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词条
释义

硼(péng),原子序数5,原子量10.811。约公元前200年,古埃及、罗马、巴比伦曾用硼沙制造玻璃和焊接黄金。1808年法国化学家盖·吕萨克和泰纳尔分别用金属钾还原硼酸制得单质硼。硼在地壳中的含量为0.001%。天然硼有2种同位素:硼10和硼11,其中硼10最重要。硼为黑色或银灰色固体。晶体硼为黑色,熔点约2300℃,沸点3658℃,密度2.34克/立方厘米;硬度仅次于金刚石,较脆。

元素介绍

名称

中文名称:

英文别名:Boron,amorphous

CAS号:7440-42-8

化学式B

相对分子质量10.811

性状:黑色或深棕色粉末。在常温时为弱导体,而在高湿时导电良好。痕量碳的搀合物能使传导率提高。在空气中氧化时由于三氧化二硼膜的形成,而起自身限制作用,当温度在1000℃以上时,氧化层才蒸发。常温时能与氟反应。不受盐酸和氢氟酸水溶液的影响。与熔化的过氧化钠,或一种碳酸钠和硝酸钾熔化混合物能剧烈反应。粉末能溶于沸硝酸和硫酸,以及大多数熔融的金属如铜、铁、锰、铝和钙。不溶于水。相对密度2.350。熔点约2300℃。沸点3658℃。

储存:密封保存。

用途:耐高温合金工业。温度表。催化剂。陶器。植物营养剂。半导体。核化学中用作中子吸收剂。

详细介绍

硼属于非金属元素,符号B(boron)

原子体积:(立方厘米/摩尔)4.6

元素在海水中的含量:(ppm)4.41

元素在太阳中的含量:(ppm) 0.002

地壳中含量:(ppm)950

莫氏硬度9.3

氧化态

Main B+3

Other

化学键能:(kJ /mol)

化学键 键能(kJ/mol)

B-H 381

B-H-B 439

B-C 372

B-O 523

B-F 644

B-Cl 444

B-B 335晶胞参数

a = 506 pm

b = 506 pm

c = 506 pm

α = 58.06°

β = 58.06°

γ = 58.06°

电离能(kJ/ mol)

M - M+ 800.6

M+ - M2+ 2427

M2+ - M3+ 3660

M3+ - M4+ 25025

M4+ - M5+ 32822

晶体结构晶胞为三斜晶胞。

核内质子数5

核外电子数5

核电核数:5

质子质量:8.365E-27

质子相对质量5.035

所属周期2

所属族数:IIIA

摩尔质量11 克每摩尔(g/mol)

氢化物:B2H6(现在还没有发现BH3)氧化物B2O3

密度2.34

熔点2300.0

沸点3658

热导率:W/(m·K)27.4

声音在其中的传播速率:(m/S)16200

外围电子排布[He] 2s2 2p1

核外电子排布2,3

核电荷数:5

电子层:K-L

颜色和状态固体

原子半径1.17

常见化合价+3

蒸汽压:

P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k

at T/K 2348 2562 2822 3141 3545 4072

发现过程

1808年,英国的戴维和法国的盖吕萨克、泰纳,用钾还原硼酸而制得硼。

性状特点

硼在室温下比较稳定,即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用。硼能和卤族元素直接化合,形成卤化硼。硼在600~1000°C可与硫、锡、磷、砷反应;在1000~1400°C与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质,常具有特殊的性质。

它是最外层少于4个电子的仅有的非金属元素。其单质有无定形和结晶形两种。前者呈棕黑色到黑色的粉末。后者呈乌黑色到银灰色,并有金属光泽。硬度与金刚石相近。无定形的硼密度2.3克/厘米3,(25-27℃);晶形的硼密度2.31克/厘米3,熔点2300℃,沸点2550℃,。在室温下无定形硼在空气中缓慢氧化,在800℃左右能自燃。硼与盐酸或氢氟酸,即使长期煮沸,也不起作用。它能被热浓硝酸和重铬酸钠与硫酸的混合物缓慢侵蚀和氧化。过氧化氢和过硫酸铵也能缓慢氧化结晶硼。上述试剂与无定形硼作用激烈。与碱金属碳酸盐和氢氧化物混合物共熔时,所有各种形态的硼都被完全氧化。氯、溴、氟与硼作用而形成相应的卤化硼。约在600℃硼与硫激烈反应形成一种硫化硼的混合物。硼在氮或氨气中加热到1000℃以上则形成氮化硼,温度在1800-2000℃是硼和氢仍不发生反应,硼和硅在2000℃以上反应生成硼化硅。在高温时硼能与许多金属和金属氧化物反应,生成金属硼化物。硼在600~1000°C可与硫、锡、磷、砷反应;在1000~1400°C与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质,常具有特殊的性质。

元素来源:在自然界中,硼只以其化合物形式存在着(像在硼砂、硼酸中,在植物和动物中只存在有痕量的硼),通常由电解熔融的氟硼酸钾和氯化钾或热还原它的其他化合物(如氧化硼)制得

制备方法有:硼的氧化物用活泼金属热还原;用氢还原硼的卤化物;用碳热还硼砂;电解熔融硼酸盐或其他含硼化合物;热分解硼的氢化合物上述方法所得初产品均应真空除气或控制卤化,才可制得高纯度的硼。

元素用途:它主要用于冶金(如为了增加钢的硬度)及核子学中,因为它吸收中子能力强

由于硼在高温时特别活泼,因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性,硼还用于原子反应堆和高温技术中。棒状和条状硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质,可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。硼的化合物在农业、医药、玻璃工业等方面用途很广。天然含硼的化合物硼砂(Na₂B4O7·10H₂O)早为古代医药学家所知悉。我国西藏是世界上盛产硼砂的地方。

1702年法国医生霍姆贝格首先从硼砂制得硼酸,称为salsedativum,即镇静盐。1741年法国化学家帕特指出,硼砂与硫酸作用除生成硼酸外,还得到硫酸钠。1789年拉瓦锡把硼酸基列入元素表。1808年英国化学家戴维和法国化学家盖吕萨克、泰纳各自获得单质硼。硼的拉丁名称为 boracium,元素符号为B。这一词来自borax(硼砂)。

硼的应用比较广泛。硼与塑料或铝合金结合,是有效的中子屏蔽材料;硼钢在反应堆中用作控制棒;硼纤维用于制造复合材料等。

应用

冶金

硼与塑料或铝合金结合,是有效的中子屏蔽材料;硼钢在反应堆中用作控制棒;硼纤维用于制造复合材料等。由于硼在高温时特别活泼,因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性,硼还用于原子反应堆和高温技术中。棒状和条状硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质,可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。含硼添加剂可以改善冶金工业中烧结矿的质量,降低熔点、减小膨胀,提高强度硬度。硼及其化合物也是冶金工业的助溶剂和冶炼硼铁硼钢的原料,加入硼化钛、硼化锂、硼化镍,可以冶炼耐热的特种合金。建材

硼酸盐、硼化物是搪瓷、陶瓷、玻璃的重要组分,具有良好的耐热耐磨性,可增强光泽,调高表面光洁度等。

轻工

硼酸,硼酸锌可用于防火纤维的绝缘材料,是很好的阻燃剂,也应用于漂白、媒染等方面;偏硼酸钠用于织物漂白。此外,硼及其化合物可用于油漆干燥剂,焊接剂,造纸工业含汞污水处理剂等。

化工

用作良好的还原剂,氧化剂,溴化剂,有机合成的掺合材料,高压高频电及等离子弧的绝缘体,雷达的传递窗等。

核工业

用作原子反应堆中的控制棒,火箭燃料,火箭发动机的组成物及高温润滑剂,原子反应堆的结构材料等。

农业

用作杀虫剂,防腐剂,催化剂,含硼肥料等。

高新材料方面

硼化镁作为高温超导材料,价格低廉,导电率高;稀土硼化物已经成功用于雷达、航空航天、冶金、环保等20多个军事和高科技领域。硼化物金属陶瓷具有高温耐磨擦性能,良好的抛光性能和抗化学腐蚀性能。含硼推进剂是高能洁净推进剂。

主要硼产品

硼化物

三溴化硼

二硼化钛

二硼化铬

氮化硼

99.99%六方氮化硼

99.9%六方氮化硼

硼合金

硼铜合金

硼钢合金

硼化物

(1)三溴化硼:

无色或稍带黄色的发烟液体,有强烈的刺激性臭味。临界温度300℃,折射率1.5312。

(2)二硼化钛:

二硼化钛为灰白色六方形晶体或粉末,无味。其熔点2980℃,密度4.5~4.52,硬度(Hi)3600。它具有优良的抗氧化性及导电性能。平均粒径D=4~8μ。

(3) 二硼化铬:

熔点1760℃,抗氧化性能好,高温强度大。

硼与人体健康

食物来源

黄豆、葡萄干、杏仁、花生、榛子、枣、葡萄酒、蜂密,酒类,例如苹果酒和啤酒。

代谢吸收

有关硼的吸收代谢目前还未充分了解,膳食中很容易吸收,并大部分由尿排出,在血液中是与氧结合,为B(OH)3,和B(OH)4,硼酸与有机化合物的羟基形成酯化物。动物与人的血液中硼的含量很低,并与膳食中镁的摄入有关,镁摄入低时,血液中硼的含量就增加。硼可在骨中蓄积,但尚不清楚是何种形式。

生理功能

硼普遍存在于蔬果中,是维持骨的健康和钙、磷、镁正常代谢所需要的微量元素之一。对停经后妇女防止钙质流失、预防骨质疏松症具有功效,硼的缺乏会加重维生素D的缺乏;另一方面,硼也有助于提高男性睾丸甾酮分泌量,强化肌肉,是运动员不可缺少的营养素。硼还有改善脑功能,提高反应能力的作用。虽然大多数人并不缺硼,但老年人有必要适当注意摄取。

硼的生理功能还未确定,目前有两种假说解释硼缺乏时出现的明显而不同的反应,以及已知硼的生化特性。一种假说是,硼是一种代谢调节因子,通过竞争性抑制一些关键酶的反应,来控制许多代谢途径。另一种是,硼具有维持细胞膜功能稳定的作用,因而,它可以通过调整调节性阴离子或阳离子的跨膜信号或运动,来影响膜对激素和其他调节物质的反应。

被提出可能有的功能

1.维持骨质密度。

2.预防骨质疏松。

3.加速骨折的愈合。

4.减轻风湿性关节炎症状。

需要人群

更年期女性,骨病患者应补充硼元素。

生理需要

目前尚未确定,但膳食中硼的摄入为0.5-3.5mg/d,需要量大于0.3mg/d。值得注意的是,当硼以硼酸类以外的形态应用时会致命,尤其在皮肤或黏膜有破损时,情况将更加严重。

过量表现

硼、硼酸、硼砂都是低毒类蓄积性毒物,每天口服100mg,可引起慢性中毒,肝、肾脏受到损坏,脑和肺出现水肿。

硼缺乏症

1.生长发育缓慢可能与硼的缺乏有关。

2.缺硼可能引起骨质疏松与硼化 (Boronized)

同位素

(原子质量单位:10.811(7))共有14个同位素,其中有两个是稳定的。

符号 质子 中子 质量(u) 半衰期 原子核自旋 相对丰度 相对丰度的变化量

6B 5 1 6.04681(75)#    

7B 5 2 7.02992(8) 350(50)×10-24s
[1.4(2) MeV] (3/2-)  

8B 5 3 8.0246072(11) 770(3) ms 2+  

9B 5 4 9.0133288(11) 800(300)×10-21s
[0.54(21) keV] 3/2-  

10B 5 5 10.0129370(4) 稳定 3+ 0.199(7) 0.18929-0.20386

11B 5 6 11.0093054(4) 稳定 3/2- 0.801(7) 0.79614-0.81071

12B 5 7 12.0143521(15) 20.20(2) ms 1+  

13B 5 8 13.0177802(12) 17.33(17) ms 3/2-  

14B 5 9 14.025404(23) 12.5(5) ms 2-  

15B 5 10 15.031103(24) 9.87(7) ms 3/2-  

16B 5 11 16.03981(6) <190×10-12 s
[<0.1 MeV] 0-  

17B 5 12 17.04699(18) 5.08(5) ms (3/2-)  

18B 5 13 18.05617(86)# <26 ns (4-)#  

19B 5 14 19.06373(43)# 2.92(13) ms (3/2-)#  备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明,只是理论推测而已,而用括号括起来的代表数据不确定性。

硼的具体介绍

硼,BORON,源自硼砂borax和碳carbon,1808年发现,硼是一种非金属,化合物以硼砂(四硼酸钠)和硼酸最为著名,后者是起清洁杀菌作用,对眼睛有益处的一种酸。美国的各种工业每年对硼的需要量,都在240,000t以上。在农业上,硼即可制成肥料,也是一种很好的除草剂。

硼的发现简史

尽管人们很久以前就和硼打交道,如古代埃及制造玻璃时已使用硼砂作熔剂,古代炼丹家也使用过硼砂,但是硼酸的化学成分19世纪初还是个谜。

1808年,英国化学家戴维(Sir Humphry Davy,1778—1829)在用电解的方法发现钾后不久,又用电解熔融的三氧化二硼的方法制得棕色的硼。同年法国化学家盖-吕萨克(Joseph-Louis Gray-Lussac ,1778—1850)和泰纳(Louis Jacques Thenard,1777—1857)用金属钾还原无水硼酸制得单质硼。

硼被命名为Boron,它的命名源自阿拉伯文,原意是“焊剂”的意思。说明古代阿拉伯人就已经知道了硼砂具有熔融金属氧化物的能力,在焊接中用做助熔剂。硼的元素符号为B,中译名为硼。直至1981年,人们才认识到硼不仅是植物,而且是动物合人类所必须的元素。当时报道的一项早期研究结果提示了硼的必要性,在这项研究中发现,给雏鸡喂饲维生素D不足但并不完全缺乏的饲料时,硼能够改善其骨骼钙化。

单质硼

单质硼有多种同素异形体,无定形硼为棕色粉末,晶体硼呈灰黑色.单质硼的硬度近似于金刚石,有很高的电阻,但它的导电率却随着温度的升高而增大。关于单质硼,我们作如下介绍:

单质硼的结构

单质硼的性质

单质硼的制备

单质硼的结构

晶态单质硼有多种变体,它们都以B12正二十面体为基本的结构单元。这个二十面体由12个B原子组成,20个接近等边三角形的棱面相交成30条棱边和12个角顶,每个角顶为一个B原子所占据。

由于B12二十面体的连接方式不同,键也不同,形成的硼晶体类型也不同。我们仅介绍其中最普通的一种α-菱形硼。

α-菱形硼是由B12单元组成的层状结构,这是α-菱形硼晶格的俯视图和三中心键情况。由图中可以清楚的看到,α-菱形硼晶体中既有普通的σ键,又有三中心两电子键。许多B原子的成键电子在相当大的程度上是离域的,这样的晶体属于原子晶体,因此晶态单质硼的硬度大,熔点高,化学性质也不活泼。

在α-菱形硼晶格中,每个二十面体通过处在腰部的6个B原子以三中心两电子键与在同一平面内的相邻的6个二十面体连接起来,(图中虚线三角形表示三中心两电子键,键距203pm)。这种二十面体组成的片层,层面结合靠的是二十面体的上下各3 个B原子以6个正常的B—B共价键(即两中心两电子键,键长171pm)同上下两层的6个附近的二十面体相连接,3个在上一层,3个在下一层。

在硼的二十面体结构单元中,B12的36个电子是如下分配的:在二十面体内有13个分子轨道,用去26个电子;每个二十面体同上下相邻的6个二十面体形成6个两中心两电子共价键,用去了6个电子;在二十面体腰部的6个B原子与同平面上周围相邻的6个三中心两电子键,用去了6×2/3=4个电子。结果总电子数是26+6+4=36,所有的电子都已用于形成复杂的多面体结构。

一个三中心两电子键是由3个B原子以各自的一个sp杂化轨道重叠形成的,重叠的交角是120,形成了特有的[]三角棱面,这种闭合的三中心键的分子轨道能级图如下:

三个杂化原子形成一个成键分子轨道和两个反键分子轨道,在这个成键分子轨道里有一对电子。

硼的成键特征

硼是周期表第三主族唯一的非金属元素,B原子的价电子结构是2s2 2p1,它能提供成键的电子是2s2p,还有一个空轨道。这种B原子的价电子少于价轨道数的缺电子情况,但硼与同周期的金属元素锂,铍相比原子半径小,电离能高,电负性大,以形成共价键分子为特征。

在硼原子以sp2杂化形成的共价分子中,余下的一个空轨道可以作为路易斯酸,接受外来的孤对电子,形成以sp3杂化的四面体构型的配合物。例如三氟化硼与氨气分子形成的配合物;若没有合适的外来电子,可以自相聚合形成缺电子多中心键,例如三中心二电子氢桥键,三中心二电子硼桥键,三中心二电子硼键,如下图所示。

需要注意的是桥键与三中心二电子间的不同。硼桥键中心的硼原子是P轨道与两个杂化轨道的重叠,氢桥键中心的氢原子是S轨道与两个杂化轨道的重叠,而三中心二电子硼键为三个杂化轨道的组合重叠。

单质硼的性质

简介

晶态硼较惰性,无定形硼则比较活泼。

(1)与非金属作用

高温下B能与N₂、O₂、S、X₂等单质反应,例如它能在空气中燃烧生成B2O3和少量BN,在室温下即能与F₂发生反应,但它不与H2作用。

(2)B能从许多稳定的氧化物(如SiO₂,P₂O5,H₂O等)中夺取氧而用作还原剂。例如在赤热下,B与水蒸气作用生成硼酸和氢气:

2B+6H₂O(g)==2B(OH)3+3H₂↑

(3)与酸作用

B不与盐酸作用,但与热浓H₂SO4,热浓HNO3作用生成硼酸:

2B+3H₂SO4(浓)==2B(OH)3+3SO₂↑

B+3HNO3(浓)==B(OH)3+ 3NO₂↑

(4)与强碱作用

在氧化剂存在下,硼和强碱共熔得到偏硼酸盐:

2B+2NaOH+3KNO3==2NaBO₂+3KNO₂+H₂O

(5)与金属作用

高温下硼几乎能与所有的金属反应生成金属硼化物。它们是一些非整比化合物。组成中B原子数目越多,其结构越复杂。

无定形硼用于生产硼钢,硼钢的抗冲击性能好,又因为B有吸收中子的特性,硼钢不仅是制造喷气发动机的优质钢材,还用于制造原子反应堆的控制棒。

单质硼的制备

工业上制备一般有两种方法:

(1)碱法

①用浓碱液分解硼镁矿得偏硼酸钠:

②将NaBO2在强碱溶液中结晶出来,使之溶于水成为较浓的溶液,通入CO2调节碱度,浓缩结晶即得到四硼酸钠,即硼砂:

③将硼砂溶于水,用硫酸调节酸度,可析出溶解度小的硼酸晶体:

④加热使硼酸脱水生成B2O3:

⑤用镁或铝还原B2O3得到粗硼:

(2)酸法

用硫酸分解硼镁矿一步制得硼酸:

此方法虽简单,但须耐酸设备等条件,不如碱法好。

粗硼用盐酸。氢氧化钠.和氟化氢处理,可得纯度为95-98%的棕色无定形硼。

(3)碘化硼热解制碘化硼

将碘化硼在灼热(1000-1300K)的钽丝上热解,可达到纯度达99.95%-菱形硼:

三氧化二硼

硼被称为亲氧元素,硼氧化合物有很高的稳定性。关于B2O3,我们介绍如下:

三氧化二硼的制备与结构

制备B2O3的一般方法是加热硼酸H3BO3使之脱水:

在高温下脱水可得玻璃态的B2O3,很难粉碎;在200℃以下减压缓慢脱水,可得白色粉末状B2O3,它是硼酸的酸酐,有很强的吸水性,在潮湿的空气中同水结合转化成硼酸。因此可以用作干燥剂。

X-射线结构测定表明,晶体状B2O3是由畸变的BO4四面体组成的六方晶格,而无定形B2O3是由平面三角形BO3的基本单元构成的。在1000℃以上气态B2O3分子是单分子,其构型是角形分子:

气态B2O3分子中键角B-O-B不固定。

三氧化二硼性质

(1)B2O3的熔点723K,沸点2338K。B2O3易溶于水,重新生成硼酸。但在热的水蒸气中则生成挥发性的偏硼酸HBO2,同时放热:

B2O3(无定形)+3H2O(l)=2H3BO3(aq)

(2)熔融的B2O3可以溶解许多金属氧化物而得到有特征颜色的片硼酸盐玻璃,这个反应可用于定性分析中,用来鉴定金属离子,称之为硼珠试验。例如:

B2O3+CuO==Cu(BO2)2蓝色

B2O3+NiO==Ni(BO2)2 绿色

(3)B2O3与NH3在873K时反应可制得氮化硼(BN)x,其结构与石墨相同。

(4)B2O3在873K时与CaH2反应生成六硼化钙CaB6,金属硼化物在电子工业中有重要用途。

硼酸和硼酸盐

关于硼酸和硼酸盐,我们介绍:

硼酸的结构

硼酸的性质

硼砂的结构

硼砂的性质

硼酸的结构

在H3BO3的晶体中,每个B 原子以三个sp杂化轨道与三个O 原子结合成平面三角形结构(平面三角形的BO3是构成B2O3,硼酸和多硼酸的基本结构单元),每个O 原子除以共价键与1个B原子和1个H原子相结合外,还通过氢键与另一个H3BO3单元中的H原子结合而连成片层结构,层与层之间则以微弱的范德华力相吸引。所以硼酸晶体是片状的,有滑腻感,可作润滑剂。

硼酸的性质

(1)H3BO3是白色片状晶体,微溶于水(273K时溶解度为6.35g/(100gH2O)),加热时,由于晶体中的部分氢键断裂,溶解度增大(373K时溶解度为27.6 g/(100gH2O))。

(2)H3BO3是个一元弱酸,Ka=5.8×10,它之所以有弱酸性并不是它本身电离出质子H,而是由于B是缺电子原子,它加合了来自H2O分子中OH的(其中O原子上的孤对电子对向B原子的空的P轨道上配位)而释放出H离子:

(3)硼酸的这种电离方式表现出了硼化合物是缺电子特点。所以硼酸是一个典型的路易士酸,它的酸性可因加入甘露醇或甘油(丙三醇)而大为增强,例如硼酸溶液的pH≈5~6,加入甘油后,pH≈3~4。

表现出一元酸的性质,可用强碱来滴定。

(4)硼酸和甲醇或乙醇在浓H2SO4存在的条件下,生成硼酸酯,硼酸酯在高温下燃烧挥发,产生特有的绿色火焰,此反应可用于鉴别硼酸,硼酸盐等化合物。

(5)硼酸加热脱水分解过程中,先转变为偏硼酸HBO3,继续加热变成B2O3。

(6)在同极强的酸性氧化物(如P2O5或AsO5)或酸反应时, H3BO3被迫表现出弱碱性,如

B(OH)3+H3PO4===BPO4+3H2O

硼砂的结构

硼酸和硅酸相似,可以缩合为链状或环状的多硼酸x B2O3yH2O,所不同的是在多硅酸中有两种结构单元:一种即B2O3平面三角形,另一种系B原子以sp杂化轨道与O原子结合而成的BO4四面体。多硼酸不能稳定存在于溶液中,但多硼酸却很稳定,其中最重要的因素是四硼酸钠盐Na2B4O5(OH)4·8H2O,亦称之为硼砂。四硼酸根阳离子[B4O5(OH)4]的立体结构如下:

在[B4O5(OH)4]中,4配位的B原子是BO4四面体结构单元中的中心原子,而3配位的B原子是BO3平面三角形结构单元中的中心原子。即在四硼酸根中有两个BO3平面三角形和两个BO4四面体通过共用角顶O原子而联结起来的复杂结构。

四硼酸钠盐Na2B4O5(OH)4·8H2O,工业上一般把它的化学式写成Na2B4O7·10H2O。

硼砂的性质

(1)硼砂是无色半透明的晶体或白色结晶粉末。在空气中容易失水风化,加热到650K左右,失去全部结晶水成无水盐,在1150K熔成玻璃态。

(2)熔融状态的硼砂同BO3一样,亦有硼珠反应,也能溶解一些金属氧化物,并依金属的不同而显出特征的颜色,例如:

Na2B4O7+CoO==2NaBO2Co(BO2)2

石蓝色

此反应可用于定性分析及焊接金属时除锈。

(3)硼砂是一个强碱弱酸盐,可溶于水,在水溶液中水解而显颇强的碱性:

也可写成:

硼砂水解时得到等物质的量的酸和碱,所以这个水溶液具有缓冲作用。硼砂易于提纯,水溶液又显碱性,在实验室中常用它配制缓冲溶液或作为标定酸浓度的基准物质。在工业上还可用做肥皂和洗衣粉的填料。

三卤化硼

三卤化硼是硼的特征卤化物。

三卤化硼的制备

(1)以萤石,浓H2SO4和B2O3反应制备BF3:

B2O3+3CaF2+3H2SO4==2BF3+3CaSO4+3H2O

(2)用B2O3与HF酸作用,也可制得BF3:

B2O3+6HF==2BF3+3H2O

(3)用置换法,使BF3与AlCl3或AlBr3反应,可得BCl3或BBr3:

BF3(g)+ AlCl3==AlF3+ BCl3

BF3(g)+ AlBr3==AlF3+ BBr3

(4)用卤化法,以B2O3和C为原料,通入Cl2气,也可制备BCl3:

B2O3+3C+3Cl2==2BCl3+3CO

(5)硼与卤素直接反应,也可得到三卤化硼:

2B+3X2==2BX3

三卤化硼的性质

三卤化硼的基本物理性质列于下表中:

(1)三卤化硼都是共价化合物,熔﹑沸点均很低,并有规律地按F﹑Cl﹑B﹑I顺序而逐渐增高,它们的挥发性随相对分子质量的增大而降低。

(2)三卤化硼的蒸气分子均为单分子。

(3)BF3是无色的有窒息气味的气体,不能燃烧,BF3水解也得到与H2SiF6相当的氟硼酸HBF4:

氟硼酸是个强酸,仅以离子状态存在于水溶液中。

(4)BF3是缺电子化合物,是很强的路易斯酸,它可以同路易士碱如水﹑醚﹑醇﹑胺等结合生成加合物。由于BF3是个强电子接受体,它在许多有机反应中用作催化剂。

(5)给BCl3略加压力它即可液化,它是无色具有高折射率的液体。在潮湿的空气中发烟并在水中强烈水解:

BCl3+3H2O==H3BO3+3HCl↑

同BF3相比, BCl3是一个不太强的路易斯酸。(硼的卤化物在组成和物理性状方面和硅的卤化物很相似,化学性质也很相似。例如BCl3和SiCl4都强烈地水解,但水解机理不同。任何卤化物水解,必先同水分子配合。SiCl4能与水分子配位,是因为Si原子有d轨道,其配位数可高达6的缘故。而BCl3能与水分子配位,是因为它是缺电子分子。)

三卤化硼的结构

三卤化硼的分子结构都是平面三角形,表明B原子都是sp2杂化,如果把B-X键都当作单键来考虑,理论值与实测键长结果如下:

硼卤键长比计算值要短得多,显然是由于在B原子和卤原子之间形成了p-π配键。以BF3为例说明如下:

在B原子上有一个空的2p轨道没有参加杂化,它垂直于三角形的BF3分子平面,这个空轨道可以从三个F原子上的任何一个已经充满电子的对称性相同的p轨道接受一对电子,形成了一定程度的不定域的pπ配键,从而使B-F键有一定程度的复键的性质,结果使键长短于正常的单键。这样就使B原子周围有了8个电子。

硼氢化物

BH3中的B有空轨道,所以可以形成BH4-离子。该离子可以与Na,K等离子结合,形成硼氢化钠(NaBH4)、硼氢化钾(KBH4)。由于这里的氢显负电性,所以,这些化合物有着极强的还原性。尤其是硼氢化钠和硼氢化钾,它们甚至被称为万能还原剂。

参考资料

1.化工空间-硼的物化性质 

扩展阅读:

1

http://www.spuweb.cn/content/view/16/9/

2

《现代汉语词典》2002年增补本

开放分类:
硼砂硼粉硼化物高纯硼
“硼”在汉英词典中的解释(来源:百度词典):
1.the sound of splashing
1.boron

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更新时间:2025/3/14 16:28:10