P-block Elements-1 JEE Notes | EduRev

JEE : P-block Elements-1 JEE Notes | EduRev

 Page 1


BORON  FAMILY
1 . EXTRACTION  OF  BORON
Amorphous  boron  of  low  purity  (called  moissan  boron)  is  obtained  by  reducing  B
2
O
3
  with  Mg  or  Na  at  a  high
temperature.  It  is  95–98%  pure  (being  contaminated  with  metal  borides),  and  is  black  in  colour.
Na
2
[B
4
O
5
(OH)
4
].8H
2
O 
acid
? ? ? ? H
3
BO
3 
heat
? ? ? ? B
2
O
3
 
Mg or Na
? ? ? ? ?
2B  +  3  MgO
It  is  difficult  to  obtain  pure  crystalline  boron,  as  it  has  a  very  high  melting  point  (2180ºC)  and  the  liquid  is
corrosive.  Small  amounts  of  crystalline  boron  may  be  obtained  :
(a) By  reducing  BCl
3
  with  H
2
.  This  is  done  on  the  kilogram  scale.
(b) Pyrolysis  of  Bl
3
  (Van  Arkel  method).
(c) Thermal  decomposition  of  diborane  or  other  boron  hydrides.
2BCl
3
  +  3H
2
 
red hot W or Ta filament
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  6HCl
2BI
3
   
red hot W or Ta filament
Van Arkel
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  3I
2
B
2
H
6
 
heat
? ? ? ?   2B  +  3H
2
Property  of  Boron
(a) Burning  in  air
4B  +  3O
2
  ? ? ? 2B
2
O
3
(b) Reaction  with  water
B  +  H
2
O 
? ? ? ?
Cold & hot
No  reaction
2B +  3H
2
O 
? ? ? ?
Red hot
 B
2
O
3
  +  H
2
(c) B +  HCl  ? ??? ? No  reaction
B  +  H
2
SO
4 
? ? ? ?
dil.
  No  reaction
2B  +  3H
2
SO
4
 
? ? ? ?
conc.
  2H
3
BO
3
  +  3SO
2
B  +  3HNO
3 
? ?? ?  H
3
BO
3
  +  3NO
2
(d) 2B  +  2NaOH  +  2H
2
O  ? ? ? ?  2NaBO
2
  +  3H
2
(e) 2B +  N
2 
? ? ? ?  2NB
4B + C  ??? ? B
4
C
(f) 3Mg  +  2B  ? ?? ?? Mg
3
B
2
2 . B O RA NES
Boranes  are  boron  hydrogen  compounds  with  general  molecular  formula  B
n
H
n+4
  or  B
n
  H
n+6
.They  are  electron
deficient  compounds.  The  lighter  boranes  (upto  B
5
)  spontaneously  react  with  air  whereas  remaining  compound
are  air  stable.  The  physical  properties  of  boranes  are  given  as  under  :
P-BLOCK ELEMENTS
JEEMAIN.GURU
Page 2


BORON  FAMILY
1 . EXTRACTION  OF  BORON
Amorphous  boron  of  low  purity  (called  moissan  boron)  is  obtained  by  reducing  B
2
O
3
  with  Mg  or  Na  at  a  high
temperature.  It  is  95–98%  pure  (being  contaminated  with  metal  borides),  and  is  black  in  colour.
Na
2
[B
4
O
5
(OH)
4
].8H
2
O 
acid
? ? ? ? H
3
BO
3 
heat
? ? ? ? B
2
O
3
 
Mg or Na
? ? ? ? ?
2B  +  3  MgO
It  is  difficult  to  obtain  pure  crystalline  boron,  as  it  has  a  very  high  melting  point  (2180ºC)  and  the  liquid  is
corrosive.  Small  amounts  of  crystalline  boron  may  be  obtained  :
(a) By  reducing  BCl
3
  with  H
2
.  This  is  done  on  the  kilogram  scale.
(b) Pyrolysis  of  Bl
3
  (Van  Arkel  method).
(c) Thermal  decomposition  of  diborane  or  other  boron  hydrides.
2BCl
3
  +  3H
2
 
red hot W or Ta filament
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  6HCl
2BI
3
   
red hot W or Ta filament
Van Arkel
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  3I
2
B
2
H
6
 
heat
? ? ? ?   2B  +  3H
2
Property  of  Boron
(a) Burning  in  air
4B  +  3O
2
  ? ? ? 2B
2
O
3
(b) Reaction  with  water
B  +  H
2
O 
? ? ? ?
Cold & hot
No  reaction
2B +  3H
2
O 
? ? ? ?
Red hot
 B
2
O
3
  +  H
2
(c) B +  HCl  ? ??? ? No  reaction
B  +  H
2
SO
4 
? ? ? ?
dil.
  No  reaction
2B  +  3H
2
SO
4
 
? ? ? ?
conc.
  2H
3
BO
3
  +  3SO
2
B  +  3HNO
3 
? ?? ?  H
3
BO
3
  +  3NO
2
(d) 2B  +  2NaOH  +  2H
2
O  ? ? ? ?  2NaBO
2
  +  3H
2
(e) 2B +  N
2 
? ? ? ?  2NB
4B + C  ??? ? B
4
C
(f) 3Mg  +  2B  ? ?? ?? Mg
3
B
2
2 . B O RA NES
Boranes  are  boron  hydrogen  compounds  with  general  molecular  formula  B
n
H
n+4
  or  B
n
  H
n+6
.They  are  electron
deficient  compounds.  The  lighter  boranes  (upto  B
5
)  spontaneously  react  with  air  whereas  remaining  compound
are  air  stable.  The  physical  properties  of  boranes  are  given  as  under  :
P-BLOCK ELEMENTS
JEEMAIN.GURU
Fo rm ul a N am e Melting  point Boiling  point
                                          ( ºC)                           ( ºC)
B
2
H
6
Diborane –  165.6 –  92.5
B
4
H
10
Tetraborane –  120     18
B
5
H
9
Pentaborane  -9 –  46.6     48
B
5
H
11
Pentaborane  -11 –  123     63
B
6
H
10
Hexaborane  -10 –  62.5   110
B
6
H
12
Hexaborane  -12 –  82.3   80-90
B
8
H
12
Octaborane  -12 –  20    —
B
8
H
14
Octaborane  -14 –  20    —
B
9
H
15
Enneborane   2.6    —
B
10
H
14
Decaborane   99.7   213
B
20
H
16
Isosaborane-16 196.2    —
Preparation  of  Diborane
(a) Mg
3
B
2
  +  HCl  ? ?? ? B
2
H
6
  + B
4
H
10 
+ B
5
H
9 
etc.
             (10%)
(b) B
4
H
10 100 C
?
? ? ? ? ?
º
B
2
H
6
  +  H
2 
+  higher  borane
(c) 2 BCI
3
  (or B  Br
3
)  + 6 H
2
 
Electric
disch arg e at low pressure
?? ? ? ? ? ? ? ? B
2
H
6
  +  6HCl
(d) 3Li  AlH
4
  /LiBH
4   
+  4BF
3
  ?? ??  3LiF/3BF
3
  + 3  AlF
3
  +  2  B
2
H
6
Chemical  properties
(a) B
2
 H
6 
+  O
2
 
burns in
air spontaneously
?? ? ? ? ? ? B
2
O
3
  +  H
2
O
(b) B
2
H
6
 +  H
2
O 
Cold is enough
 H
3
BO
3
  +  6H
2
(c) B
2
H
6
  +  2KOH  ? ?? ?  2KOBH
2
  +  2H
2
(d) B
2
H
6
  +  HCl 
3
anh.
AlCl
?? ? ? B
2
H
5
Cl  +  H
2
            dry
Structure  of  diborane
The  structure  of  diborane  B
2
H
6
JEEMAIN.GURU
Page 3


BORON  FAMILY
1 . EXTRACTION  OF  BORON
Amorphous  boron  of  low  purity  (called  moissan  boron)  is  obtained  by  reducing  B
2
O
3
  with  Mg  or  Na  at  a  high
temperature.  It  is  95–98%  pure  (being  contaminated  with  metal  borides),  and  is  black  in  colour.
Na
2
[B
4
O
5
(OH)
4
].8H
2
O 
acid
? ? ? ? H
3
BO
3 
heat
? ? ? ? B
2
O
3
 
Mg or Na
? ? ? ? ?
2B  +  3  MgO
It  is  difficult  to  obtain  pure  crystalline  boron,  as  it  has  a  very  high  melting  point  (2180ºC)  and  the  liquid  is
corrosive.  Small  amounts  of  crystalline  boron  may  be  obtained  :
(a) By  reducing  BCl
3
  with  H
2
.  This  is  done  on  the  kilogram  scale.
(b) Pyrolysis  of  Bl
3
  (Van  Arkel  method).
(c) Thermal  decomposition  of  diborane  or  other  boron  hydrides.
2BCl
3
  +  3H
2
 
red hot W or Ta filament
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  6HCl
2BI
3
   
red hot W or Ta filament
Van Arkel
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  3I
2
B
2
H
6
 
heat
? ? ? ?   2B  +  3H
2
Property  of  Boron
(a) Burning  in  air
4B  +  3O
2
  ? ? ? 2B
2
O
3
(b) Reaction  with  water
B  +  H
2
O 
? ? ? ?
Cold & hot
No  reaction
2B +  3H
2
O 
? ? ? ?
Red hot
 B
2
O
3
  +  H
2
(c) B +  HCl  ? ??? ? No  reaction
B  +  H
2
SO
4 
? ? ? ?
dil.
  No  reaction
2B  +  3H
2
SO
4
 
? ? ? ?
conc.
  2H
3
BO
3
  +  3SO
2
B  +  3HNO
3 
? ?? ?  H
3
BO
3
  +  3NO
2
(d) 2B  +  2NaOH  +  2H
2
O  ? ? ? ?  2NaBO
2
  +  3H
2
(e) 2B +  N
2 
? ? ? ?  2NB
4B + C  ??? ? B
4
C
(f) 3Mg  +  2B  ? ?? ?? Mg
3
B
2
2 . B O RA NES
Boranes  are  boron  hydrogen  compounds  with  general  molecular  formula  B
n
H
n+4
  or  B
n
  H
n+6
.They  are  electron
deficient  compounds.  The  lighter  boranes  (upto  B
5
)  spontaneously  react  with  air  whereas  remaining  compound
are  air  stable.  The  physical  properties  of  boranes  are  given  as  under  :
P-BLOCK ELEMENTS
JEEMAIN.GURU
Fo rm ul a N am e Melting  point Boiling  point
                                          ( ºC)                           ( ºC)
B
2
H
6
Diborane –  165.6 –  92.5
B
4
H
10
Tetraborane –  120     18
B
5
H
9
Pentaborane  -9 –  46.6     48
B
5
H
11
Pentaborane  -11 –  123     63
B
6
H
10
Hexaborane  -10 –  62.5   110
B
6
H
12
Hexaborane  -12 –  82.3   80-90
B
8
H
12
Octaborane  -12 –  20    —
B
8
H
14
Octaborane  -14 –  20    —
B
9
H
15
Enneborane   2.6    —
B
10
H
14
Decaborane   99.7   213
B
20
H
16
Isosaborane-16 196.2    —
Preparation  of  Diborane
(a) Mg
3
B
2
  +  HCl  ? ?? ? B
2
H
6
  + B
4
H
10 
+ B
5
H
9 
etc.
             (10%)
(b) B
4
H
10 100 C
?
? ? ? ? ?
º
B
2
H
6
  +  H
2 
+  higher  borane
(c) 2 BCI
3
  (or B  Br
3
)  + 6 H
2
 
Electric
disch arg e at low pressure
?? ? ? ? ? ? ? ? B
2
H
6
  +  6HCl
(d) 3Li  AlH
4
  /LiBH
4   
+  4BF
3
  ?? ??  3LiF/3BF
3
  + 3  AlF
3
  +  2  B
2
H
6
Chemical  properties
(a) B
2
 H
6 
+  O
2
 
burns in
air spontaneously
?? ? ? ? ? ? B
2
O
3
  +  H
2
O
(b) B
2
H
6
 +  H
2
O 
Cold is enough
 H
3
BO
3
  +  6H
2
(c) B
2
H
6
  +  2KOH  ? ?? ?  2KOBH
2
  +  2H
2
(d) B
2
H
6
  +  HCl 
3
anh.
AlCl
?? ? ? B
2
H
5
Cl  +  H
2
            dry
Structure  of  diborane
The  structure  of  diborane  B
2
H
6
JEEMAIN.GURU
The structure  of diborane  is  shown in  fig.  The four  terminal hydrogen  atoms and  the two  boron atoms  lie in  one
plane.  Above  and  below  this  plane,  there  are  two  bridging  hydrogen  atoms.  The  four  terminal  B-H  bonds  are
regular  two  centre-two  electron  bonds  while  the  two  bridge  (B-H-B)  bonds  are  different  and  can  be  described  in
terms  of  three  centre  -  two  e
–
  bonds.
Bonding  in  diborane  :–    Each  B  atom  uses  sp
3
  hybrids  for  bonding.  Out  of  the  four  sp
3
  hybrids  on  each  B
atom,  one is  without an  electron shown  in  broken lines. The  terminal B-H  bonds  are normal 2c-2e  bonds but  the
two bridge bonds are  3c-2e bonds.  The 3c-2e  bridge bonds  are also referred to  as banana  bonds  or  tau  bonds.
3 . BORIC  ACID
Preparation
It  is  prepared  by  borax  reacting  with  sulphuric  acid.
Na
2 
B
4
O
7
  +  H
2
SO
4
  +  5H
2
O  ?? ?? ?  Na
2
SO
4
  +  4H
3 
BO
3
Physical  properties
(a) Its  crystals    are  soft,  white,  needle  like  having  a  soapy  touch.
(b) It  is  steam  volatile.
Chemical  properties
(a) Ortho boric acid does not donate proton, like most of the acids but rather it accepts OH
–
, therefore it is a lewis
acid  and  is  represented  by  B(OH)
3
.
B(OH)
3
  +  2H
2
O 
? ? ? ?
? ? ? ? H
3
O
+
  +  [B(OH)
4
]
– 
        (
a
k
P =  9.25)
(b) B(OH)
3
  partially  reacts  with  water  to  form H
3
O
+
  and  [B(OH)
4
–
]  and behaves  as a  weak  acid.  Thus  B(OH)
3
can  not  be  titrated  satisfactorily  with  NaOH  because  a  sharp
end  point  is  not  obtained.  If  polyhydroxy  compound  like
glycerol,  mannitol  or  sugar  are  added  to  titration  mixture
than  it  can  be  titrated  with  NaOH.
B(OH)
3
 +  NaOH  ?? ?? ? Na[B(OH)
4
]
(c) Effect  of  temperature  at  100°C  H
3
BO
3
  losses  water  and
convert  into  metaboric  acid.
H
3
BO
3
 
100 C
? ? ? ? ?
?
HBO
2
  +  H
2
O
metaboric  acid  form  tetraboric  acid  on  heating  at  160°  C.
4HBO
2
 
160
? ? ? ? ?
ºC
  H
2
B
4
O
7
  +  H
2
O
On  strong  heating  B
2
O
3
  is  produced
H
2
B
4
O
7
  ??? ??2B
2
O
3
 +  H
2
O
(d) Boric  acid  react  with  ethyl  alcohol  to  form  ethyl  borate  which burns  with  green  edged  flame.
H
3
BO
3
 +  3C
2
H
5
OH   ???? B(OC
2
H
5
)
3
  +  3H
2
O
Structure  of  orthoboric  acid
At  lower  concentration,  its  structure  is  a  plane  triangle.      
O H
O H OH
B
                           Plane triangle
H
O
B
B
O
O
O
H
H
H
H
H
H
H H
B
B
O
O
O
O
O
O
O
H H
H
O
Structure of boric acid, the dotted lines 
represent hydrogen bonds
JEEMAIN.GURU
Page 4


BORON  FAMILY
1 . EXTRACTION  OF  BORON
Amorphous  boron  of  low  purity  (called  moissan  boron)  is  obtained  by  reducing  B
2
O
3
  with  Mg  or  Na  at  a  high
temperature.  It  is  95–98%  pure  (being  contaminated  with  metal  borides),  and  is  black  in  colour.
Na
2
[B
4
O
5
(OH)
4
].8H
2
O 
acid
? ? ? ? H
3
BO
3 
heat
? ? ? ? B
2
O
3
 
Mg or Na
? ? ? ? ?
2B  +  3  MgO
It  is  difficult  to  obtain  pure  crystalline  boron,  as  it  has  a  very  high  melting  point  (2180ºC)  and  the  liquid  is
corrosive.  Small  amounts  of  crystalline  boron  may  be  obtained  :
(a) By  reducing  BCl
3
  with  H
2
.  This  is  done  on  the  kilogram  scale.
(b) Pyrolysis  of  Bl
3
  (Van  Arkel  method).
(c) Thermal  decomposition  of  diborane  or  other  boron  hydrides.
2BCl
3
  +  3H
2
 
red hot W or Ta filament
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  6HCl
2BI
3
   
red hot W or Ta filament
Van Arkel
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  3I
2
B
2
H
6
 
heat
? ? ? ?   2B  +  3H
2
Property  of  Boron
(a) Burning  in  air
4B  +  3O
2
  ? ? ? 2B
2
O
3
(b) Reaction  with  water
B  +  H
2
O 
? ? ? ?
Cold & hot
No  reaction
2B +  3H
2
O 
? ? ? ?
Red hot
 B
2
O
3
  +  H
2
(c) B +  HCl  ? ??? ? No  reaction
B  +  H
2
SO
4 
? ? ? ?
dil.
  No  reaction
2B  +  3H
2
SO
4
 
? ? ? ?
conc.
  2H
3
BO
3
  +  3SO
2
B  +  3HNO
3 
? ?? ?  H
3
BO
3
  +  3NO
2
(d) 2B  +  2NaOH  +  2H
2
O  ? ? ? ?  2NaBO
2
  +  3H
2
(e) 2B +  N
2 
? ? ? ?  2NB
4B + C  ??? ? B
4
C
(f) 3Mg  +  2B  ? ?? ?? Mg
3
B
2
2 . B O RA NES
Boranes  are  boron  hydrogen  compounds  with  general  molecular  formula  B
n
H
n+4
  or  B
n
  H
n+6
.They  are  electron
deficient  compounds.  The  lighter  boranes  (upto  B
5
)  spontaneously  react  with  air  whereas  remaining  compound
are  air  stable.  The  physical  properties  of  boranes  are  given  as  under  :
P-BLOCK ELEMENTS
JEEMAIN.GURU
Fo rm ul a N am e Melting  point Boiling  point
                                          ( ºC)                           ( ºC)
B
2
H
6
Diborane –  165.6 –  92.5
B
4
H
10
Tetraborane –  120     18
B
5
H
9
Pentaborane  -9 –  46.6     48
B
5
H
11
Pentaborane  -11 –  123     63
B
6
H
10
Hexaborane  -10 –  62.5   110
B
6
H
12
Hexaborane  -12 –  82.3   80-90
B
8
H
12
Octaborane  -12 –  20    —
B
8
H
14
Octaborane  -14 –  20    —
B
9
H
15
Enneborane   2.6    —
B
10
H
14
Decaborane   99.7   213
B
20
H
16
Isosaborane-16 196.2    —
Preparation  of  Diborane
(a) Mg
3
B
2
  +  HCl  ? ?? ? B
2
H
6
  + B
4
H
10 
+ B
5
H
9 
etc.
             (10%)
(b) B
4
H
10 100 C
?
? ? ? ? ?
º
B
2
H
6
  +  H
2 
+  higher  borane
(c) 2 BCI
3
  (or B  Br
3
)  + 6 H
2
 
Electric
disch arg e at low pressure
?? ? ? ? ? ? ? ? B
2
H
6
  +  6HCl
(d) 3Li  AlH
4
  /LiBH
4   
+  4BF
3
  ?? ??  3LiF/3BF
3
  + 3  AlF
3
  +  2  B
2
H
6
Chemical  properties
(a) B
2
 H
6 
+  O
2
 
burns in
air spontaneously
?? ? ? ? ? ? B
2
O
3
  +  H
2
O
(b) B
2
H
6
 +  H
2
O 
Cold is enough
 H
3
BO
3
  +  6H
2
(c) B
2
H
6
  +  2KOH  ? ?? ?  2KOBH
2
  +  2H
2
(d) B
2
H
6
  +  HCl 
3
anh.
AlCl
?? ? ? B
2
H
5
Cl  +  H
2
            dry
Structure  of  diborane
The  structure  of  diborane  B
2
H
6
JEEMAIN.GURU
The structure  of diborane  is  shown in  fig.  The four  terminal hydrogen  atoms and  the two  boron atoms  lie in  one
plane.  Above  and  below  this  plane,  there  are  two  bridging  hydrogen  atoms.  The  four  terminal  B-H  bonds  are
regular  two  centre-two  electron  bonds  while  the  two  bridge  (B-H-B)  bonds  are  different  and  can  be  described  in
terms  of  three  centre  -  two  e
–
  bonds.
Bonding  in  diborane  :–    Each  B  atom  uses  sp
3
  hybrids  for  bonding.  Out  of  the  four  sp
3
  hybrids  on  each  B
atom,  one is  without an  electron shown  in  broken lines. The  terminal B-H  bonds  are normal 2c-2e  bonds but  the
two bridge bonds are  3c-2e bonds.  The 3c-2e  bridge bonds  are also referred to  as banana  bonds  or  tau  bonds.
3 . BORIC  ACID
Preparation
It  is  prepared  by  borax  reacting  with  sulphuric  acid.
Na
2 
B
4
O
7
  +  H
2
SO
4
  +  5H
2
O  ?? ?? ?  Na
2
SO
4
  +  4H
3 
BO
3
Physical  properties
(a) Its  crystals    are  soft,  white,  needle  like  having  a  soapy  touch.
(b) It  is  steam  volatile.
Chemical  properties
(a) Ortho boric acid does not donate proton, like most of the acids but rather it accepts OH
–
, therefore it is a lewis
acid  and  is  represented  by  B(OH)
3
.
B(OH)
3
  +  2H
2
O 
? ? ? ?
? ? ? ? H
3
O
+
  +  [B(OH)
4
]
– 
        (
a
k
P =  9.25)
(b) B(OH)
3
  partially  reacts  with  water  to  form H
3
O
+
  and  [B(OH)
4
–
]  and behaves  as a  weak  acid.  Thus  B(OH)
3
can  not  be  titrated  satisfactorily  with  NaOH  because  a  sharp
end  point  is  not  obtained.  If  polyhydroxy  compound  like
glycerol,  mannitol  or  sugar  are  added  to  titration  mixture
than  it  can  be  titrated  with  NaOH.
B(OH)
3
 +  NaOH  ?? ?? ? Na[B(OH)
4
]
(c) Effect  of  temperature  at  100°C  H
3
BO
3
  losses  water  and
convert  into  metaboric  acid.
H
3
BO
3
 
100 C
? ? ? ? ?
?
HBO
2
  +  H
2
O
metaboric  acid  form  tetraboric  acid  on  heating  at  160°  C.
4HBO
2
 
160
? ? ? ? ?
ºC
  H
2
B
4
O
7
  +  H
2
O
On  strong  heating  B
2
O
3
  is  produced
H
2
B
4
O
7
  ??? ??2B
2
O
3
 +  H
2
O
(d) Boric  acid  react  with  ethyl  alcohol  to  form  ethyl  borate  which burns  with  green  edged  flame.
H
3
BO
3
 +  3C
2
H
5
OH   ???? B(OC
2
H
5
)
3
  +  3H
2
O
Structure  of  orthoboric  acid
At  lower  concentration,  its  structure  is  a  plane  triangle.      
O H
O H OH
B
                           Plane triangle
H
O
B
B
O
O
O
H
H
H
H
H
H
H H
B
B
O
O
O
O
O
O
O
H H
H
O
Structure of boric acid, the dotted lines 
represent hydrogen bonds
JEEMAIN.GURU
4 . B O R A X
Preparation
(a) In  making  glass,  enamel  and  glaze  of  pottery.
(b) As  antiseptic  in  medicinal  soaps  preparation.
           
NaBO  +
2
Na B O .10H O
7 2 2 4
as residue  in Filtrate
Filtered – CaCO
(as residue)
3
Concentrated
and allowed to 
crystallise out 
and filtered
Na B O +NaBO
7  2 4 2
In solution
Na B O .10H O
7 2 2 4
4NaBO +CO
2  2
Na B O +Na CO
7  2 3 2 4
Colemanite
CO passed and 
crystallise out again
2 
2CaO  . 3 BO + 2Na CO               2CaCO   + NaBO + 2NaBO 
2 3 2 3 3 2 4 7 2
? ?
(c) Orthoboric  acid  on  neutralization  with  Na
2
CO
3
  gives  borax.
Na
2
CO
3
  +  4H
3
BO
3
  ? ? ? ? ? Na
2
B
4
O
7
  +  6H
2
O  +  CO
2
(d) Colemanite  is  converted  into  borax  by  boiling  it  with  concentrated  solution  of  Na
2
CO
3
.
Ca
2
B
6
O
11
  +  2Na
2
CO
3
  ? ? ? ?  Na
2
B
4
O
7
  +  2CaCO
3
  +  2NaBO
2
.
Chemical  properties
The  solution  of  borax  is  alkaline  in  nature  due  to  hydrolysis.
Na
2
B
4
O
7 
+  7H
2
O  ? ?? ? ? 2NaOH  +  4H
3
BO
3
5 . BORON  TRIHALIDES
Boron combines  with halogens  and forms  the halides  of type  BX
3
, (X  =  F,  Cl, Br,  I)
Preparation
Except  BF
3
,  other  trihalides  can  be  prepared  by  the  treatment  of  halogens  on  a  mixture  of  B
2
O
3
  and  carbon  at
high  temperature.
B
2
O
3
  +  3C  +  3X
2
  ? ? ? ? ?  2BX
3
  +  3CO (X  =  Cl
2
, Br
2
  ,  I
2
)
Proper t ie s
(a) Due  to  small  size  and  high  charge  density  of  B
3+
  ion,  halides  are  covalent  in  nature.
(b) These  are  non-electrolytes,  as  in  liquid  state  they  do  not  conduct  electricity.
(c) The  boiling  point  are  very  low.  The  boiling  point  increases  as  the  atomic  number  of  halogen  increases.
(d) BF
3
 is gas, BCl
3
 (B.P. 13° C), BBr
3
  (B.P. 90°  C) are  fuming liquids while  BI
3
  (M.P. 310°  C) is a fusible  solid.
(e) The  trihalides  are  electron  deficient  compounds.  Boron  atom  acquires  six  electrons  on  account  of  three
B  –  X  bonds,  i.e.,  2  electrons,  short  to  complete  an  octet.  Thus  the  boron  atom  in  BX
3 
molecule  can
accept two more electron. i.e, an  electron pair from the donor atoms like N, P, O,  S, F, etc., in NH
3
,  PH
3
,
H
2
O,  H
2
S,  HF,  F
–
  etc.,  respectively  to  form  addition  compounds  (donor-acceptor  compounds).
H
3
N  :    +       BF
3
  ??? ?? ? ?[H
3
N  ?? BF
3
]
Donor     Acceptor
(Lewis  base)    (Lewis  acid)
JEEMAIN.GURU
Page 5


BORON  FAMILY
1 . EXTRACTION  OF  BORON
Amorphous  boron  of  low  purity  (called  moissan  boron)  is  obtained  by  reducing  B
2
O
3
  with  Mg  or  Na  at  a  high
temperature.  It  is  95–98%  pure  (being  contaminated  with  metal  borides),  and  is  black  in  colour.
Na
2
[B
4
O
5
(OH)
4
].8H
2
O 
acid
? ? ? ? H
3
BO
3 
heat
? ? ? ? B
2
O
3
 
Mg or Na
? ? ? ? ?
2B  +  3  MgO
It  is  difficult  to  obtain  pure  crystalline  boron,  as  it  has  a  very  high  melting  point  (2180ºC)  and  the  liquid  is
corrosive.  Small  amounts  of  crystalline  boron  may  be  obtained  :
(a) By  reducing  BCl
3
  with  H
2
.  This  is  done  on  the  kilogram  scale.
(b) Pyrolysis  of  Bl
3
  (Van  Arkel  method).
(c) Thermal  decomposition  of  diborane  or  other  boron  hydrides.
2BCl
3
  +  3H
2
 
red hot W or Ta filament
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  6HCl
2BI
3
   
red hot W or Ta filament
Van Arkel
? ? ? ? ? ? ? ? ? 2B  +  3I
2
B
2
H
6
 
heat
? ? ? ?   2B  +  3H
2
Property  of  Boron
(a) Burning  in  air
4B  +  3O
2
  ? ? ? 2B
2
O
3
(b) Reaction  with  water
B  +  H
2
O 
? ? ? ?
Cold & hot
No  reaction
2B +  3H
2
O 
? ? ? ?
Red hot
 B
2
O
3
  +  H
2
(c) B +  HCl  ? ??? ? No  reaction
B  +  H
2
SO
4 
? ? ? ?
dil.
  No  reaction
2B  +  3H
2
SO
4
 
? ? ? ?
conc.
  2H
3
BO
3
  +  3SO
2
B  +  3HNO
3 
? ?? ?  H
3
BO
3
  +  3NO
2
(d) 2B  +  2NaOH  +  2H
2
O  ? ? ? ?  2NaBO
2
  +  3H
2
(e) 2B +  N
2 
? ? ? ?  2NB
4B + C  ??? ? B
4
C
(f) 3Mg  +  2B  ? ?? ?? Mg
3
B
2
2 . B O RA NES
Boranes  are  boron  hydrogen  compounds  with  general  molecular  formula  B
n
H
n+4
  or  B
n
  H
n+6
.They  are  electron
deficient  compounds.  The  lighter  boranes  (upto  B
5
)  spontaneously  react  with  air  whereas  remaining  compound
are  air  stable.  The  physical  properties  of  boranes  are  given  as  under  :
P-BLOCK ELEMENTS
JEEMAIN.GURU
Fo rm ul a N am e Melting  point Boiling  point
                                          ( ºC)                           ( ºC)
B
2
H
6
Diborane –  165.6 –  92.5
B
4
H
10
Tetraborane –  120     18
B
5
H
9
Pentaborane  -9 –  46.6     48
B
5
H
11
Pentaborane  -11 –  123     63
B
6
H
10
Hexaborane  -10 –  62.5   110
B
6
H
12
Hexaborane  -12 –  82.3   80-90
B
8
H
12
Octaborane  -12 –  20    —
B
8
H
14
Octaborane  -14 –  20    —
B
9
H
15
Enneborane   2.6    —
B
10
H
14
Decaborane   99.7   213
B
20
H
16
Isosaborane-16 196.2    —
Preparation  of  Diborane
(a) Mg
3
B
2
  +  HCl  ? ?? ? B
2
H
6
  + B
4
H
10 
+ B
5
H
9 
etc.
             (10%)
(b) B
4
H
10 100 C
?
? ? ? ? ?
º
B
2
H
6
  +  H
2 
+  higher  borane
(c) 2 BCI
3
  (or B  Br
3
)  + 6 H
2
 
Electric
disch arg e at low pressure
?? ? ? ? ? ? ? ? B
2
H
6
  +  6HCl
(d) 3Li  AlH
4
  /LiBH
4   
+  4BF
3
  ?? ??  3LiF/3BF
3
  + 3  AlF
3
  +  2  B
2
H
6
Chemical  properties
(a) B
2
 H
6 
+  O
2
 
burns in
air spontaneously
?? ? ? ? ? ? B
2
O
3
  +  H
2
O
(b) B
2
H
6
 +  H
2
O 
Cold is enough
 H
3
BO
3
  +  6H
2
(c) B
2
H
6
  +  2KOH  ? ?? ?  2KOBH
2
  +  2H
2
(d) B
2
H
6
  +  HCl 
3
anh.
AlCl
?? ? ? B
2
H
5
Cl  +  H
2
            dry
Structure  of  diborane
The  structure  of  diborane  B
2
H
6
JEEMAIN.GURU
The structure  of diborane  is  shown in  fig.  The four  terminal hydrogen  atoms and  the two  boron atoms  lie in  one
plane.  Above  and  below  this  plane,  there  are  two  bridging  hydrogen  atoms.  The  four  terminal  B-H  bonds  are
regular  two  centre-two  electron  bonds  while  the  two  bridge  (B-H-B)  bonds  are  different  and  can  be  described  in
terms  of  three  centre  -  two  e
–
  bonds.
Bonding  in  diborane  :–    Each  B  atom  uses  sp
3
  hybrids  for  bonding.  Out  of  the  four  sp
3
  hybrids  on  each  B
atom,  one is  without an  electron shown  in  broken lines. The  terminal B-H  bonds  are normal 2c-2e  bonds but  the
two bridge bonds are  3c-2e bonds.  The 3c-2e  bridge bonds  are also referred to  as banana  bonds  or  tau  bonds.
3 . BORIC  ACID
Preparation
It  is  prepared  by  borax  reacting  with  sulphuric  acid.
Na
2 
B
4
O
7
  +  H
2
SO
4
  +  5H
2
O  ?? ?? ?  Na
2
SO
4
  +  4H
3 
BO
3
Physical  properties
(a) Its  crystals    are  soft,  white,  needle  like  having  a  soapy  touch.
(b) It  is  steam  volatile.
Chemical  properties
(a) Ortho boric acid does not donate proton, like most of the acids but rather it accepts OH
–
, therefore it is a lewis
acid  and  is  represented  by  B(OH)
3
.
B(OH)
3
  +  2H
2
O 
? ? ? ?
? ? ? ? H
3
O
+
  +  [B(OH)
4
]
– 
        (
a
k
P =  9.25)
(b) B(OH)
3
  partially  reacts  with  water  to  form H
3
O
+
  and  [B(OH)
4
–
]  and behaves  as a  weak  acid.  Thus  B(OH)
3
can  not  be  titrated  satisfactorily  with  NaOH  because  a  sharp
end  point  is  not  obtained.  If  polyhydroxy  compound  like
glycerol,  mannitol  or  sugar  are  added  to  titration  mixture
than  it  can  be  titrated  with  NaOH.
B(OH)
3
 +  NaOH  ?? ?? ? Na[B(OH)
4
]
(c) Effect  of  temperature  at  100°C  H
3
BO
3
  losses  water  and
convert  into  metaboric  acid.
H
3
BO
3
 
100 C
? ? ? ? ?
?
HBO
2
  +  H
2
O
metaboric  acid  form  tetraboric  acid  on  heating  at  160°  C.
4HBO
2
 
160
? ? ? ? ?
ºC
  H
2
B
4
O
7
  +  H
2
O
On  strong  heating  B
2
O
3
  is  produced
H
2
B
4
O
7
  ??? ??2B
2
O
3
 +  H
2
O
(d) Boric  acid  react  with  ethyl  alcohol  to  form  ethyl  borate  which burns  with  green  edged  flame.
H
3
BO
3
 +  3C
2
H
5
OH   ???? B(OC
2
H
5
)
3
  +  3H
2
O
Structure  of  orthoboric  acid
At  lower  concentration,  its  structure  is  a  plane  triangle.      
O H
O H OH
B
                           Plane triangle
H
O
B
B
O
O
O
H
H
H
H
H
H
H H
B
B
O
O
O
O
O
O
O
H H
H
O
Structure of boric acid, the dotted lines 
represent hydrogen bonds
JEEMAIN.GURU
4 . B O R A X
Preparation
(a) In  making  glass,  enamel  and  glaze  of  pottery.
(b) As  antiseptic  in  medicinal  soaps  preparation.
           
NaBO  +
2
Na B O .10H O
7 2 2 4
as residue  in Filtrate
Filtered – CaCO
(as residue)
3
Concentrated
and allowed to 
crystallise out 
and filtered
Na B O +NaBO
7  2 4 2
In solution
Na B O .10H O
7 2 2 4
4NaBO +CO
2  2
Na B O +Na CO
7  2 3 2 4
Colemanite
CO passed and 
crystallise out again
2 
2CaO  . 3 BO + 2Na CO               2CaCO   + NaBO + 2NaBO 
2 3 2 3 3 2 4 7 2
? ?
(c) Orthoboric  acid  on  neutralization  with  Na
2
CO
3
  gives  borax.
Na
2
CO
3
  +  4H
3
BO
3
  ? ? ? ? ? Na
2
B
4
O
7
  +  6H
2
O  +  CO
2
(d) Colemanite  is  converted  into  borax  by  boiling  it  with  concentrated  solution  of  Na
2
CO
3
.
Ca
2
B
6
O
11
  +  2Na
2
CO
3
  ? ? ? ?  Na
2
B
4
O
7
  +  2CaCO
3
  +  2NaBO
2
.
Chemical  properties
The  solution  of  borax  is  alkaline  in  nature  due  to  hydrolysis.
Na
2
B
4
O
7 
+  7H
2
O  ? ?? ? ? 2NaOH  +  4H
3
BO
3
5 . BORON  TRIHALIDES
Boron combines  with halogens  and forms  the halides  of type  BX
3
, (X  =  F,  Cl, Br,  I)
Preparation
Except  BF
3
,  other  trihalides  can  be  prepared  by  the  treatment  of  halogens  on  a  mixture  of  B
2
O
3
  and  carbon  at
high  temperature.
B
2
O
3
  +  3C  +  3X
2
  ? ? ? ? ?  2BX
3
  +  3CO (X  =  Cl
2
, Br
2
  ,  I
2
)
Proper t ie s
(a) Due  to  small  size  and  high  charge  density  of  B
3+
  ion,  halides  are  covalent  in  nature.
(b) These  are  non-electrolytes,  as  in  liquid  state  they  do  not  conduct  electricity.
(c) The  boiling  point  are  very  low.  The  boiling  point  increases  as  the  atomic  number  of  halogen  increases.
(d) BF
3
 is gas, BCl
3
 (B.P. 13° C), BBr
3
  (B.P. 90°  C) are  fuming liquids while  BI
3
  (M.P. 310°  C) is a fusible  solid.
(e) The  trihalides  are  electron  deficient  compounds.  Boron  atom  acquires  six  electrons  on  account  of  three
B  –  X  bonds,  i.e.,  2  electrons,  short  to  complete  an  octet.  Thus  the  boron  atom  in  BX
3 
molecule  can
accept two more electron. i.e, an  electron pair from the donor atoms like N, P, O,  S, F, etc., in NH
3
,  PH
3
,
H
2
O,  H
2
S,  HF,  F
–
  etc.,  respectively  to  form  addition  compounds  (donor-acceptor  compounds).
H
3
N  :    +       BF
3
  ??? ?? ? ?[H
3
N  ?? BF
3
]
Donor     Acceptor
(Lewis  base)    (Lewis  acid)
JEEMAIN.GURU
(f) The  relative  lewis  acid  character  of  boron  trihalides  is  found  to  follow  the  following  order.
BI
3
  >  BBr
3
  >  BCl
3
  >  BF
3
but  the  expected  order  on  the  basis  of  electronegativity  of  the  halogens  (electronegativity  of  halogens
decreases  from  F  to  I)  should  be  –
BF
3
  >  BCl
3
  >  BBr
3
  >  BI
3
This  anamoly  is  explained  on  the  basis  of  the  relative  tendency  of  the  halogen  atom  to  back  donate  its
unutilised  electrons  to  vacant  p–orbital  of  boron  atom  forming  p ? ? –  p ?  bond.
Extent  of  back  bonding  decrease  from  BF
3
  to  BI
3
  with  increase  in  size  p-orbital  of  halogen.
p ? ?–p ? ?back  bonding is  maximum in  BF
3
  due same  energy and  same size of  2p  orbital of  boran and  filled
2p-orbital  of  F.
(g) All  boron  trihalides,  except  boron  trifluoride,  are  hydrolysed  to  boric  acid.
BCl
3
  +  3H
2
O  ? ? ? ? ? H
3
BO
3
  +  3HCl
The degree of hydrolysis  increases from BCl
3 
to BI
3 
because covalent character  increases.  Due to  resistance
of  BF
3
  to  hydrolysis  and  its  tendency  to  act  as  lewis  acid  BF
3
  is  used  as  a  catalyst  in  organic  reactions.
BF
3
  form  addition  product  with  water  as  B  –  F  bond  is  very  strong
BF
3
  +  H
2
O    ? ? ? ? ?   H
+
[BF
3
HO]
–
6 . ALUMINIUM
Proper t ie s
(a) Burning  in  air
4Al  +  3O
2 
  ? ? ? ?2Al
2
O
3
(b) Reaction  with  water
Al  +  3H
2
O    ? ?? ?  Al  (OH)
3
  + 
3
2
H
2
(c) 2Al  +  6H
2
SO
4 
? ? ? ?  Al
2
(SO
4
)
3
  +  3SO
2
  +  6H
2
O
Al  +  HNO
3 
? ? ? ?  Al
2
O
3
  (passive  layer)  and  does  not  react  further.
(d) 2Al  +  2NaOH    +  2H
2
O  ? ? ? ?  2NaAlO
2
  +  3H
2
(e) 2Al  +  N
2 
? ? ? ?  2AlN
4Al  +  3C  ? ? ? ?  Al
4
C
3
7 . ALUMINIUM  CHLORIDE    (AlCl
3
)
(a) Hydrated  AlCl
3
    ? ? AlCl
3
.6H
2
O
(i) AlCl
3
  is  prepared  by  dissolving  aluminium  oxide  or  its  hydroxide  in  dilute  HCl.
Al
2
O
3
  + 6HCl  ? ??? ??2AlCl
3
  + 3H
2
O
Al(OH)
3
  + 3HCl  ??? ??AlCl
3
  + 3H
2
O
(b) Anhydrous  AlCl
3
(i) Anhydrous  aluminium  chloride  can  be  obtained  by  passing  dry  chlorine  gas  and  dry  HCl  gas  over  heated
aluminium  in  vaccum.
2Al   +  3Cl
2
(dry)  ??? ?  2AlCl
3
JEEMAIN.GURU
Read More
Offer running on EduRev: Apply code STAYHOME200 to get INR 200 off on our premium plan EduRev Infinity!

Complete Syllabus of JEE

JEE

Content Category

Related Searches

ppt

,

Semester Notes

,

study material

,

Sample Paper

,

shortcuts and tricks

,

practice quizzes

,

pdf

,

mock tests for examination

,

Viva Questions

,

Objective type Questions

,

P-block Elements-1 JEE Notes | EduRev

,

past year papers

,

video lectures

,

P-block Elements-1 JEE Notes | EduRev

,

Important questions

,

Free

,

Previous Year Questions with Solutions

,

Summary

,

MCQs

,

P-block Elements-1 JEE Notes | EduRev

,

Exam

,

Extra Questions

;