Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
145

CHƯƠNG 9 – NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM III

9.1. NHÓM IIIA
- Nhóm IIIA gồm các nguyên tố: bo (B), nhôm (Al), gali (Ga), inđi (In) và
tali (Tl).
* Một số đặc điểm của các nguyên tố nhóm IIIA:

B Al Ga In Tl
Số thứ tự 5 13 31 49 81
Electron hoá trị

2s
2
2p
1
3s
2
3p
1
4s
2
4p
1
5s
2
5p

IIIA không biến đổi đều như nhóm IA và IIA.
- Năng lượng ion hoá I1 của các nguyên tố nhóm IIIA biến đổi không đều:
I(B) tương đối lớn do đó B rất khó mất 3e
-
để tạo cation mà chủ yếu tạo hợp chất
cọng hoá trị. Trong khi đó sự tạo thành Al
3+
dễ xảy ra hơn do bán kính nguyên
tử tăng, đồng thời năng lượng hđrat hoá của ion Al
3+
cũng khá lớn. Do vậy, dù
trong cùng nhóm nhưng tính chất của B khác Al và các nguyên tố còn lại trong
cùng nhóm: B là phi kim, Al là kim loại, B
2
O
3
và B(OH)
3
có tính axit, Al(OH)
3

lại có tính bazơ.
- Từ Al đến Ga tính kim loại hơi giảm, từ Ga đến In tính kim loại tăng
nhưng từ In đến Tl tính kim loại lại giảm. Sở dĩ có sự biến đổi không đều đó là
do Ga là nguyên tố đứng sau các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất nên chịu ảnh
hưởng của sự co d, còn Tl đứng sau các lantanit nên chịu ảnh hưởng của sự co f
(sự co lantanit).
- Các nguyên tố nhóm IIIA có số oxi hoá chủ yếu là +3, nhưng từ Al đến Tl
còn có số oxi hoá +1 (độ bền của số oxi hoá +1 tăng từ Al đến Tl) do năng
lượng I

4
O
7
.4H
2
O), xaxolin (H
3
BO
3
) trong đó borac
được biết đến nhiều nhất.
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
146

- Phần lớn Al trong vỏ Trái đất tập trung ở dạng khoáng vật alumosilicat
như: octhoclazơ (K
2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2
), mica (K
2
O.3Al
2
O

3
[AlF
6
]).
- Các nguyên tố Ga, In và Tl thường lẫn trong quặng của các kim loại khác.
* Đồng vị
- B có 5 đồng vị từ
8
B đến
12
B, trong đó
10
B(18,45%-18,98%) và
11
B(81,02%-81,55%) là đồng vị thiên nhiên, còn
8
B và
12
B là đồng vị phóng xạ.
- Al có 6 đồng vị từ
24
Al đến
29
Al, trong đó có
27
Al là đồng vị thiên nhiên
chiếm 100%.
- Ga có 10 đồng vị từ
64
Ga đến

Bo tồn tại dưới một số dạng thù hình: tinh thể và vô định hình. Dạng tinh
thể gồm có 3 dạng: mặt thoi ,  và tứ phương.
Dạng mặt thoi  có ô mạng cơ sở gồm 12 nguyên tử sắp xếp đặc khít tạo
ra hình 20 mặt đều. Các khối 20 mặt này liên kết với nhau qua các đỉnh. Liên kết
giữa B - B trong khối 20 mặt lớn hơn liên kết B - B trong các khối với nhau.

9.1.1.2. Tính chất vật lý
Bo dạng tinh thể có màu xám đen, dạng vô định hình màu nâu đen, khó
nóng chảy, cứng gần bằng kim cương. Bo tinh thể có tính bán dẫn (E=1,55eV),
ở điều kiện thường dẫn điện kiểu n (electron). Khi đốt nóng hay chiếu sáng dẫn
điện kiểu P (lỗ khuyết).
Nhiệt độ nóng chảy bằng 2075
0
C, nhiệt độ sôi bằng 3700
0
C.
9.1.1.3. Tính chất hoá học
Tính chất của B phụ thuộc nhiều vào mức độ tinh khiết và dạng tinh thể.
Ở điều kiện thường, B trơ về mặt hoá học, chỉ tác dụng với F
2
, nhưng khi
đun nóng thì phản ứng với hơi nước, HNO
3
đặc, halogen, O
2
, N
2
, H
2
, H

O
3
(đốt cháy trong không khí)
2B + 3H
2
O
h
 
 C
0
800700
B
2
O
3
+ 3H
2

B + 3HNO
3 đặc nóng
= B(OH)
3
 + 3NO
2

2B
vđh
+ 2NaOH
đặc
+ H

C
0
800
B
2
O
3
+ 3BN
2B + 6HX 
 C
0
500400
2BX
3
+ 3H
2
 (X= F, Cl)
4B + 3SiO
2
 
 C
0
15001300
2B
2
O
3

. Trong nước lỗ
khoan dầu khí, tro than đá có một ít hợp chất của bo. Hàm lượng B trong thiên
nhiên ít là do B dễ hấp thụ nơtron:

10
5
B +
1
0
n 
4
2
He +
7
3
Li
* Điều chế:
- Khử B
2
O
3
bằng kim loại hoạt động:
B
2
O
3
+ 2Al  
 C
0
900800

2
+ 2B
mặt thoi 9.1.2. HỢP CHẤT CỦA BO
9.1.2.1. Oxit boric (B
2
O
3
)
n

a) Cấu tạo:
- Có 2 dạng: thuỷ tinh và tinh thể. Dạng thuỷ tinh khối rắn được cấu tạo
bởi nhóm BO
3
nối nhau qua O chung và sắp xếp hỗn độn, không màu, khi đun
nóng đến 600
0
C thì hoá lỏng thành chất lỏng nhớt và kéo sợi được.
Dạng tinh thể gồm những tứ diện lệch BO
4
nối với nhau bằng cầu oxi:
trong 4 nguyên tử O có một O chung cho 2 tứ diện và 3O - mỗi O chung cho 3
tứ diện.

Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ

O = 2B(OH)
3

2B
2
O
3 vđh
+ 2NaOH
loãng

t thường
Na
2
B
4
O
7
+ H
2
O
B
2
O
3 vđh
+ 2NaOH
đặc
+ 3H
2
O
t thường

B
2
O
3
+ 2C
cốc
+ 2Cl
2

 
C
0
1000
2BCl
3
+ 3CO
- Ở trạng thái nóng chảy, B
2
O
3
hoà tan một số oxit kim loại thành muối
borat: Na
2
O + B
2
O
3

nóng chảy
Na

700
B
2
O
3
+ 3H
2
O
2B(C
2
H
5
O)
3
+ 18O
2

cháy trong không khí
B
2
O
3
+ 12CO
2
+ 15H
2
O
* B
2
O

n
là những vảy làm trơn tay.
b) Tính chất vật lý
- Tan trong nước và độ tan tăng theo nhiệt độ: ở 0
0
C tan 1,95g, ở 100
0
C
tan 290g trong 1lit nước. Do đó (H
3
BO
3
)
n
dễ kết tinh lại trong nước lạnh.
- Nhiệt độ nóng chảy bằng 170
0
C (dư P).
c) Tính chất hoá học
- Ít bền nhiệt, khi đun nóng thì phân huỷ, dung dịch nước là axit yếu.
Thực hiện phản ứng trung hoà, phản ứng với axit, muối, rượu.
H
3
BO
3
 
 C
0
10070
HBO

]
[B(H
2
O)(OH)
3
] + H
2
O  [B(OH)
4
]
-
+ H
3
O
+
pK
a
= 9,24
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
149

Quá trình điện ly chứng tỏ H
3
BO
3
không phân ly H
+
có trong H

SO
4
đặc
thì este được tạo thành:
H
3
BO
3
+ 3CH
3
OH = B(OCH
3
)
3
+ 3H
2
O
- Trung hoà kiềm:
4B(OH)
3
+ 2NaOH
loãng
= Na
2
B
4
O
7
+ 7H
2

+ 4HF
đặc
= H[BF
4
] + 3H
2
O
B(OH)
3
+ 3HSO
3
F
lỏng
= BF
3
 + 3H
2
SO
4

d) Điều chế
B + 3HNO
3 đặc
nóng
B(OH)
3
 + 3NO
2

Na

) liên kết với nhau qua nguyên tử O chung.
a) Natri borat NaBO
3
.4H
2
O
NaBO
3
.4H
2
O được tạo thành khi cho borat tác dụng với H
2
O
2
hoặc cho
axit boric tác dụng Na
2
O
2
.
B(OH)
3
+ Na
2
O
2
+ 3H
2
O = NaBO
3

4
O
7
.10H
2
O
 
 Ct
00
380
Na
2
B
4
O
7
+ 10H
2
O
+ Điện ly và thuỷ phân:
Na
2
B
4
O
7 loãng
+ 8H
2
O = 2[Na(H
2

4
O
7
+ 2H
2
SO
4 đặc
+ 5H
2
O = 4B(OH)
3
+ NaHSO
4

Na
2
B
4
O
7
+ 2NaOH
bh
+ 7H
2
O = 4Na[B(OH)
4
]
Na
2
B

6NaBO
2
.2Cr(BO
2
)
2

xanh lục

* Điều chế:
2B
2
O
3 vđh
+ 2NaOH
loãng
= Na
2
B
4
O
7
+ H
2
O
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
150


bạc, khi để trong không khí có màu xám do bề mặt bị phủ lớp màng oxit mỏng,
dày khoảng 1.10
-5
mm (ở điều kiện thường).
- Al nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp (650
0
C) và sôi ở nhiệt độ cao
(2467
0
C).
- Al lỏng có độ nhớt cao, độ nhớt giảm khi có thêm lượng nhỏ Mg hay Cu,
nên trong hợp kim đúc của Al luôn có Cu. Ở nhiệt độ thường, Al tinh khiết khá
mềm, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi. Lá nhôm mỏng được dùng làm tụ điện, ở 100-
150
0
C Al tương đối dẻo có thể dát thành lá mỏng có độ dày 0,005mm nhưng đến
khoảng 600
0
C Al trở nên dòn, dễ nghiền thành bột.
- Al có độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao. Độ dẫn nhiệt của Al cao gấp 3 lần của Fe
nên Al được dùng để chế tạo máy trao đổi nhiệt và làm dụng cụ nhà bếp. Al lại
có độ dẫn điện bằng 0,6 lần độ dẫn điện của Cu nhưng lại nhẹ gấp 3 lần của Cu
nên được dùng làm dây dẫn điện thay cho Cu.
-Bề mặt Al nguyên chất rất trơn bóng, có khả năng phản xạ đến 90% tia
sáng đồng đều với các bước sóng khác nhau nên được dùng làm vật liệu mạ lên
kính viễn vọng. Al cũng phản xạ tốt các tia nhiệt nên được dùng làm xitec bảo
đảm không bị đốt nóng bởi các bức xạ mặt trời.
- Al có khả năng tạo hợp kim với nhiều nguyên tố khác với độ bền cao và
nhẹ như đuyara (94%Al, 4%Cu, 2% gồm Mg, Mn, Fe và Si) cứng và bền như
thép mềm, được dùng trong công nghiệp ôtô và máy bay; hợp kim silumin

0
C.
4Al + 3O
2
= 2Al
2
O
3
H= - 1676 kJ/mol
Tuy nhiên, khi đốt dây Al hay lá Al dày thì Al không cháy mà nóng chảy
tạo thành túi, bên trong là Al lỏng, bên ngoài là oxit.
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
151

- Do có ái lực lớn với oxi và Al là chất khử mạnh nên ở nhiệt độ cao Al khử
dễ dàng nhiều oxit kim loại đến kim loại tự do (còn gọi là phản ứng nhiệt nhôm)
Ví dụ: 8Al + 3Fe
3
O
4


0
t
4Al
2
O
3

, S, P, C nhôm cũng tác dụng trực tiếp ở nhiệt độ cao và ở các điều
kiện khác nhau tạo AlN, Al
2
S
3
, AlP, Al
4
C
3
, những hợp chất này đều bị nước
thuỷ phân tạo Al(OH)
3
và hiđrua của phi kim tương ứng.
Ví dụ: AlN + 3H
2
O = Al(OH)
3
+ NH
3

Al
2
S
3
+ 6H
2
O = 2Al(OH)
3
+ 3H
2

= -1,66V
Nhưng do có màng oxit bảo vệ bề mặt nên Al khá bền với nước và một số
axit kể cả khi đun nóng như: Al không phản ứng với nước, không tác dụng với
dung dịch loãng của CH
3
COOH, H
3
PO
4
. Nhôm chỉ tan dễ dàng trong dung dịch
HCl và dung dịch H
2
SO
4
, nhất là khi đun nóng.
2Al + 6H
3
O
+
+ 6H
2
O = 2[Al(H
2
O)
6
]
3+
+ 3H
2


-
+ 6H
2
O = 2[Al(OH)
6
]
3-
+ 3H
2

dung dịch NH
3
cũng ăn mòn Al khá mạnh.
9.1.3.3. Điều chế nhôm
* Phương pháp khử muối nhôm
Cuối thế kỷ XIX, Al được sản xuất với quy mô công nghiệp. Người ta điều
chế Al bằng cách dùng kim loại kiềm khử muối AlCl
3
khan hoặc muối NaAlCl
4

(natri tetracloroaluminat) ở trạng thái nóng chảy:
3Na + AlCl
3
= Al + 3NaCl
3Na + NaAlCl
4
= Al + 4NaCl
* Phương pháp điện phân
Những năm 80 của thế kỷ XIX, Al mới được sản xuất bằng phương pháp

0
C dưới áp
suất 5-6atm, nhôm oxit sẽ tan trong dung dịch kiềm.
Al
2
O
3
.xH
2
O + 2NaOH = 2NaAlO
2
+ (x+1)H
2
O
hoặc Al
2
O
3
+ 2OH
-
+ 3H
2
O = 2[Al(OH)
4
]
-

Fe
2
O

2
O
3
+ H
2
O
- Do Al
2
O
3
có nhiệt độ nóng chảy cao (2072
0
C) nên chất điện phân là hỗn
hợp Al
2
O
3
(10%) và criolit (90%) để hạ nhiệt độ nóng chảy còn khoảng 950
0
C.
Do criolit thiên nhiên khá hiếm nên nó được tổng hợp bằng cách hoà tan
Al(OH)
3
và Na
2
CO
3
trong dung dịch HF:
2Al(OH)
3

9.1.4.1. Nhôm oxit Al
2
O
3

* Al
2
O
3
tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau, có cấu trúc tinh thể khác
nhau phụ thuộc vào điều kiện điều chế, trong đó bền nhất là dạng - Al
2
O
3
và
- Al
2
O
3
.
* Dạng - Al
2
O
3
được tạo thành bằng cách nung Al(OH)
3
hoặc muối nhôm
của axit dễ bay hơi đến 1000
0
C. - Al

saphia là corunđum tinh khiết chứa Fe
2+
, V
4+
; đá rutin (hồng ngọc) màu đỏ là
corunđum chứa vết Cr
3+
.
Corunđum thiên nhiên có nhiệt độ nóng chảy cao (2072
0
C), sôi ở ~3500
0
C
và rất cứng nên được dùng làm đá mài và bột mài đánh sạch bề mặt kim loại,
làm mặt kính đồng hồ, làm trục quay trong một số máy móc.
Corunđum rất trơ về mặt hoá học, không tan trong nước, trong axit, trong
kiềm. Khi nung đến 1000
0
C, - Al
2
O
3
phản ứng mạnh với hiđroxit, cacbonat,
hiđrosunfat, đisunfat của các kim loại kiềm ở trạng thái nóng chảy.
Al
2
O
3
+ 2NaOH


S
2
O
7


0
t
Al
2
(SO
4
)
3
+ 3K
2
SO
4

* Dạng - Al
2
O
3
là những tinh thể lập phương không màu, không tồn tại
trong thiên nhiên. - Al
2
O
3
được tạo nên khi nung Al(OH)
3

2
O
3
+ 3H
2
O

9.1.4.2. Nhôm hiđroxit Al(OH)
3

- Al(OH)
3
được tạo nên khi cho hiđroxit kim loại kiềm tác dụng với muối
nhôm, đó là kết tủa keo màu trắng, không tan trong nước. Kết tủa này chứa
nhiều nước ứng với thành phần Al(OH)
3
.nH
2
O hoặc Al
2
O
3
.nH
2
O và không có
kiến trúc tinh thể. Để lâu, kết tủa này mất nước dần và khi sấy khô rồi nung đến
mất nước hoàn toàn thì biến thành oxit. OH OH OH OH OH OH

3
. Tuy nhiên để thuận tiện người ta thường viết thành phần kết
tủa keo là Al(OH)
3
.
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
154

- Al(OH)
3
tinh thể được tạo từ khí CO
2
tác dụng với dung dịch NaAlO
2
,
tinh thể này tồn tại trong thiên nhiên ở dạng khoáng vật hiđragilit (hay gipxit).
Hiđragilit gồm những tinh thể đơn tà và có cấu trúc lớp (hình vẽ). Mỗi lớp gồm
2 mặt phẳng chứa các nhóm OH và những nguyên tử Al nằm giữa 2 mặt phẳng
đó. Mỗi nguyên tử Al có 6 nhóm OH bao quanh.

- Dạng hiđragilit có D = 2,42g/cm
3
, bền ở nhiệt độ dưới 150
0
C.
* Al(OH)
3
là chất lưỡng tính, tan trong dung dịch axit và dung dịch kiềm:

Al
2
S
3
thực tế bị thuỷ phân hoàn toàn.
- Khi cho dung dịch muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm đợc xem là
quá trình thay thế các phân tử H
2
O trong ion [Al(H
2
O)
6
]
3+
bằng các nhóm OH
-
:
[Al(H
2
O)
6
]
3+
+ OH
-
= [Al(OH)(H
2
O)
5
]

-
, [Al(OH)
5
(H
2
O)]
2-
, [Al(OH)
6
]
3-
,
các ion này gọi chung là ion hiđroxialuminat. Khi làm bay hơi dung dịch natri
hiđroxialuminat thu được muối khan biểu diễn bằng công thức NaAlO
2
và coi
như là muối của axit meta-aluminic HAlO
2
hay AlO(OH). Vì tính axit của
Al(OH)
3
rất yếu nên muối aluminat bị thuỷ phân mạnh trong dung dịch đậm đặc
và bị thuỷ phân hoàn toàn trong dung dịch loãng cho kết tủa Al(OH)
3
và môi
trường kiềm.
- Khi pha loãng dung dịch aluminat hay sục khí CO
2
vào đó sẽ thu được
Al(OH)

, là chất rắn vô định hình, màu
trắng, không bay hơi, bị phân huỷ ở nhiệt độ trên 105
0
C thành nguyên tố.
- (AlH
3
)
n
là hợp chất thiếu electron. Nó có cấu trúc lớp. Mỗi nguyên tử Al
có 6 nguyên tử H bao quanh theo kiểu bát diện. Hai nguyên tử Al ben cạnh liên
kết với nhau qua nguyên tử H bằng liên kết ba tâm: Al-H-Al.
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
155- (AlH
3
)
n
là hợp chất rất nhạy với oxi và nước như dễ bốc cháy trong không
khí. Khi tan trong dung dịch ete, nó dễ dàng kết hợp với hiđrua của kim loại
kiềm tạo ra hiđro aluminat.
Ví dụ: n NaH + (AlH
3
)
n
= n Na[AlH
4

)
n
+ n NH
3
= n AlH
3
.NH
3

- (AlH
3
)
n
được điều chế bằng tương tác của AlCl
3
với dung dịch Li[AlH
4
]
trong ete:
AlCl
3
+ 3Li[AlH
4
] = 4AlH
3
+ 3LiCl
n AlH
3
= (AlH
3

Cl
6
phân li hoàn toàn thành phân tử đơn ở 800
0
C.
- AlCl
3
rắn dẫn điện tốt hơn ở trạng thái nóng chảy vì ở trạng thái rắn có
cấu tạo ion còn khi nóng chảy chuyển sạng hợp chất phân tử.
- AlCl
3
khan hút ẩm mạnh nên bốc khói trong không khí ẩm do hiện tượng
thuỷ phân giải phóng hiđroclorua.
AlCl
3
+ 2H
2
O = Al(OH)
2
Cl + 2HCl
Do vậy, AlCl
3
cần được bảo quản trong lọ kín.
- AlCl
3
dễ tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ. Quá trình tan
trong nước toả nhiều nhiệt. Dung dịch muối nhôm có phản ứng axit vì bị thuỷ
phân, những nấc thuỷ phân của ion Al
3+
ở trong nước được coi như là sự phân li

2
O = Al(OH)
3
+ 3HCl
b) Nhôm sunfat và phèn nhôm
* Al
2
(SO
4
)
3
khan là chất bột màu trắng, bị phân huỷ ở nhiệt độ trên 770
0
C,
kết tinh ở dạng hiđrat Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O.
- Al
2
(SO
4
)
3
.18H

3


0
t
2Al
2
O
3
+ 6SO
2
 + 3O
2

- Al
2
(SO
4
)
3
có khả năng kết hợp với muối sunfat kiềm để tạo muối kép gọi
là phèn nhôm: M
2
Al
2
(SO
4
)
4
.24H

3
.24H
2
O, phèn crôm-kali K
2
SO
4
.Cr
2
(SO
4
)
3
.24H
2
O, phèn sắt-
amoni (NH
4
)
2
SO
4
.Fe
2
(SO
4
)
3
.24H
2

O)

2,92

5,04

8,4 24,8

119,5

154

- Phèn nhôm không tan trong rượu tuyệt đối.
- Cũng như Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O, phèn nhôm-kali được dùng rộng rãi trong
công nghiệp nhuộm vải, dùng làm chất cắn màu, trong công nghệ thuộc da, hồ
giấy, làm trong nước. Trong y khoa, phèn nhôm-kali dùng làm chất sát trùng,
cầm máu chân răng
- Phèn nhôm-kali được điều chế bằng phương pháp kết tinh từ dung dịch
đồng phân tử K
2
SO
4

2
O

Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
157

9.1.5. PHÂN NHÓM GALI: Ga, In, Tl
9.1.5.1. Điều chế
- Nguyên liệu chính để điều chế gali là quặng boxit hoặc chất bã của quá
trình chế hoá quặng kẽm, của In là quặng sunfua của các kim loại Zn, Pb, Cu
và của Tl là pirit (FeS
2
).
Từ các nguyên liệu đó được chuyển thành dạng muối hoặc dạng oxit rồi sau
đó điện phân dung dịch muối của chúng hoặc dùng hiđro để khử oxit của chúng.
9.1.5.2. Tính chất lý học
- Ở trạng thái tự do, Ga và In là những kim loại màu trắng bạc, Tl có màu
xám xanh. Ga cứng gần bằng Pb, còn In và Tl mềm hơn.
- Ga, In và Tl đều có nhiệt độ nóng chảy thấp, nhất là Ga nhưng lại có nhiệt
độ sôi cao.
Ga In Tl
t
0
nc
(
0
C) 30 156 303
t

- Ga và In bền với không khí vì được lớp oxit bền bảo vệ (như Al), còn Tl
bị oxi hoá chậm.
- Khi đun nóng, cả 3 kim loại tương tác mãnh liệt với O
2
và S. Với Cl
2
và
Br
2
thì chúng phản ứng ngay ở nhiệt độ thường, còn với I
2
thì phải đun nóng.
- Ga bền với nước giống như Al vì có thế điện cực tương đối bé hơn thế
điện cực của hiđro, In và nhất là Tl bị nước tác dụng trên bề mặt khi có không
khí.
- Ga và In tan dễ dàng trong dung dịch axit HCl và axit H
2
SO
4
, nhưng Tl
tác dụng rất chậm vì tạo lớp muối TlCl khó tan trên bề mặt. Với axit HNO
3
, Ga
phản ứng chậm, còn Tl phản ứng rất mãnh liệt.
- Giống như Al, Ga cũng tan trong dung dịch kiềm đặc tạo muối galat và
khí H
2
.
2Ga + 2OH
-

3

- màu vàng, Tl
2
O
3
- màu hung. Các M
2
O
3
tan rất ít trong nước, dung dịch kiềm,
dung dịch axit và độ tan tăng từ Ga
2
O
3
đến Tl
2
O
3
, trừ Tl
2
O
3
tan được trong axit.
- Độ bền nhiệt giảm: Ga
2
O
3
nóng chảy ở 1740
0

O
3
và Tl
2
O, vì vậy để điều chế các M
2
O
3
người ta thường nhiệt
phân hiđroxit hay muối nitrat, sunfua, nitrua của chúng.
Ví dụ: 2Ga(OH)
3


0
t
Ga
2
O
3
+ 3H
2
O
4Ga(NO
3
)
3


0

3
còn có thể điều chế bằng cách dùng ozôn oxi hoá Tl
2
O.
b) Hiđroxit M(OH)
3

- Đều là kết tủa keo, thực tế không tan trong nước và có thành phần không
xác định. Gali hiđroxit có màu trắng tồn tại hai dạng Ga(OH)
3
và GaO(OH), inđi
hiđroxit chỉ có một dạng In(OH)
3
màu trắng, tali hiđroxit có hai dạng Tl(OH)
3

và TlO(OH) đều có màu hung đỏ. Khi đun nóng nhẹ, Tl(OH)
3
dễ chuyển thành
TlO(OH) và khi đun sôi chuyển thành Tl
2
O
3
. Các hiđroxit của Ga và In dễ mất
nước khi đun nóng.
- Đều tan trong dung dịch axit tạo muối M
3+
.
M(OH)
3

đậm đặc, cho thấy
tính axit của Ga(OH)
3
mạnh hơn Al(OH)
3
.
- Các M(OH)
3
được điều chế bằng cách dung dịch muối M
3+
tác dụng với
dung dịch kiềm
M
3+
+ 3OH
-
= M(OH)
3

c) Muối M
3+

- Đa số muối của axit mạnh dễ tan trong nước nhưng bị thuỷ phân mạnh
nên đều có phản ứng axit, mức độ thuỷ phân giảm dần từ Ga
3+
đến Tl
3+
.
[M(H
2

3+
khi kết tinh từ dung dịch nước đều tạo dạng hiđrat tương tự
muối nhôm.
9.2. NHÓM IIIB
Gồm các nguyên tố : scandi (Sc), ytri (Y), lantan (La) và actini(Ac).
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
159

* Một số đặc điểm của các nguyên tố nhóm IIIB

Sc Y La Ac
+ Số thứ tự 21 39 57 89
+ Cấu hình e
-
hoá trë 3d
1
4s
2
4d
1
5s
2
5d
1
6s
2
6d
1

ns
và không
thể hiện mạnh khả năng tạo phức với nhiều phối tử.
- Từ Sc đến Ac, bán kính nguyên tử và bán kính ion tăng nên tính kim loại
tăng.
9.2.1. Đơn chất
a) Tính chất
- Nhóm IIIB là những kim loại màu trắng bạc, tương đối khó nóng chảy
và khá giòn

Sc Y La Ac
t
0
nc
1539 1526 920 1050
t
0
s
2700 3340 3470 3300

- Dẫn điện, dẫn nhiệt kém : độ dẫn điện (Hg = 1) của Sc là 1,36 ; của Y là
1,73 ; của La là 1,54.
- Sc và Y là những kim loại nhẹ, còn La và Ac là những kim loại nặng.
- La tạo hợp kim với nhiều kim loại.
- Nhóm IIIB đều là những kim loại rất hoạt động về mặt hoá học, hoạt
tính hoá học tăng từ Sc đến Ac.
- Trong không khí, Sc và Y không phản ứng vì có màng oxit bảo vệ, La
và Ac nhanh chóng bị mờ đục do tạo thành lớp hiđroxit ở trên bề mặt.
- La có tính tự cháy khi cọ xát hoặc va đập.
- Khi đun nóng, nhóm IIIB tác dụng với đa số nguyên tố không kim loại


0
t

2M
2
O
3
2M + 3H
2

0
t

2MH
3

2M + 3S
0
t

M
2
S
3

- Với nước, Sc và Y chỉ tác dụng khi bị đun nóng vì bị màng oxit bao phủ,

3+
+ 3H
2

8M + 30HNO
3
= 8M(NO
3
)
3
+ 3NH
4
NO
3
+ 9H
2
O
b) Điều chế
Nhóm IIIB là những nguyên tố rất phân tán trong tự nhiên, chúng lẫn
trong khoáng vật của các kim loại khác. Do vậy quá trình tách kim loại IIIB từ
quặng khá phức tạp như tuyển khoáng, chế hoá tinh quặng bằng nhiều phương
pháp khác nhau để được các sản phẩm trung gian rồi luyện kim loại từ những
sản phẩm trung gian đó. Các sản phẩm trung gian thường là M
2
O
3
, MF
3
, và
MCl

1
0

Ra
227
88

Ra
227
89

9.2.2. Hợp chất M(+3) (Sc, Yvà La)
a) Oxit M
2
O
3

- Đều là chất rắn màu trắng, rất khó nóng chảy.
- Sc
2
O
3
thể hiện tính lưỡng tính như Al
2
O
3
: tan trong dung dịch axit và tan
trong dung dịch NaOH đặc, dư tạo thành Na
3
[Sc(OH)

2
O
3
+ 3CO
2
= Y
2
(CO
3
)
3

La
2
O
3
+ 3H
2
O = 2La(OH)
3

- Các M
2
O
3
có thể được điều chế bằng tác dụng trực tiếp của kim loại với
oxi hoặc bằng cách nhiệt phân hiđroxit, các muối nitrat, cacbonat, oxalat.
b)Hiđroxit M(OH)
3


. Sc(OH)
3
còn có thể điều chế bằng muối Sc
3+
tác dụng với
Na
2
S
2
O
3
.
2SeCl
3
+ 3Na
2
S
2
O
3
+ 3H
2
O = 2Sc(OH)
3
+ 3SO
2
+ 3S + 6NaCl
c) Muối MX
2
: (Muối halogenua)

.6H
2
O, LaCl
3
.7H
2
O. Các hiđrat này biến thành muối khan khi
được đun nóng trong khí quyển HCl.
Ví dụ : YCl
3
.6H
2
O
 
HClCt ,
0
YCl
3
+ 6H
2
O
Nếu không có mặt khí HCl, các hiđrat tạo oxohalogenua
Ví dụ : ScCl
3
.6H
2
O
0
t


2

Các electron lần luợt điền vào obital 4f do năng lượng các obital 4f thấp
hơn 5d trừ Gd : 4f
4
5d
1
6s
2
.
- Chia thành 2 nhóm :
+ Nhóm Ce (nhóm Lantanoit nhẹ): Ce  Gd
+ Nhóm Tb (nhóm Lantanoit nặng): Tb  Lu
- Tính chất được quyết định chủ yếu bởi các electron 5d
1
6s
2
(do 1e
-

chuyển từ 4f sang 5d), chúng giống Y và La.
- Electron hoá trị của Lantanit chủ yếu là các electron 5d
1
6s
2
nên trạng
thái oxi hóa bền và đặc trưng của chúng là +3.
* Tính chất
- Các lantanit là những kim loại màu trắng bạc, trừ Pr và Nd có màu rất
nhạt. Ở trạng thái bột, chúng có màu từ xám đến đen.

2
PO
4
vì tạo muối ít tan cản trở tác
dụng tiếp tục.
- Các lantanit không tan trong kiềm kể cả khi đun nóng.
- Ở nhiệt độ cao, các lantanit khử được oxit của nhiều kim loại. Kim loại
Ce ở nhiệt độ nóng đỏ có thể khử CO, CO
2
đến C.
* Điều chế
Trong thiên nhiên, các nguyên tố lantanoit có trữ lượng khá lớn nhưng
chúng rất phân tán. Các lantanit và Y, La được gọi chung là nguyên tố họ đất
hiếm.
Các kim loại lantanit được điều chế chủ yếu bằng phương pháp điện phân
muối florua hay clorua khan nóng chảy trong bình điện phân làm bằng kim loại
tantan (tantan bền với kim loại đất hiếm nóng chảy) và trong khí quyển agon.
Phương pháp này không được dùng với các lantanit có nhiệt độ nóng chảy cao
vì ở nhiệt độ đó là các muối halogenua có thể bay hơi.
Ngoài ra, còn có thể dùng phương pháp nhiệt kim loại để điều chế lantanit
với những chất khử như Na, Ca, Mg
2LnF
3
+ 3Ca = 3CaF
2
+ 2Ln (hoặc LnCl
3
)
Ln
2

tan trong dung dịch kiềm nhưng tan trong kiềm nóng chảy.
Ln
2
O
3
+ 3H
2
O = 2Ln(OH)
3

Ln
2
O
3
+ 6H
+
+ (2n - 3) H
2
O = 2[Ln(H
2
O)
n
]
3+

Ln
2
O
3
+ 2NaOH


c) Muối của Ln(III)
- Ion Ln
3+
có màu sắc biến đổi tuỳ thuộc vào cấu hình electron 4f.
Chương9 – Nguyên tố và các chất nhóm III

Hoá vô cơ
163

- Muối clorua, bromua, iođua, nitrat và sunfat của lantanoit tan trong
nước, còn các muối florua, cacbonat, photphat và oxalat không tan.
- Các muối tan khi hết tinh đều ở dạng hiđrat.
- Các muối Ln
3+
bị thuỷ phân một phần trong dung dịch nước, khả năng
này tăng từ Ce đến Lu.
- Muối Ln
3+
dễ tạo muối kép.
9.2.5. Khảo sát các nguyên tố Actinoit (An)
- Gồm các nguyên tố có Z = 90  103, được xếp vào cùng một ô với actini
(Z=89): thori(Th), protactini(Pa), uran(U), neptuni(Np), plutoni(Pu),
amerixi(Am), curi(Cm), beckeli(Bk), califoni(Cf), ensteni(Es), fecmi(Fm),
menđelevi(Md), nobeli(No) và laurenxi(Lr).
- Cấu hình electron hoá trị : 5f
0 - 14
6s
2
6p

4Pa + 5O
2

0
t

2Pa
2
O
5

3U + 4O
2

0
t

U
3
O
8
(hay UO
2
.2UO
3
)
- Khi đun nóng, các actinoit tác dụng vơí đa số nguyên tố không - kim
loại. Thori, uran và actinoit khác tác dụng dễ dàng với H
2
tạo hiđrua có thành

4
+ 2Mg
C700
0

U + 2MgF
2

Ngoài ra, U còn có thể điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp nóng chảy
gồm K[UF
5
], CaCl
2
, NaCl.
Các nguyên tố actinoit sau uran được điều chế bằng phản ứng hạt nhân.