硼的含氧化合物
铜臭 / 2022-07-30
硼的最大特征是生成含氧化合物，包括氧化物、硼酸和硼酸盐。
1.三氧化二硼B₂O₃
是硼的燃烧产物，一般是将硼酸加热以制取之。
2H₃BO₃⇔B₂O₃+3H₂O
硼酸在熔点以上的高温脫水，产生玻璃状三氧化二硼，在較低温度逐漸脫水則得秸品状氧化物。后者的比重为1.805,熔点450°C。前者的比重为1.795,在相当寬的温度限度内逐渐软化，赤热时熔为液体，沸点在1500°C以上。
三氧化二硼对热非常稳定，虽在白热也不为碳所还原。但碱金属以及鎂和鋁皆能使之还原为单体的硼。
三氧化二硼容易与水化合而产生偏硼酸HBO₂和正硼酸H₃BO₃。它与若干金屬氧化物化合而形成具有特征顏色的硼玻璃。 M₂O型的金屬氧化物(M=碱金屬和Cu, Ag, TI)以及砷、銻、鉍的三氧化物皆与三氧化二硼完至溶混。其余高价金屬氧化物仅能与之部分溶混或不能溶混。由鋰、鈹和硼氧化物所制成的玻璃可作为X-射錢管的窗，因为輕金屬原子的光吸收量小。
2.硼酸及硼酸盐
在B₂O₃⁻水的体系内，生成的秸晶化合物为正硼酸H₃BO₃和偏硼酸HBO₂。偏硼酸有三种变体，熔点为236°C(稳定体)、201°C和170°C。H₃BO₃只有一种晶形，脱水即得偏硼酸，再脫水期店B₂O₃。自由状态的四硼酸H₂B₄O₇和共他多硼酸从未制得过，虽外称为硼砂的四硼酸的鈉盐是硼的最重要化合物之一，其他各种多硼酸盐:也存在着。因此，硼酸和硅酸不同，加酸于正硅酸盐即得驱合程度不等的多硅酸，但各种硼酸盐的酸化皆产生正硼酸。
(i)正硼酸分子为平而三角形(图15-1b)，B-O和O-H键长分别为1.36Å和0.88Å。在晶体内，这些分子通过氩鍵互相滩接而成层状结构(图15-1a)，其中每个硼原子以共价键在同一不面上与三个氧原子相速接，每个氧原子除以共价键与一个硼原子相结合面外，还涵过氢踺与其他两个氧原子相联系。氫鍵(O-H ....)平均长为2.72Å。层与层之間的距离为3.18Å。 这些层是以微弱的范德华引力结合在一 起的，因此，硼酸晶体呈鳞片状，具解理性，可用作为潤滑剂。
正硼酸在冶水内略溶，在热水内可溶，在水蒸汽内揮发。它在 水溶液中的酸性极弱(K₁=5.8x10⁻¹⁰, K₂=1.8x10⁻¹³, K₃=8x10⁻¹⁴), 因此，溶解的丽酸盐告有强烈的水解作用。但它的酸性可因加入如甘油C₃H₅(OH)₃。之类的多理基化合物而大为增高。这是因为甘油与之结合面形成一个敏强的单元酸之故。
正硼酸在冶水内略溶，在热水内可溶，在水蒸汽内揮发。它在 水溶液中的酸性极弱(K₁=5.8x10⁻¹⁰, K₂=1.8x10⁻¹³, K₃=8x10⁻¹⁴), 因此，溶解的丽酸盐告有强烈的水解作用。但它的酸性可因加入如甘油C₃H₅(OH)₃。之类的多理基化合物而大为增高。这是因为甘油与之结合面形成一个敏强的单元酸之故。
研酸也与甲醇形成挥发性的硼酸三甲基(CH₃)₃BO₃。这化合物在燃烧时发生森色火焰，相应的硼酸乙基抓发性較低。硼酸的极微弱的碱性可由它与磷酸共煮而生成磷酸硼的作用看出:
H₃BO₃+H₃PO₄=BPO₄+3H₂O
大量的硼酸用于搪瓷工业，它也可用为食物的防腐剂。硼酸有消毒作用，故在医药卫生方面有广泛的用途。
(i)根据硼酸的结构，很多硼酸盐的秸构单位可认为是BO₃团。以这个团为基础的秸构可以象以SiO₄团为基础的硅酸盐(14-16节)一样求出来。根据这种看法，很多硼酸盐的结构有下列 两个类型: 1)有单个BO₃团存在的阴离子(正硼酸根或BO₃⁻⁻⁻),或有限数目的BO₃团由共享氧原子而連接起来的阴离子(为焦硼 酸根或B₂O₅⁴⁻;2)由BO₃团連接成鏈或环的阴离子。
(1)含单个BO₃团的正硼酸盐为数不多。它們都是三价金属 的盐，如ScBO₃, YBO₃和InBO₃,结构与M⁽ᴵᴵ⁾CO₃和M⁽ᴵ⁾NO₃相同，BO₃团为平面形。在硼鈹石Be₂(BO₃)OH内也有单个BO₃团存在，它和Be与OH間隔排列，使每个皱原子为排成四面形的四个氧原子所包圍。
两个BO₃团共享一个氧原子則成焦硼酸根的秸构(如图15-2所示)。根据X-射栽研究结果，知焦硼酸鈷⁽ᴵᴵ⁾Co₂B₂O₅的晶体中含有这种离子。硼鎂石Mg₂B₂O₅³·H₂O也含有这类型精构的硼酸根。
(2)每个BO₃团皆有两个氧原子与其他团共享，則形成鏈状或环状的多硼酸根阴离子，如
两种秸构的粗成皆可以实驗式BO₂⁻表之，是种偏硼酸根的组成。傴硼酸鈣Ca(BO₂)₂的结构就是由无数硼氧团連接而成速，鏈与鏈之間則由鈣离子进行联系。显而易見，这种結构是与辉石类硅酸盐的秸构(图14-7)相类似。偏硼酸鉀KBO₂和偏确酸鈉NaBO2皆含有六元环秸构(图15-3b)，环内的B-O键长1.38Å，环外的B-O键长133Å.这些化合物应写为三聚式M₃⁽ᴵ⁾₃B₃O₆。
(iii)偏硼酸和另外部分硼酸盐的秸构除含有平面三角形的BO₃结构单位外，还含有四面体形的BO₄结构单位，在四面体中， B-O的距离較长，约为1.47Å，不同的酸和盐所含的这两种结构单位的比例不同，偏硼酸HBO₂的晶体结构是由两个平面的BO₃团和一个四面体的BO₄团縮合而成的无限的键(图15-4)。鏈中的结构单位是(B₃O₆)⁻⁻六元环， 因此倔硼酸的秸构与以上所論的偏硼酸鈣和偏硼酸鉀和鈉并不相同。
硼砂是最重要而且最为人熟悉的硼酸盐。它的主要結构单位是由两个B(OH)₃和两个[B(OH)₄]⁻缩合而成的双六元环，可以下式表示:
硼砂晶体就是由上式所表示的[B₄O₅(OH)₄]⁻⁻离子和Na⁺离子以及H₂O分子所粗成。[B₄O₅(OH)₄]⁻⁻离子間通过氩键互相連接成为鏈状秸构，而鏈与鏈之間則以鈉离子相联系，水分子也存在于共間。因此，硼砂的化学式应写为Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O,它常结为大块无色而透明的单斜晶体，在干燥空气中容易失去水分子 而風化。加热至350-400°C, 連粗成的水分也失去而轉变为无水 四硼酸鈉: Na₂B₄O₇。在878°C熔化为玻璃状体，金屬氧化物溶于这熔体内，各显出特征的顏色，故在分析化学内硼砂用作为硼砂珠試驗。
硼砂在陶瓷工业内用于制备低熔点釉，在玻璃工业内用于制造耐温度驟变的特种玻璃和光学玻璃。由于它有熔解金屬氧化物的能力，故在焊接工程内用它作助熔剂。此外还利用它的防腐作用而用作为防腐剂。在实驗室内它用作为校准酸的标准，媛冲溶液的制备和硼砂珠的檢定等。
闽ICP备15011996号-4
|
闽公网安备35040002000218号
|
