除ⅠA族金属元素以外,多数金属的硼酸盐不溶于水。多硼酸盐与硅酸盐一样,加热时容易玻璃化。
最常用的硼酸盐即硼砂。它是无色半透明的晶体或白色结晶粉末。在它的晶体中,[B4O5(OH)4]2-离子通过氢键连接成链状结构,链与链之间通过Na+离子以离子键结合,水分子存在于链之间。所以硼砂的分子式按结构应写为Na2B4O5(OH)4·8H2O。
工业上用浓碱溶液分解硼镁矿得到偏硼酸钠,然后在较浓的偏硼酸钠溶液中通入CO2,以降低溶液的pH值,通过结晶分离,即得到硼砂。
Mg2B2O5·H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)2↓
4NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O5(OH)4·8H2O+Na2CO3
硼砂在干燥空气中容易风化。加热到623~673K时,成为无水盐,继续升温至1151K则熔为玻璃状物。它风化时首先失去链之间的结晶水。温度升高,则链与链之间的氢键因失水而被破坏,形成牢固的偏硼酸骨架。
硼砂同B2O3一样,在熔融状态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(硼酸也有此性质)。例如:
Na2B4O7+CoO=2NaBO2·Co(BO2)2
(蓝宝石色)
因此,在分析化学中可以用硼砂来作“硼砂珠试验”,以鉴定金属离子。此性质也被应用于搪瓷和玻璃工业(上釉、着色并酎高温)和焊接金属(去金属表面的氧化物)。硼砂还可以代B2O3用于制特种光学玻璃和人造宝石。
硼酸盐中的B—O—B键不及硅酸盐中的Si—O—Si键牢,所以硼砂较易水解。它水解时,得到等摩尔的H3BO3和B(OH)4-,
B4O5(OH)42-+5H2O=2H3BO3+2B(OH)4-
这水溶液具有緩冲作用。硼砂易于提纯,水溶液又显性,所以分析化学上常用它来标定酸的浓度。硼砂还可以作肥皂和洗衣粉的填料。
将硼酸盐与H2O2反应或者让H3BO3与碱金属的过氧化物反应,都可以得到过硼酸盐。如
H3BO3+Na2O2+HCl+2H2O=NaBO3·4H2O+NaCl
过硼酸钠NaBO3·4H2O是强氧化剂,水解时放出H2O2,用于漂白羊毛、丝、革和象牙等物或加在洗衣粉中。其分子结构尚未弄明白,可看作是含H2O2的水合物NaBO2·H2O2·3H2O。它是无色晶体,加热失水后成为黄色固体。
将硼砂与NH4Cl一同加热,再用盐酸、热水处理,可得到白色固体氮化硼BN。
Na2B4O7+2NH4Cl=2NaCl+B2O3+2BN+4H2O
BN热稳定好,在3273K的高温下仍然保持稳定的固体状态。导热率大,电阻大,绝缘性能好。当前主要用作润滑材料,耐磨材料,电气和耐热的涂层材料。