восстановления алюминия с образованием промежуточного продукта — карбида алюминия , который далее подвергается разложению при 1900—2000 с образованием металлического алюминия. Этот способ производства алюминия изучается, предполагается, что он более выгоден, чем классический электролитический способ производства алюминия процесс Холла — Эру, так как требует меньших энергозатрат и приводит к образованию меньшего количества .
Современный метод получения, процесс Холла — Эру, был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия в расплаве криолита с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.
Электролиз в расплаве криолита:


Лабораторный способ получения алюминия предложил Фридрих Вёлер в 1827 году восстановлением металлическим калием безводного хлорида алюминия (реакция протекает при нагревании без доступа воздуха):