元素周期表和元素知识集萃
上QQ阅读APP看书,第一时间看更新

p区第13(3A)族元素 硼族元素(Boron group elements)

B,Al,Ga,In,Tl

5号元素 B硼

1807年盖·吕萨克(J.L.Gay-Lussac,法)和泰纳(L.J.Thenard,法)用金属钾还原氧化硼(B2O3,硼酸脱水产物)制得单质硼,1808年戴维(H.Davy,英)也用同样的方法制得纯硼。主要矿物有硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]、硬硼钙石{Ca[B3O4(OH)3]·H2O}、方硼石(Mg3[B7O12]OCl)等。

硼的单质有多种形态,无定形硼为黑色粉末,晶形硼为银灰色,硬度仅次于金刚石,较脆。硼单质相对惰性,可溶于浓硝酸和硫酸。

硼化合物用途广泛。硼玻璃可透紫外线。硼还是有效的中子吸收剂。硼化物多坚硬、熔点高,是化学惰性材料。将少量硼掺入硅晶体中制成的p型半导体,用于制造太阳能电池。硼烷是航天工业用高能燃料。硼和氮可以形成氮化硼(BN),它和碳(C)是等电子体,可以形成类似金刚石或石墨的结构。金刚石型的立方氮化硼硬度接近金刚石,用作高温磨料和切割器,可以避免金刚石使用时碳化物的形成。六方氮化硼应用广泛,从航空器的保温层(耐氧耐高温),到工业润滑剂,乃至日常化妆品的添加剂(白色有光泽)。

13号元素 Al铝

1825年厄尔斯泰德(H.C.Oersted,丹麦)用钾汞齐还原无水氯化铝获得不纯的金属铝。1827年,维勒(F.Wohler,德)用金属钾还原无水氯化铝得纯品铝,并被公认为铝的发现者。将氧化铝与冰晶石共熔电解而制得铝,纯度达99.8%,此法由霍尔和赫洛特于1886年各自独立发明,沿用至今。铝名称源于拉丁文“Alumen”,意为“明矾”。铝在地壳中含量仅次于氧和硅,是含量最高的金属元素。矿物有黏土矿、长石、云母等铝硅酸盐,以及铝土矿[主要成分为Al(OH)3]、硬水铝石[AlO(OH)]、冰晶石(Na3AlF6)和明矾石[KAl3(SO42(OH)6]等。

铝是银白色轻金属,密度小(2.698g/cm3),有延展性,俗称“钢精”。在空气中表面形成的氧化物薄膜起保护作用。铝具有两性,既可溶于强碱生成铝酸盐和氢,又可溶于稀酸生成铝离子和氢。由于金属铝具有质轻、价廉、导电性好、无毒、无臭、无味、导热性好等优点,在金属中应用最广泛,产量仅次于铁。铝中加入铜、镁、锰等制成的合金,具有质轻、坚硬和高抗张强度的特点,是制造航空航天器、汽车、快艇等的优良材料。刚玉(α-Al2O3)硬度高,耐磨性好,用于制作仪表的轴承和精密天平的刀口。人造刚玉可代替天然宝石,添加铬、钛、铁、镍等元素可以形成红宝石、蓝宝石和黄宝石,除用作装饰品外,还用作激光器。日常生活中,常见的铝化合物是明矾[KAl(SO42·12H2O]。

铝对人体是一种低毒、非必需的微量元素。其生化功能涉及酶、蛋白质、DNA和钙、磷的代谢作用。摄入过多的铝会导致神经、骨骼和造血功能的异常,引发老年痴呆。

31号元素 Ga镓

1875年布瓦博德朗(L.de Boisbaudran,法)从锌矿中将镓制出,并用分光镜予以检出和鉴定。名称源于拉丁文“Gallia”,意为“高卢”(罗马帝国统治时期法国的名称),以纪念他的祖国法兰西。镓是分散元素,无单独矿物,常与铝、锌、锗的矿物共生,是铝、锌冶炼中的副产物。

镓为浅蓝色软金属,液态为银白色,高温时能与大多数金属作用,生产具有特殊性能的合金(超导或低熔点)。三价镓的氧化物和氢氧化物是两性的。

主要用途:(1)制备GaAs,GaSb等半导体材料,用于生产发光二极管、太阳能电池等;(2)金属镓熔点低(30℃),沸点高(2403℃),可以用于制作高温温度计;(3)镓和铟、锡形成的合金(Ga 76.4%,In 14.4%,Sn 9.2%)的最低共熔点为11℃,可代替有毒的汞,用于制作体温计。

49号元素 In铟

1863年赖希(F.Reich,德)和李希特(H.T.Richter,德)从锌矿中分出In2S3,并用分光镜验证。名称源于“靛蓝”(indigo),因其化合物在火焰中呈靛蓝色。铟是分散元素,无单独矿物,常与锌共生,见于闪锌矿中,含量仅在0.1%以下。

铟是浅蓝色金属,延展性好,比铅软,耐蚀性极强,燃烧时产生紫色火焰,加热时与硫、卤素、硒、碲、磷作用。铟可与多种金属形成合金,用于制造低熔点或良导热的合金,用于晶体管和光电池中。将铟箔插入核反应堆中可以控制反应的进行。铟的多种化合物(磷化铟、砷化铟、锡化铟、锑化铟)都是半导体材料。

81号元素 Tl铊

1861年克鲁克斯(W.Crookes,英)在用分光镜检验硫酸厂的废渣时,发现了一条绚丽的绿线,由此发现了铊。名称源于希腊文“thallos”,意为“新苗,嫩枝”。铊属于稀散元素,多由铜、铅、锌等的硫化物矿石中提取。海底的锰结核矿中亦含铊。

铊是柔软的重金属,色白似铅,延展性好,在空气中生成厚的氧化物膜(Tl2O)而变成暗灰色。铊用于制作低温电子开关(铊汞合金)、光电池和红外探测仪(硫化铊)。

注:铊及其化合物有剧毒!其毒性高于铅和汞,是一种有蓄积性的强神经毒物。成人最小致死量为12mg/kg。儿童最小致死量为5~7.5mg/kg。铊中毒的特效解毒药为普鲁士蓝。