三氧化二硼(又称氧化硼、硼酸酐),无色玻璃状晶体或粉末,熔点450℃。具有强烈吸水性而转变为硼酸,故应于干燥环境下密闭保存,防止吸水变质导致含量下降。微溶于冷水,易溶于热水中。
概述本品可用作硅酸盐分解时的助熔剂、半导体材料的掺杂剂、油漆的耐火添加剂及制取元素硼和多种硼化物等等,产品用途广泛。在彩色显像制造业中,主要用于制造显像管部件及(屏和锥)封接用的低熔点玻璃原料。也可用作有机合成的催化剂、油漆及高温润滑剂的添加剂、陶瓷、特种玻璃及焊料的添加剂等。
三氧化二硼(化学式:B2O3)又称氧化硼,是硼最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体,一般以无定形的状态存在,很难形成晶体,但在高强度退火后也能结晶。它是已知的最难结晶的物质之一。1
性质描述氧化硼为无色玻璃状晶体或粉末。质硬且脆,表面有滑腻感,无味。对热稳定,白热时,也不为碳所还原,但碱金属以及镁、铝皆能使之还原为单体硼。在600℃左右时,变为粘性很大的液体。硼酸酐在空气中可很强地吸水,而生成硼酸。可溶于酸、乙醇、热水中,微溶于冷水。氧化硼可与若干金属氧化物化合而形成具有特征颜色的硼玻璃。能与碱金属、铜、银、铅、砷、锑、铋氧化物完全混溶。结晶型氧化硼的密度为2.46g/cm3,无定型氧化硼的密度为1.80~1.84g/cm3,熔点557℃,溶解度1.1g/100g H2O(0℃),15.7g/100g H2O(100℃)极易吸水,吸湿后变浑浊状态,也能溶于酒精。在温度较低时,H3BO3脱水可得到三氧化二硼晶体。此晶体含有BO4四面体结构单元,密度1.805g/cm,熔点为450℃。玻璃状氧化硼的密度1.795g/cm,温度升高时逐渐软化,当达到赤热高温时即成为液态,沸点在1500℃。硼与氧直接化合也以得到B2O3。制备:灼烧碳酸硼(由硼酸在常压下加热灼烧经抽丝制得也可将硼酸置于密闭加热器中真空下加热制得)。2
结构玻璃状氧化硼(g-B2O3)很可能是一种由许多三角形BO3单元通过共用氧原子部分有序连接而成的网络结构,其中以硼氧相间的六元环B3O3占优势。该六元环中,硼原子为三配位,氧原子为二配位。该玻璃体在325-450°C时软化,其密度随受热情况而有一个变化范围。加热时,玻璃体氧化硼结构中的无序度增加。超过450°C时会产生有极性的-B=O基。高于1000°C时,氧化硼蒸气则全部由B2O3单体组成,其结构为角形的 O=B-O-B=O。
常压下使液态的氧化硼在200-250°C范围内结晶,可以形成普通的六方晶系氧化硼(α-B2O3),其结构几乎全部由三角形的BO3单元组成。
在22000atm和400°C时,α-B2O3转变为高温高压型的单斜晶体β-B2O3。该转变过程类似于石英在高压下到柯石英的转化。除此之外,β-B2O3也可以由液态氧化硼在40000atm和600°C时结晶得到。
β-B2O3的体积模量很大(K = 180 GPa)。g-B2O3和β-B2O3的维氏硬度分别为1.5GPa和16GPa。1
制备虽然硼在空气和氧气中燃烧都可以直接产生三氧化二硼,但三氧化二硼主要是通过硼酸脱水制取的。在200-400°C对硼酸真空脱水,可以得到非常干燥的三氧化二硼。如果在大气中脱水,即使加热到1000°C,也很难去除最后剩下的痕量水。
硼酸则可通过硼砂和硫酸共热反应制取。
化学性质氧化硼是酸性氧化物,熔融时可以溶解许多碱性的金属氧化物,生成有特征颜色的玻璃状硼酸盐和偏硼酸盐(玻璃)。这是硼砂珠试验定性鉴别金属的原理。
氧化硼可以被碱金属、铝和镁还原为单质硼。
反应后用盐酸处理反应混合物,MgO、B2O3和Mg溶于盐酸,过滤后得到粗硼。氧化硼在高温时不能为碳还原(高温下可以形成碳化硼)。高温下氧化硼与碳和氯气反应,可以得到三氯化硼。
600°C时,氧化硼与氨反应可以得到氮化硼(BN),与氢化钙反应则得到六硼化钙(CaB6)。
氧化硼是硼酸的酸酐,溶于水时会放出大量热生成偏硼酸和硼酸。2
应用用于制取元素硼和精细硼化合物。也可与多种氧化物化合制成具有特征颜色的硼玻璃、光学玻璃、耐热玻璃、仪器玻璃及玻璃纤维、光线防护材料等。还可用作油漆的耐火阻烯添加剂和干燥剂。细分有以下用途:
(1)用作硅酸盐分解时的助溶剂;
(2)半导体材料中的掺杂剂;
(3)耐热玻璃器皿和油漆耐火添加剂;
(4)制取元素硼和各种硼化物的主要原料;
(5)在冶金工业上用于合金钢的生产,高能然料的制取;
(6)瓷釉的原料;
(7)机械工业中用作化学热处理溶硼剂的原料;
(8)有机合成的催化剂;
(9)高温用作润滑剂的添加剂。3
本词条内容贡献者为:
唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学
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