氧化硼
發布時間:2016-11-29 來源:未知     分享到:
  氧化硼是一種無色玻璃狀固體,熔融時可以溶解許多堿性的金屬氧化物,生成有特征顏色的玻璃狀硼酸鹽和偏硼酸鹽(玻璃),用于制取元素硼和精細硼化合物。也可與多種氧化物化合制成具有特征顏色的硼玻璃、光學玻璃、耐熱玻璃、儀器玻璃及玻璃纖維、光線防護材料等。還可用作油漆的耐火阻烯添加劑和干燥劑。

  性狀

  三氧化二硼(化學式:B2O3)又稱氧化硼,是硼最主要的氧化物。它是一種無色玻璃狀固體,一般以無定形的狀態存在,很難形成晶體,但在高強度退火后也能結晶。它是已知的最難結晶的物質之一。

  無色玻璃狀晶體或粉末。常壓法與減壓法(真空法)制得的產物外觀不同,前者為堅韌的固體,后者為多孔疏散性固體。表面有滑膩感,無味。相對密度 2.460 g/cm (液態) 2.55 g/cm (三方) 3.11–3.146 g/cm (單斜),對熱穩定,白熱時也不被碳還原,但堿金屬以及鎂、鋁皆能使之還原成單質硼。加熱至600℃時,可變成黏性很大的液體。在空氣中可強烈地吸水,生成硼酸。可與若干種金屬氧化物化合而形成具有特征顏色的硼玻璃,能與堿金屬、銅、銀、鋁、砷、銻、鉍的氧化物完全混溶。

  溶解情況

  溶于酸和乙醇,微溶于冷水,溶于熱水。

  結構

  玻璃狀氧化硼(g-B2O3)很可能是一種由許多三角形BO3單元通過共用氧原子部分有序連接而成的網絡結構,其中以硼氧相間的六元環B3O3占優勢。該六元環中,硼原子為三配位,氧原子為二配位。該玻璃體在325-450 °C時軟化,其密度隨受熱情況而有一個變化范圍。加熱時,玻璃體氧化硼結構中的無序度增加。超過450 °C時會產生有極性的-B=O基。高于1000 °C時,氧化硼蒸氣則全部由B2O3單體組成,其結構為角形的 O=B-O-B=O。

  常壓下使液態的氧化硼在200-250 °C范圍內結晶,可以形成普通的六方晶系氧化硼(α-B2O3),其結構(見右圖)幾乎全部由三角形的BO3單元組成。

  在22000atm和400 °C時,α-B2O3轉變為高溫高壓型的單斜晶體β-B2O3。該轉變過程類似于石英在高壓下到柯石英的轉化。除此之外,β-B2O3也可以由液態氧化硼在40000atm和600 °C時結晶得到。

  β-B2O3的體積模量很大(K = 180 GPa)。g-B2O3和β-B2O3的維氏硬度分別為1.5GPa和16GPa。

  化學性質

  氧化硼是酸性氧化物,熔融時可以溶解許多堿性的金屬氧化物,生成有特征顏色的玻璃狀硼酸鹽和偏硼酸鹽(玻璃)。這是硼砂珠試驗定性鑒別金屬的原理。例如:

  CuO+B2O3→Cu(BO2)2(藍色)Fe2O3+3B2O3→2Fe(BO2)3(黃色)氧化硼可以被堿金屬、鋁和鎂還原為單質硼:

  B2O3+3Mg→2B+3MgO

  反應后用鹽酸處理反應混合物,MgO、B2O3和Mg溶于鹽酸,過濾后得到粗硼。氧化硼在高溫時不能為碳還原(高溫下可以形成碳化硼)。高溫下氧化硼與碳和氯氣反應,可以得到三氯化硼:

  B2O3+3C+3Cl2→2BCl3+3CO

  600 °C時,氧化硼與氨反應可以得到氮化硼(BN),與氫化鈣反應則得到六硼化鈣(CaB6)。氧化硼是硼酸的酸酐,溶于水時會放出大量熱生成偏硼酸和硼酸:

  B2O3(s)+H2O(g)→2HBO2(g) △H°=-199.2kJ/mol

  B2O3+3H2O→2H3BO3

  【制備】 雖然硼在空氣和氧氣中燃燒都可以直接產生三氧化二硼,但三氧化二硼主要是通過硼酸脫水制取的。在200-400 °C對硼酸真空脫水,可以得到非常干燥的三氧化二硼。如果在大氣中脫水,即使加熱到1000 °C,也很難去除最后剩下的痕量水。

  H3BO3→HBO2+H2O

  2HBO2→B2O3+H2O

  硼酸則可通過硼砂和硫酸共熱反應制取。

  【用途】

  用于制取元素硼和精細硼化合物。也可與多種氧化物化合制成具有特征顏色的硼玻璃、光學玻璃、耐熱玻璃、儀器玻璃及玻璃纖維、光線防護材料等。還可用作油漆的耐火阻烯添加劑和干燥劑。

  玻璃成分中的B2O3的作用如下:

  形成玻璃網絡結構的一種物質。添加到石英玻璃的網絡結構中,能減小黏度而對熱膨脹和化學耐久性無任何負面影響。是耐熱玻璃和化學玻璃器皿的成分之一。

  【其他】

  吸濕性極強。

  【安全性】 用內襯二層聚乙烯塑料袋的聚乙烯塑料桶包裝。每桶凈重25kg。包裝上要有“嚴防潮濕”標志。貯存在通風、干燥的庫房中。各層聚乙烯塑料袋要分別扎緊,聚乙烯塑料桶加蓋蓋緊。貯運時要嚴格防潮,防雨淋,不可與酸類接觸。失火時,可用砂土和二氧化碳滅火器撲救。氧化硼經動物實驗可知,其毒性較低,因而規定了與其他低毒的一般粉塵相同的允許濃度值為10mg/m3。

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