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