Al, Ga, In, TlAl, Ga, In, Tl

Něco z historieNěco z historie

• Al(aluminium) – pochází z lat. Alumen = hořká sůl – KAl(SO4)2

• Poprvé H.C. Oersted reakcí amalgamu draslíku a AlCl3

• Z počátku velice drahý, r. 1855 v Paříži vedle korunovačních klenotů

• Ludvík Napoleon III – jako slavnostní příbor

• 1866 – pokles ceny – dynamo, elektrolýza

• Existenci Gallia předpověděl Mendělejev

• 1875 spektrálně Lecoq de Boisbaudran

• izoloval 1g ze stovek kg sfaleritu – jméno

• Indium a thallium také spektroskopicky

• Indium – 1863 Reich a Richter – podle indigově modré čáry v plamenném spektru

• Thallium – nezávisle Crookes a Lamy v r. 1861 a nazvaný podle světle zelené linie

Výskyt a rozšířeníVýskyt a rozšíření

• Al – je složkou vyvřelých minerálů – živce, slídy, větráním jílovité minerály(kaolinit, vermikulit..), kryolit, spinel, granát, beryl, tyrkys, korund!(Safír – Cr, Safír – Co), bauxit AlOx(OH)3-2x ; (0 < x < 1)

• Bouxit: poprvé objeven v Provance, jako monohydrát, tropy – trihydrát

• Zásoby jsou obrovské – Austr., Brazil, Guinea, Jamaika, Afr, Am.

• Ga, In, Tl – mnohem méně, spíše v sulfidech než oxidech.

• Ga(19 ppm), nejvíce v germatitu, složité, sfalerit, bauxit, uhlí. Dříve se emitovalo z popílku při pražení nebo pálení uhlí. Nyní jako vedlejší produkt při výrově Al.

• In(0,21 ppm), Tl(0,7 ppm). In v ZnS(sfalerit), Tl v PbS(galenit)

• Všechny se získávají z popílku při pražení Zn/Pb sulfidických rud

• Výroba Al• a) extrakce, čištění a dehydratace bauxitu• b) elektrolýzou Al2O3 rozpuštěného v

roztaveném kryolitu Na3[AlF6]• Bayerův proces – rozpuštění v NaOH,

oddělení od kalu, vysrážení trihydrátu a kalcinaci při 1200°C

• Elektrolýza při teplotě 940 – 980°C• původně se rozpouštěv v kryolitu – málo,

vzácnější, tak synteticky:• 6HF + AL(OH)3 + NaOH → Na3AlF6 + H2O• 105A, 4,5V, proudová hustota 0,7 A cm-2

• Na 1t Al je 1,89 t bauxitu a 0,45 t anodického uhlíku, dále 0,07 t Na3[AlF6] a elektřina 15 000 kWh. Nejdražší elektřina

• Hliník je kov bílé až stříbřitě lesklé barvy, je lehký netoxický. Má velkou tepelnou a elektrickou vodivost, odolnost vůči korozi, nemagnetický, v tvárnosti je 2 (Au), tažnosti je 6, slitiny jsou pevné.

• Je velice odolný vůči korozi díky pasivaci

• Ga: stříbřitě modrý lesk, smáčí sklo, porcelán, a další. Na skle dává lesklé zrcátko, ultračisté na polovodiče, GaAs – elektřina na koherentní světlo

• In: podobné Ga, použití na výrobu nízkotající slitiny na pro elektronická zařízení. Slitiny In s Bi, Cd, Pb, Sn je využívají jako tavné pojistky, regulátory tepla a samočinné hasicí zařízení. K pájení za nízké teploty, nízkoteplotní tranzistory

• Tl: prvek i sloučeniny jsou jedovaté. Nebezpečný je styk s pokožkou, požití i vdechnutí. Dříve na hubení hlodavců a mravenců. Bez chuti a zápachu. Malé speciální využití v infračervené technologii. Jako fotocitlivé diody a infračervené detektory.

• Atomové vlastnosti prvků.

• Mají liché atom. číslo proto mají málo stálých izotopů.

• Teplota tání – nejnižší u Ga

• Hustota roste, elektroneg. klesá

• Al – kubická plošně centrovaná s.(12)

• Ga – orthorombickou s. 1 blízko, 2+2+2

• In – tetragonální plošně centrovaná (4+8)

• Tl – hexagonální s. 12

• Chemická reaktivita

• Od bóru se liší: vyšší chem. reaktivita při nižších teplotách

• Neexistence těkavých hydridů a klastrů.

• Al – nejvíce s nekovy, ale se všemi kovy

• Práškový Al s tekutým O2 exploduje

• Snadno se rozpouští v horké HCl a v roztoku NaOH a KOH za vzniku vodíku

• Al(OH)3 je amfoterní

• [Al(H2O)6]3+ [Al(H2O)2(OH)4]-

• Sloučeniny hliníku se slabými kys. podléhají hydrolýze.

• Al2S3, AlN, Al4Cl3, podobně octan, kyanid, uhličitan

• Důležité pro čištění vody – hydroxid se tvoří na jemných částicích, které se tak odstraňují

• Ga – amfoterní chování je podobné Al

• In – zásaditější než Ga. Jen slabě amfoterní

• In se nerozpouští v OH-, ale Ga ano

• Tl je středně silná base, odlišuje od ostatních, protože se v roztocích vyskytuje I.

• Sloučeniny Tl se podobají alk. kovům.

• Stálost o.č.I – Al<Ga<In<Tl

• SLOUČENINY• Hydridy a příbuzné komplexy• Velká odlišnost od bóru• AlH3 – bezbarvá, netěkavá pevná látka• Al – H – Al• Redukční činidlo, bouřlivě s vodou• GaH3 – viskózní kapalina, Tt – 15°C• InH3, TlH3 – nestálé, rozpustné v etheru• Li[AlH4]- LiH + AlCl3 – Li[AlH4]+ LiCl• Nebo Na + Al + 2H2 – Li[AlH4]

(140°C/3h/35,5MPa)

• Halogenidy a komplexy

• Al2O3 + HF → AlF3 + O2 (700°C)

• Kat. při Friedelově – Craftsově s., netěkavý, nerozpustný

• Na3[AlF6] – kryolit – výroba Al

• AlCl3- krystalická látka, 192°C – dimer

• Al2Br6 a Al2I6 – dimery, krystalické v kap. a pevném stavu

• Halogenidy tvoří velké množství adičních sloučenin nebo komplexů

• Friedel – Craftsova katalýza• Různá stabilita a vlastnosti

• BF3 + AlCl3 → AlF3 + BCl3• Takto se uvolní největší množství energie

EP prvky s EN prvky• AlCl3 - při kat. reakcích, k alkylacím,

acylacím, polymeracím,cyklizacím, chlorace• Výroba ethylbenzenu a styrenu• Ga,In,Tl – netěkavé, vysoké Tt, • GaX3 – podobný AlX3

• InX3 – převážně jako ligand (PPh3, pyridin)• TlX3 – méně stálé, chemicky odlišné

rychle hydrolyzují

• Oxidy a hydoxidy

• Al2O3 – korund a smirek, vysoká tvrdost, Tt, netěkavost, chem.netečnost- výroba Al, brusný materiál, keramika, drahokamy

• Pružný, netoxický, velká pevnost v tahu, na omak měkká, provazy, vlákna, izolanty, filtrační materiál, nosič katalyzátoru. Konstrukce aut a motorů, pevnost oceli.

• Ga, In, Tl - méně studovány• Ga je podobný Al• In – deformovaná, rutilová struktura• Tl – černé destičky, hydroskopický

Spinely a příbuzné

• AB2X4 – A= Mg,Ca,Cr,Mn,

B=Al,Ga,In,Ti,Cr,

anion = O,S,Se,Te

Hlinitan vápenatý – Ca3Al2O6 – složka portlandského cementu

• Portlandský vápenec• Směs vody,písku,po ztvrdnutí jako přírodní

vápenec• Poprvé při stavbě tunelu pod Temží• Složení: 26% Ca2SiO4, 51% Ca3SiO5, 11%

Ca3Al2O6

• Výroba zahříváním směsi vstupních látek na Tt 1500°C, vznikne slinek, který se namele a smíchá s 2 – 5% sádrovcem

Cement s vysokým obsahem Al2O3

• Už po jednom dni pevný• Vysoká T porušuje, mořská voda nevadí

• Další anorganické sloučeniny• Chalkogenidy Al – Al2S3 (bílý) Al2Se3(šedý)

Al2Te3(tmavě šedá)• Přímou syntézu za teploty 1000°C,

tetraedrická koordinace a polymorfní s.• Chalkogenidy Ga,In,Tl: mnohem více –

polovodiče, fotovodiče, světelné zářiče• Tl5Te3 – supravodivost za nízkých teplot• V.B. skupina - polovodiče, krychlová

struktura, přímou syntézou za vyšší t a p• polovodiče musí být zapouzdřeny proti

působení atmosféry

• Organokovové sloučeniny

• Mnoho sloučenin obsahující 1,2,3,4 vazby Al- C

• Trialkyly a triaryly – velmi reaktivní, bezbarvé, těkavé kapaliny, nízká Tt, samozápalné, prudká reakce s vodou

• Hlavní význam- vsuvná reakce K. Zieglera- výroba PE.

• A) růstová reakce – vznik alkoholů a alkenů

• B) polymerace ethenu a propenu – za přítomnosti organokovových kat. (1963 NC)

• Tento PE má vysokou hustotu, je tuhý, pevný, vysoce odolný, nepropustný pro plyny a kapaliny. Teplota měknutí 140 – 150°C.

Ga, In, Tl - mnohem méně prozkoumané než Al