第21章P區(qū)鋁族元素

1、第第21章章 P區(qū)金屬元素區(qū)金屬元素第第21章章 P區(qū)元素區(qū)元素P區(qū)十種金屬元素區(qū)十種金屬元素Al Ga In Tl Ge Sn Pb Sb Bi Po大部分大部分P區(qū)金屬元素在化合物中，電荷較高，半徑較區(qū)金屬元素在化合物中，電荷較高，半徑較小，其鹽類在水中極易水解小，其鹽類在水中極易水解電子層結(jié)構(gòu)電子層結(jié)構(gòu) ns2np14 內(nèi)層為飽和結(jié)構(gòu)，它們?cè)诨瘍?nèi)層為飽和結(jié)構(gòu)，它們?cè)诨衔镏谐Ｓ袃煞N氧化態(tài)，氧化值相差為合物中常有兩種氧化態(tài)，氧化值相差為2。21-1 鋁（鋁（Al）一一 、鋁的發(fā)展簡(jiǎn)史、鋁的發(fā)展簡(jiǎn)史 第一個(gè)非常熟悉的金屬，早在公元前第一個(gè)非常熟悉的金屬，早在公元前5世紀(jì)就有了應(yīng)世紀(jì)就有了應(yīng)用

2、明礬作收斂劑、媒染劑的記載。用明礬作收斂劑、媒染劑的記載。 1825年，制備出不純的金屬鋁。年，制備出不純的金屬鋁。 1827年，德國(guó)化學(xué)家維勒用金屬鉀還原無水氯化鋁，年，德國(guó)化學(xué)家維勒用金屬鉀還原無水氯化鋁，制備出較純的鋁，并用它的許多性質(zhì)。由于維勒制取鋁制備出較純的鋁，并用它的許多性質(zhì)。由于維勒制取鋁的方法不可能應(yīng)用于大量生產(chǎn)，在這以后的一段很長(zhǎng)時(shí)的方法不可能應(yīng)用于大量生產(chǎn)，在這以后的一段很長(zhǎng)時(shí)間里，鋁是珠寶店里的商品、帝王貴族的珍寶。間里，鋁是珠寶店里的商品、帝王貴族的珍寶。 直到直到1886年兩位青年化學(xué)家分別獨(dú)立地用電解法制鋁年兩位青年化學(xué)家分別獨(dú)立地用電解法制鋁獲得成功，使鋁成為普

3、通商品，竟然經(jīng)歷了獲得成功，使鋁成為普通商品，竟然經(jīng)歷了60多年的時(shí)間。多年的時(shí)間。這兩位年輕的化學(xué)家一位是這兩位年輕的化學(xué)家一位是21歲的美國(guó)大學(xué)生豪爾，另一歲的美國(guó)大學(xué)生豪爾，另一位是大洋彼岸的位是大洋彼岸的21歲法國(guó)大學(xué)生埃羅。他們的工作奠定了歲法國(guó)大學(xué)生埃羅。他們的工作奠定了今天電解鋁的方法。今天電解鋁的方法。二、鋁的單質(zhì)二、鋁的單質(zhì) Al原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為3s23p1,在化合物中經(jīng)常表現(xiàn)在化合物中經(jīng)常表現(xiàn)為為+3氧化態(tài)。由于有強(qiáng)的極化本領(lǐng)，在化合物中常顯共價(jià)，氧化態(tài)。由于有強(qiáng)的極化本領(lǐng)，在化合物中常顯共價(jià)，表現(xiàn)出缺電子特點(diǎn)。分子自身聚合或生成加合物。表現(xiàn)出缺電子

4、特點(diǎn)。分子自身聚合或生成加合物。 另外，另外，Al原子有空的原子有空的3d軌道，與電子對(duì)給予體能形成軌道，與電子對(duì)給予體能形成配位數(shù)為配位數(shù)為6或或4的穩(wěn)定配合物。例如的穩(wěn)定配合物。例如Na3AlF6、NaAlCl4等。等。1 鋁的冶煉鋁的冶煉鋁土礦鋁土礦Al2O3 的純制的純制Al2O3 的熔融電解（熔融冰晶石）的熔融電解（熔融冰晶石） 金屬鋁是一種銀白色有光澤的金屬金屬鋁是一種銀白色有光澤的金屬, ,熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為930K，沸點(diǎn)沸點(diǎn)2740K。它具有良好的延展性和導(dǎo)電性，能代替銅。它具有良好的延展性和導(dǎo)電性，能代替銅用來制造電線、高壓電纜、發(fā)動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備。用來制造電線、高壓電纜、發(fā)動(dòng)機(jī)等電

5、器設(shè)備。 2、鋁的化學(xué)性質(zhì)：、鋁的化學(xué)性質(zhì)： 鋁的化學(xué)性質(zhì)可概括為四點(diǎn)：鋁的化學(xué)性質(zhì)可概括為四點(diǎn)： Al的親氧性；的親氧性； Al3+的水解性；的水解性； Al、 Al2O3、Al(OH)3的兩性；的兩性； Al化合物的缺電子性。化合物的缺電子性。1、Al的親氧性的親氧性 已知已知B、Si為親氧元素，鋁也是親氧元素。為親氧元素，鋁也是親氧元素。 fHm (B2O3) = -1264 kJmol-1 fHm (SiO2) = -859.4 kJmol-1 fHm (Al2O3) = -1669.7 kJmol-12、 Al3+的水解性的水解性 Al(H2O)63+ H2OAl(H2O)5(OH)

6、2+ + H3O+ 加熱、加熱、 OH- 促進(jìn)水解，可直到完全。促進(jìn)水解，可直到完全。Al2S3、 Al2 (CO3)3 、Al4C3 、AlN都可完全水解都可完全水解4、鋁化合物的缺電子性、鋁化合物的缺電子性 AlF3氣態(tài)為單分子；氣態(tài)為單分子； AlCl3 、AlBr3 、AlI3氣態(tài)時(shí)有二聚體分子；氣態(tài)時(shí)有二聚體分子； 3、與酸或堿均反應(yīng)、與酸或堿均反應(yīng) H22Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H22Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)4 - + 3H2 Al是是“兩性元素兩性元素” （Zn也是）也是） 但但Al在冷、濃在冷、濃HNO3、H2SO4中中“鈍化鈍化”。

7、 鋁合金：比重小而堅(jiān)韌鋁合金：比重小而堅(jiān)韌飛機(jī)、建筑材料。飛機(jī)、建筑材料。 Al2H6中有中有3c-2e鍵鍵三、鋁的化合物三、鋁的化合物1 、鋁的氧化物及其水合物、鋁的氧化物及其水合物 Al2O3有多種變體，其中最為人們所熟悉的是有多種變體，其中最為人們所熟悉的是 Al2O3 和和 Al2O3。 它們都是難熔的與不溶于水的白色粉末。單質(zhì)鋁表面它們都是難熔的與不溶于水的白色粉末。單質(zhì)鋁表面的氧化膜，既不是的氧化膜，既不是Al2O3 ，也不是，也不是 Al2O3 ，它，它是氧化鋁的另一種變體。是氧化鋁的另一種變體。 自然界中存在的剛玉為自然界中存在的剛玉為Al2O3，它的晶體屬于，它的晶體屬于六方

8、緊密堆積結(jié)構(gòu)，六方緊密堆積結(jié)構(gòu)，6個(gè)個(gè)O原子圍成一個(gè)八面體，在整個(gè)原子圍成一個(gè)八面體，在整個(gè)晶體中有晶體中有2/3的八面體孔穴為的八面體孔穴為Al原子所占據(jù)。由于這種緊原子所占據(jù)。由于這種緊密堆積結(jié)構(gòu)，晶格能大，所以的熔點(diǎn)（密堆積結(jié)構(gòu)，晶格能大，所以的熔點(diǎn)（2273K）和硬度）和硬度（8.8）都很高。它不溶于水，也不溶于酸或堿，耐腐蝕）都很高。它不溶于水，也不溶于酸或堿，耐腐蝕而且電絕緣性好。用做高硬度的研磨材料和耐火材料。而且電絕緣性好。用做高硬度的研磨材料和耐火材料。Al2O3稱為剛玉，熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于酸、堿。稱為剛玉，熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于酸、堿。 Al2O3稱為活性氧化鋁，可溶于

9、酸、堿，可用作稱為活性氧化鋁，可溶于酸、堿，可用作 催化劑載體催化劑載體 紅寶石紅寶石(Cr3+) (Cr3+) 藍(lán)寶石藍(lán)寶石(Fe3+(Fe3+， Fe2+) Fe2+) 黃玉黃玉/ /黃晶黃晶(Fe3+)(Fe3+) 天然的或人造剛玉中由于含有不同的雜質(zhì)而有多種顏天然的或人造剛玉中由于含有不同的雜質(zhì)而有多種顏色。例如含有微量色。例如含有微量CrCr3+3+的呈紅色，稱為紅寶石。含有的呈紅色，稱為紅寶石。含有FeFe2+2+、TiTi4+4+稱為藍(lán)寶石。將水合氧化鋁加熱至稱為藍(lán)寶石。將水合氧化鋁加熱至1273K以上，都可以上，都可以得到。以得到。 2、鋁的氫氧化物、鋁的氫氧化物 Al2O3的

10、水合物一般稱為氫氧化鋁的水合物一般稱為氫氧化鋁Al(OH)3 Al(OH)3不溶于不溶于NH3中，它與中，它與NH3不生成配合物不生成配合物. Al(OH)3和和Na2CO3一同溶于氫氟酸中一同溶于氫氟酸中， 則可以生成冰晶石則可以生成冰晶石 NaNa3 3AlFAlF6 6 。 金屬鋁、氧化鋁或氫氧化鋁與酸反應(yīng)得到的產(chǎn)物是鋁金屬鋁、氧化鋁或氫氧化鋁與酸反應(yīng)得到的產(chǎn)物是鋁鹽，鋁在這里表現(xiàn)為金屬。鹽，鋁在這里表現(xiàn)為金屬。 金屬鋁、氧化鋁或氫氧化鋁與堿反應(yīng)得到的產(chǎn)物是鋁金屬鋁、氧化鋁或氫氧化鋁與堿反應(yīng)得到的產(chǎn)物是鋁酸鹽，鋁在這里表現(xiàn)為非金屬。酸鹽，鋁在這里表現(xiàn)為非金屬。 4、鋁鹽和鋁酸鹽（共同特征

11、強(qiáng)烈的水解性）、鋁鹽和鋁酸鹽（共同特征強(qiáng)烈的水解性） （1）鋁鹽的水解）鋁鹽的水解 (如如: 硫酸鋁、硝酸鋁硫酸鋁、硝酸鋁)鋁的弱酸鹽水解更加明顯，甚至達(dá)到幾乎完全的程度。鋁的弱酸鹽水解更加明顯，甚至達(dá)到幾乎完全的程度。 如如: Al: Al2 2S S3 3, Al, Al2 2( (COCO3)3 3)3 （2 ）鋁酸鹽的水解）鋁酸鹽的水解 如如: NaAl(OH)4Al(OH)4- Al(OH)3 + OH- 鋁的鹵化物鋁的鹵化物離子型化合物離子型化合物 AlFAlF3 3 共價(jià)型化合物共價(jià)型化合物 AlClAlCl3 3 AlBr AlBr3 3 AlI AlI3 3 共價(jià)型化合物的共

12、同特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，易揮發(fā)，易溶于有機(jī)溶劑，易共價(jià)型化合物的共同特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，易揮發(fā)，易溶于有機(jī)溶劑，易形成雙聚物形成雙聚物 三氯化鋁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三氯化鋁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ：在氣相或非極性溶劑中在氣相或非極性溶劑中AlCl3是二聚的。因是二聚的。因?yàn)闉锳lCl3是缺電子分子，是缺電子分子，Al原子有空軌道，原子有空軌道，Cl原子有孤電子對(duì)，原子有孤電子對(duì)，Al原子采取原子采取sp3雜化，接受雜化，接受Cl原子的一對(duì)孤電子對(duì)形成四面體構(gòu)型。原子的一對(duì)孤電子對(duì)形成四面體構(gòu)型。兩個(gè)兩個(gè)AlCl3分子靠氯橋鍵（三中心四電子鍵）結(jié)合起來形成分子靠氯橋鍵（三中心四電子鍵）結(jié)合起來形成Al2Cl6分分子，這種氯橋鍵與子

13、，這種氯橋鍵與B2H6的氫橋鍵結(jié)構(gòu)相似。的氫橋鍵結(jié)構(gòu)相似。（3）幾種重要的鋁鹽）幾種重要的鋁鹽A lC lC lC lA lC lC lC l氯化鋁中有氯橋鍵氯化鋁中有氯橋鍵 （三中心四電子鍵）（三中心四電子鍵） AlClAlCl3 3水解產(chǎn)物聚合而成的高效的高分子化合物，水解產(chǎn)物聚合而成的高效的高分子化合物，它有強(qiáng)的它有強(qiáng)的吸附能力。能除去水中的鐵、錳、氟、放射形污染物、重金屬、吸附能力。能除去水中的鐵、錳、氟、放射形污染物、重金屬、泥沙、油脂、木質(zhì)素以及印染廢水中的疏水性燃料等，在水質(zhì)泥沙、油脂、木質(zhì)素以及印染廢水中的疏水性燃料等，在水質(zhì)處理方面優(yōu)于處理方面優(yōu)于Al2(SO4)3和和FeC

14、l3。AlCl3易溶于乙醚等有機(jī)溶劑中，易溶于乙醚等有機(jī)溶劑中，這也恰好證明它是一種共價(jià)型化合物。這也恰好證明它是一種共價(jià)型化合物。 AlCl3容易與電子對(duì)給予體形成配離子或加合物容易與電子對(duì)給予體形成配離子或加合物 ，這一性質(zhì)使這一性質(zhì)使AlCl3成為有機(jī)合成中常用的催化劑。成為有機(jī)合成中常用的催化劑。 無水無水AlClAlCl3 3的水解反應(yīng)非常劇烈并放出大量的熱，甚至在潮濕的水解反應(yīng)非常劇烈并放出大量的熱，甚至在潮濕的空氣中也因強(qiáng)烈的水解而發(fā)煙。的空氣中也因強(qiáng)烈的水解而發(fā)煙。AlCl3將逐級(jí)水解直至產(chǎn)生將逐級(jí)水解直至產(chǎn)生Al(OH)3沉淀，堿式氯化鋁是一種高效凈水劑沉淀，堿式氯化鋁是一種

15、高效凈水劑. （2 2）鋁的含氧酸鹽）鋁的含氧酸鹽 常見的鋁的含氧酸鹽有常見的鋁的含氧酸鹽有 硫酸鋁硫酸鋁 Al2(SO4)3， 鋁鉀釩鋁鉀釩(明礬明礬) KAl(SO4)212H2O 等。等。 所以，弱酸的鋁鹽不能用濕法制得。所以，弱酸的鋁鹽不能用濕法制得。 硫酸鋁、硝酸鋁溶于水后，由于硫酸鋁、硝酸鋁溶于水后，由于Al3+的水解，的水解，溶液呈酸性。硫酸鋁或明礬多易溶于水并水解，溶液呈酸性。硫酸鋁或明礬多易溶于水并水解，其水解產(chǎn)物從堿式鹽到其水解產(chǎn)物從堿式鹽到Al(OH)3的膠狀沉淀均有的膠狀沉淀均有吸附和凝聚作用，因此硫酸鋁和明礬被用做凈水吸附和凝聚作用，因此硫酸鋁和明礬被用做凈水劑或絮凝

16、劑劑或絮凝劑。（4）鋁的鑒定）鋁的鑒定 AlAl3+ 3+ 的鑒定：在氨堿性條件下，加入茜素，生成紅色沉淀。的鑒定：在氨堿性條件下，加入茜素，生成紅色沉淀。 21-2 鎵（鎵（Ga） 1871年，元素周期系的發(fā)現(xiàn)者門捷列夫曾預(yù)言年，元素周期系的發(fā)現(xiàn)者門捷列夫曾預(yù)言“類鋁類鋁”（鎵）（鎵）元素的存在。元素的存在。 1875年，法國(guó)化學(xué)家布瓦博德朗（年，法國(guó)化學(xué)家布瓦博德朗（Boisbaudran L.de.，18391912）在用光譜法分析從比利牛斯的閃鋅礦得到的提?。┰谟霉庾V法分析從比利牛斯的閃鋅礦得到的提取物時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩條從未見過的新譜線，其波長(zhǎng)在物時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩條從未見過的新譜線，其波長(zhǎng)在417

17、nm的地方。的地方。進(jìn)一步后確定為一新元素。他用電解的方法得到了金屬鎵。進(jìn)一步后確定為一新元素。他用電解的方法得到了金屬鎵。 布瓦博得朗為了紀(jì)念自己的祖國(guó)法蘭西，把新發(fā)現(xiàn)的元素命布瓦博得朗為了紀(jì)念自己的祖國(guó)法蘭西，把新發(fā)現(xiàn)的元素命名為名為“Gallium”(鎵鎵)，就是法國(guó)的古名，就是法國(guó)的古名“家里亞家里亞”，它源自于，它源自于法國(guó)的拉丁名稱：法國(guó)的拉丁名稱：Gallia。中文根據(jù)音譯成。中文根據(jù)音譯成“鎵鎵”，元素符號(hào)，元素符號(hào)為為Ga。 鎵在地殼中的含量為鎵在地殼中的含量為510-4% ，以很低的含量分布于鋁，以很低的含量分布于鋁礬土礦和某些硫化物礦中，含量最富的鍺石中也只含礬土礦和某些

18、硫化物礦中，含量最富的鍺石中也只含0.1% 鎵。鎵。鎵還容易和鍺共存于煤中，所以燃燒后剩下的煤道灰中就含有鎵還容易和鍺共存于煤中，所以燃燒后剩下的煤道灰中就含有微量的鎵和鍺。微量的鎵和鍺。 固體鎵為藍(lán)灰色晶體，液體鎵是有銀白色光澤的軟金屬，密度固體鎵為藍(lán)灰色晶體，液體鎵是有銀白色光澤的軟金屬，密度為為5.91gcm-3 ，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為302.78K(即即29.78),放在人手掌中就能使之放在人手掌中就能使之熔化，而其沸點(diǎn)為熔化，而其沸點(diǎn)為2676K，其溶沸點(diǎn)相差之大是所有金屬中獨(dú)一，其溶沸點(diǎn)相差之大是所有金屬中獨(dú)一無二的。無二的?？捎脕碇谱鳒y(cè)量高溫的溫度計(jì)可用來制作測(cè)量高溫的溫度計(jì)。鎵凝固時(shí)

19、體積膨脹，這。鎵凝固時(shí)體積膨脹，這一點(diǎn)與其他金屬不同。鎵的硬度（莫氏硬度一點(diǎn)與其他金屬不同。鎵的硬度（莫氏硬度=1.52.5）和鉛（莫）和鉛（莫氏硬度氏硬度=1.5）相近。鎵的蒸氣壓較低，在）相近。鎵的蒸氣壓較低，在1273K時(shí)只有（時(shí)只有（1托托=133.322帕斯卡），適于在真空裝置中用做液封。鎵與鋁、鋅、帕斯卡），適于在真空裝置中用做液封。鎵與鋁、鋅、錫、銦形成低熔點(diǎn)合金，與釩、鈮、鋯形成的合金具有超導(dǎo)性。錫、銦形成低熔點(diǎn)合金，與釩、鈮、鋯形成的合金具有超導(dǎo)性。鎵的化學(xué)活潑性比鋁低，和鋁類似，鎵也是兩性金屬元素，主鎵的化學(xué)活潑性比鋁低，和鋁類似，鎵也是兩性金屬元素，主要生成要生成+1和和

20、+3氧化態(tài)。氧化態(tài)。鎵的制備鎵的制備：因?yàn)殒壋Ｅc鋁、鋅、鍺等金屬混在一起，所以是在因?yàn)殒壋Ｅc鋁、鋅、鍺等金屬混在一起，所以是在提取出鋁、鋅、鍺之后的廢料中提取鎵。提取出鋁、鋅、鍺之后的廢料中提取鎵。 鎵的應(yīng)用鎵的應(yīng)用 鎵的溶沸點(diǎn)相差懸殊，可用做高溫溫度計(jì)的材料。平常的水鎵的溶沸點(diǎn)相差懸殊，可用做高溫溫度計(jì)的材料。平常的水銀溫度計(jì)對(duì)測(cè)量煉鋼爐、原子能反應(yīng)堆的高溫?zé)o能為力，因?yàn)樗y溫度計(jì)對(duì)測(cè)量煉鋼爐、原子能反應(yīng)堆的高溫?zé)o能為力，因?yàn)樗y在銀在629.9K時(shí)便化作蒸氣了。時(shí)便化作蒸氣了。 液態(tài)鎵還常代替水銀，用于各種高溫真空泵或者紫外線燈液態(tài)鎵還常代替水銀，用于各種高溫真空泵或者紫外線燈泡。泡。 人

21、們利用鎵熔點(diǎn)低的特性，把鎵與鋅、錫、銦制成低熔點(diǎn)的合人們利用鎵熔點(diǎn)低的特性，把鎵與鋅、錫、銦制成低熔點(diǎn)的合金，用到自動(dòng)救火水龍頭的開關(guān)上。一旦發(fā)生火災(zāi)，溫度升高，金，用到自動(dòng)救火水龍頭的開關(guān)上。一旦發(fā)生火災(zāi)，溫度升高，易熔合金做的開關(guān)保險(xiǎn)熔化，水便從龍頭自動(dòng)噴出滅火。易熔合金做的開關(guān)保險(xiǎn)熔化，水便從龍頭自動(dòng)噴出滅火。 鎵與砷、銻、磷等生成的砷化鎵、銻化鎵、磷化鎵等都是優(yōu)良鎵與砷、銻、磷等生成的砷化鎵、銻化鎵、磷化鎵等都是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料。磷化鎵還是一種半導(dǎo)體發(fā)光材料，能夠發(fā)射出紅光的半導(dǎo)體材料。磷化鎵還是一種半導(dǎo)體發(fā)光材料，能夠發(fā)射出紅光或綠光?；蚓G光。 低溫時(shí)鎵有良好的超導(dǎo)性，在接近絕對(duì)零度

22、即低溫時(shí)鎵有良好的超導(dǎo)性，在接近絕對(duì)零度即0K時(shí)，電阻幾乎時(shí)，電阻幾乎為零。釩三鎵（一個(gè)鎵原子和三個(gè)釩原子形成的合金）是超導(dǎo)材料。為零。釩三鎵（一個(gè)鎵原子和三個(gè)釩原子形成的合金）是超導(dǎo)材料。 應(yīng)當(dāng)注意的是，鎵及其化合物都有毒。其毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過汞和砷！鎵應(yīng)當(dāng)注意的是，鎵及其化合物都有毒。其毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過汞和砷！鎵可以傷腎，破壞骨髓，沉積在軟組織中，造成神經(jīng)、肌肉中毒。它可以傷腎，破壞骨髓，沉積在軟組織中，造成神經(jīng)、肌肉中毒。它可以與引起腫瘤、抑制正常生長(zhǎng)有關(guān)?？梢耘c引起腫瘤、抑制正常生長(zhǎng)有關(guān)。 鎵、銦和鉈這三種元素是在研究光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)的。由于鎵較鎵、銦和鉈這三種元素是在研究光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)的。由于鎵較昂貴，

23、毒性又很大，故其應(yīng)用受到了限制。約有昂貴，毒性又很大，故其應(yīng)用受到了限制。約有80%的鎵和銦的鎵和銦用于電子工業(yè)。用于電子工業(yè)。 它們是它們是P型半導(dǎo)體的摻雜劑型半導(dǎo)體的摻雜劑,也可以制也可以制IIIV族元素的族元素的半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體化合物,如砷化鎵如砷化鎵GaAs，它是繼砷、硅之后的，它是繼砷、硅之后的第三種重要第三種重要的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料,可作為光電管使用。可作為光電管使用。 鎵和銦易與許多金屬形成合金，常用于制易熔合金，含銦鎵和銦易與許多金屬形成合金，常用于制易熔合金，含銦25%的鎵合金在的鎵合金在289K時(shí)熔化，用于自動(dòng)噴水滅火裝置中。時(shí)熔化，用于自動(dòng)噴水滅火裝置中。 含銦量較

24、高的焊接劑含銦量較高的焊接劑,具有特殊性具有特殊性,用它可把金屬焊接到金屬用它可把金屬焊接到金屬薄膜上，還可把金屬焊接到非金屬部件上。薄膜上，還可把金屬焊接到非金屬部件上。 InPb、InSn合金抗堿腐蝕，用于化工器械的焊接。合金抗堿腐蝕，用于化工器械的焊接。 鉈主要用于制造各種合金。如鉈主要用于制造各種合金。如:Tl-Ag合金具有韌性大合金具有韌性大,摩擦摩擦系數(shù)低及抗腐蝕好等特點(diǎn)系數(shù)低及抗腐蝕好等特點(diǎn),被用于制造軸承。被用于制造軸承。 TlHg合金合金(含含8.7%鉈鉈)的凝固點(diǎn)比汞的凝固點(diǎn)低的凝固點(diǎn)比汞的凝固點(diǎn)低20K，故，故可用在溫度計(jì)上以替代汞?？捎迷跍囟扔?jì)上以替代汞。 在燈泡用鎢絲

25、中加人很少量的鉈，可延長(zhǎng)燈絲的壽命。在燈泡用鎢絲中加人很少量的鉈，可延長(zhǎng)燈絲的壽命。 Tl+離子的大小和性質(zhì)與堿金屬離子和離子的大小和性質(zhì)與堿金屬離子和Ag+離子相似。離子相似。如如TlOH的水溶液呈的水溶液呈強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性，能吸收，能吸收CO2；TlX和和AgX(X為鹵素為鹵素)都難溶于水；都難溶于水；TlCl和和AgCl都有都有光敏性光敏性等。等。TlBr和和TlI用作紅外用作紅外光纖材料，光纖材料，Tl2S用于制光電管。用于制光電管。 Tl及其化合物都有毒，可制殺鼠藥和滅蟲藥，但它們對(duì)及其化合物都有毒，可制殺鼠藥和滅蟲藥，但它們對(duì)人體也有毒害，誤食少量鈉鹽可使毛發(fā)脫落，工業(yè)廢水中不人體也有

26、毒害，誤食少量鈉鹽可使毛發(fā)脫落，工業(yè)廢水中不容許含鉈。容許含鉈。21-2 鍺錫鉛族元素鍺錫鉛族元素 一、發(fā)展簡(jiǎn)史一、發(fā)展簡(jiǎn)史鍺：鍺： 1871年，元素周期律的發(fā)現(xiàn)者門捷列夫曾預(yù)言“類硅”（鍺）元素的存在。 1886年，德國(guó)化學(xué)家文克勒（Winkler C A，18381904）用光譜的方法分析硫銀鍺礦時(shí)，八個(gè)全分析結(jié)果均差7%左右，因此他斷定礦石中一定含有一種未知的新元素。他用氫氣還原硫化鍺制得金屬鍺。 其中含鍺量最高的礦是低溫閃鋅礦，含量在0.01%0.1%之間，含鍺量較高的礦物有硫銀鍺礦4AgSGeS2，鍺石礦CuSFeSGeS2， 含量在0.1%0.001%之間。鍺在各類煤中的含量約在0

27、.001%0.01%之間，相當(dāng)于1t煤里含有10g鍺，而在煙道灰里，含鍺量往往比在煤里要高出1001000倍，所以說，鍺煙道灰里的寶貝。 文克勒為了紀(jì)念他的祖國(guó)德意志，把新元素命名為Germanium，德國(guó)的拉丁名稱即Germania中文音譯為鍺，元素符號(hào)Ge。鍺在地殼中的含量為710-7， 比金、銀、鉑還多得多。不過鍺至今還沒有工業(yè)規(guī)模的開采，因?yàn)殒N是最分散的元素之一，大量的鍺以分散狀態(tài)存在于各種金屬的硅酸鹽礦和硫化物礦中，以及各種類型的煤中。 錫：錫：是古代人就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和使用的金屬元素之一。人類最早發(fā)現(xiàn)和使用錫的歷史，可以追溯到4000多年以前。古代人不僅使用錫制作一些錫器，而且發(fā)現(xiàn)錫有許

28、多獨(dú)特的性質(zhì)，例如銅和錫形成合金叫青銅，青銅合金硬度高，鑄造性好。據(jù)考證，我國(guó)商代就已能冶煉錫，并能將錫和鉛分辨開。錫的元素符號(hào)錫的元素符號(hào)Sn源自拉丁文Stannum,“堅(jiān)硬”的意思，大概是認(rèn)為由于添加到銅中而形成為堅(jiān)硬的青銅。錫的英文名為Tin錫錫是一種稀少而又貴重的金屬，在地殼中的含量為410-3 %，我國(guó)錫的儲(chǔ)藏量占世界第一位，云南個(gè)舊是聞名于世的“錫都”。錫主要以錫石礦SnO2的形式存在于自然界中，此外還有少量錫的硫化物礦，如黝錫礦CuS2FeSSnS2和銀錫礦4Ag2 SSnS2等。 鉛：鉛：是一個(gè)古老的金屬，它是人類最早認(rèn)識(shí)的幾個(gè)金屬元素之一。早在公元前3000年左右，人類就發(fā)現(xiàn)

29、了鉛。在古埃及它被用來給陶瓷上釉和制作飾品；古羅馬人用鉛作水管和儲(chǔ)酒容器；在我國(guó)，商代就已經(jīng)使用鉛的化合物。 鉛的名稱鉛的名稱沿用古英文字“l(fā)ead”，其元素符號(hào)Pb來源于拉丁語(yǔ)“鉛”plumbum。 鉛鉛約占地殼質(zhì)量的1.610-5，排在元素含量的第35位。鉛容易富集形成硫化鉛礦PbS，即方鉛礦，其它還有白鉛礦PbCO3和硫酸鉛礦PbSO4。此外，鉛還存在于各種鈾礦和釷礦中，許多天然放射性元素如鈾、釷、鐳、錒、鈁、砹、釙等最終都要蛻變成穩(wěn)定的鉛。天然鉛有四種穩(wěn)定同位素：鉛204、206、207和208，還有20多種放射性同位素二二 、單質(zhì)的物理性質(zhì)、單質(zhì)的物理性質(zhì) 鍺鍺 鍺為銀灰色的脆性金屬

30、，具有金剛石晶格。熔點(diǎn)為1210K，沸點(diǎn)為3103K，密度為5.35gcm-3 （293K），莫氏硬度66.5。室溫下鍺的可塑性很小，加工性能似石英和玻璃，有明顯的非金屬性質(zhì)。當(dāng)液態(tài)鍺凝固時(shí)，體積膨脹5%，超純單晶鍺是重要的半導(dǎo)體材料。 灰 錫脆 錫白 錫液 態(tài) 錫型金剛石型正方晶系 型正方晶系型正交晶系13.2C161C231.9C 錫錫 金屬錫柔軟，易彎曲，熔點(diǎn)金屬錫柔軟，易彎曲，熔點(diǎn)505K，沸點(diǎn)，沸點(diǎn)2533K。 錫有三種同素異形體，即白錫、灰錫和脆錫。錫有三種同素異形體，即白錫、灰錫和脆錫。 由于錫的這種“傳染病”存在，使許多有藝術(shù)價(jià)值和歷史價(jià)值的古錫器沒有保存下來。本世紀(jì)初，一支南

31、極探險(xiǎn)隊(duì)曾使用錫焊的鐵桶盛放汽油，由于氣候寒冷，錫疫發(fā)作，錫焊開裂，汽油全部流光了，不得不中斷考察。一些長(zhǎng)期放在低溫環(huán)境中的錫錠也會(huì)變成粉末狀的灰錫，造成經(jīng)濟(jì)上的重大損失。錫的這種不討人喜歡的特性，限制了錫制品在寒冷條件下的應(yīng)用。但是，把錫做成合金就可以避免錫疫，使錫大有用武之地。 白錫白錫在286K下時(shí)會(huì)“生病”；體積膨脹，慢慢地變成灰色粉末，即灰錫灰錫。溫度愈低，變化的越迅速。因此錫制品若在寒冬中長(zhǎng)期處于低溫會(huì)自行毀壞，毀壞是先從某一點(diǎn)開始，然后迅速蔓延，人們把這種現(xiàn)象叫做“錫疫”。白錫是銀白色帶有藍(lán)光的柔軟金屬，有延展性。加熱到434K時(shí)轉(zhuǎn)變成脆錫。脆錫很脆，敲打它時(shí)就變成粉末。當(dāng)彎曲一

32、根錫棒時(shí)，可以清楚地聽到響聲，人們把這種現(xiàn)象稱作“錫叫”，這是由于錫晶體內(nèi)部原子之間發(fā)生滑動(dòng)引起的。 鉛：鉛：鉛是帶藍(lán)色的銀白色重金屬，熔點(diǎn)601K，沸點(diǎn)2013K，密度很大，為11.35gcm-3。鉛的層性相當(dāng)好，可以軋成極薄的鉛箔。但鉛的延展性并不好，用拉伸法制鉛絲，只能伸到直徑大于1.6mm，再細(xì)的鉛絲只能用擠壓法生產(chǎn)了。鉛還有一個(gè)獨(dú)特的長(zhǎng)處，就是具有極高的鍛接性能，新切開的鉛表面在室溫下用不太高的壓力，就能迅速地鍛接在一起。所以用它來做絕緣電纜的包皮，操作簡(jiǎn)單方便，效果還好。 通性：通性：鍺、錫、鉛中等活潑金屬，鍺、錫常溫下不與鍺、錫、鉛中等活潑金屬，鍺、錫常溫下不與空氣中的氧作用，也

33、不與水作用空氣中的氧作用，也不與水作用鉛在空氣中迅速被氧化，形成氧化膜保護(hù)層鉛在空氣中迅速被氧化，形成氧化膜保護(hù)層2Pb + O2 + 2H2O = 2Pb(OH)2三、三、鍺、錫、鉛的鍺、錫、鉛的應(yīng)用應(yīng)用錫的重要應(yīng)用錫的重要應(yīng)用是制合金。其合金數(shù)目之多簡(jiǎn)直無法形容。錫的另一大宗應(yīng)用錫的另一大宗應(yīng)用是做馬口鐵，就是在鐵皮上鍍一層錫保護(hù)層，馬口鐵大量用于罐頭工業(yè)。成千上萬(wàn)噸的魚、肉、果品用罐頭盒盛裝，保存和運(yùn)輸。錫也是人體必需的微量元素之一錫也是人體必需的微量元素之一，但是錫的生理作用至今還沒有完全弄清楚。然而錫的毒性作用卻被越來越多的事實(shí)證明。從事錫合金冶煉鑄造等有關(guān)人員有可能出現(xiàn)錫沉淀著癥或

34、者呼吸困難現(xiàn)象。錫中毒的原因可能是過量的錫會(huì)引起糖代謝、胃酸分泌、肝膽系統(tǒng)和腎臟的鈣代謝異常?；谶@些原因，國(guó)際食品規(guī)格委員會(huì)明確規(guī)定，龍須菜、西紅柿及桔子的含錫量不得超過250pm，蘋果不得超過150pm。錫中毒應(yīng)該引起人們充分的注意。錫的冶煉：錫的冶煉：錫石（SnO2）Sn（粗錫）Sn（純錫） 鉛鉛主要用于制造蓄電池中的多孔極板和合金。鉛、錫和銻合金可鑄鉛字，利用銻有熱縮冷脹的特點(diǎn)，鑄出的鉛字特別清晰。鉛、錫合金可做焊錫，在電子、電器等行業(yè)大顯身手。鉛還是放射性的防護(hù)材料，X-射線，-射線等都不能穿透它，所以在使用X-射線，-射線以及原子能工業(yè)都離不開鉛。 鉛鉛在為人類服務(wù)的同時(shí)，也給人類

35、帶來許多麻煩，它污染人類的生活環(huán)境，危害人們的健康。 鉛是一種積累性毒物鉛是一種積累性毒物，它很容易被胃腸吸收，其中一部分破壞血液使紅血球分解，一部分通過血液擴(kuò)散到全身器官和組織，并進(jìn)入骨骼。沉積在內(nèi)臟器官及骨髓中的鉛化合物從體內(nèi)排出的速度極慢，逐漸形成慢性中毒。慢性中毒最初只是疲倦，食欲不振，體重減輕。嚴(yán)重時(shí)嘔吐、腹瀉，并出現(xiàn)末梢神經(jīng)障礙，造成橈骨神經(jīng)麻痹及手指震顫癥。再嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鉛毒性腦病，有機(jī)鉛急性中毒會(huì)神經(jīng)錯(cuò)亂，因急性腦病而死亡。 自從1922年美國(guó)發(fā)明了四乙基鉛作為汽車用汽油的防震劑以來，使鉛成為大氣污染的罪魁禍?zhǔn)?，其危害的廣泛程度比任何其它有毒金屬元素都大。 人們每消耗一加侖汽油就

36、會(huì)有0.53g的鉛進(jìn)入水體，因此，空氣、水源、食物都有鉛的污染。在城市中，污染空氣的鉛與汽油的消耗量成正比。人每時(shí)每刻都要進(jìn)行呼吸，吸入的空氣中所含的鉛會(huì)有一半殘留在人體之內(nèi)，對(duì)人體健康是一個(gè)潛在的巨大威脅。 現(xiàn)在，人們正在用無鉛汽油代替含鉛汽油，并且研究開發(fā)新的能源來減少以至消除鉛對(duì)環(huán)境的污染。鉛的冶煉：鉛的冶煉：方鉛礦(PbS)PbOPb鍺的應(yīng)用：鍺的應(yīng)用：盡管鍺的性質(zhì)與金屬相似，不過其導(dǎo)電性較盡管鍺的性質(zhì)與金屬相似，不過其導(dǎo)電性較差，被稱為半導(dǎo)體。在鍺中加入少量雜質(zhì)元素，如砷、差，被稱為半導(dǎo)體。在鍺中加入少量雜質(zhì)元素，如砷、鎵或銻，會(huì)使其導(dǎo)電性大增，這個(gè)過程稱為鎵或銻，會(huì)使其導(dǎo)電性大增，

37、這個(gè)過程稱為“摻雜摻雜”。摻雜后的鍺用于制造晶體管，而晶體管是固體電子工業(yè)摻雜后的鍺用于制造晶體管，而晶體管是固體電子工業(yè)的核心。由于摻雜，在一摻雜的鍺芯片上會(huì)形成數(shù)萬(wàn)個(gè)的核心。由于摻雜，在一摻雜的鍺芯片上會(huì)形成數(shù)萬(wàn)個(gè)晶體管，其效果與一個(gè)小型計(jì)算機(jī)相仿。像鍺這類材料晶體管，其效果與一個(gè)小型計(jì)算機(jī)相仿。像鍺這類材料使電子器件微型化的革命性進(jìn)展成為可能。使電子器件微型化的革命性進(jìn)展成為可能。鍺的提?。烘N的提?。毫蚧锏V（GeS2）GeO2GeCl4GeO2（純）Ge四、化學(xué)性質(zhì)1 1、與、與X X2 2反應(yīng)反應(yīng)2 2、與、與S S反應(yīng)反應(yīng)3 3、SnSn、PbPb與強(qiáng)堿反應(yīng)與強(qiáng)堿反應(yīng)Ge GeCl

38、4Sn + Cl2 SnCl4Pb PbCl2Ge GeSSn + S SnSPb PbSSn + NaOH + 2H2O NaSn(OH)3 + H2Pb + NaOH + 2H2O NaPb(OH)3 + H2Ge+ 2 NaOH + H2O2 Na2GeO3 + H2H2O AGe2+ / Ge + 0.23Sn2+ / Sn - 0.137Pb2+ / Pb - 0.126GeSnPbHCl不反應(yīng)SnCl2+H2Pb+2HCl(稀)=PbCl2+HPb +3HCl(濃)=HPbCl3+H2 H2SO4Ge+H2SO4(濃)Ge(SO4)2似左Pb H2SO4(濃) Pb(HSO4) 2

39、+ SO2+2H2OSn + H2SO4(稀)= SnSO4 + H2Pb + H2SO4(稀) = PbSO4+ H2 反應(yīng)終止HNO3Ge+HNO3(濃)GeO2XH2OHNO3(濃)：似左 SnO2xH2O-錫酸，不溶于酸堿Sn + HNO3(很稀) Sn(NO3)2 +NH4NO3Pb + HNO3(稀) Pb(NO3)2 + NO不與濃硝酸反應(yīng)HAc + O2 2Pb + O2 = 2PbOPbO + 2HAc = Pb(Ac)2 +H2O 4與酸反應(yīng)五、鍺、錫、鉛的氧化物和氫氧化物五、鍺、錫、鉛的氧化物和氫氧化物 鍺、錫、鉛的氧化物難溶于水，它們的氫氧化物是用可溶性鹽加堿制得的。這些氫氧化物實(shí)際上是一些組成不定的氧化物的化合物xMO2yH2O和xMOyH2O。它們都是兩性氫氧化物。 鍺、錫、鉛都能生成氧化數(shù)為+2的MO和氧化數(shù)為+4的MO2型兩類氧化物。MO2是共價(jià)型、兩性偏酸性的化合物，MO是兩性偏堿性的化合物，MO的離子性略強(qiáng)，但還不是典型的離子型化合物。所有這些氧化物都是不溶于水的固體。 同一元素高氧化值