三氧化二硼

化合物

三氧化二硼化學式B2O3)又稱氧化硼,是最主要的氧化物。它是一種白色蠟狀固體,一般以無定形的狀態存在,很難形成晶體,但在高強度退火後也能結晶。它是已知的最難結晶的物質之一。

三氧化二硼
別名 三氧化二硼、硼酸酐、硼酐
識別
CAS號 1303-86-2  checkY
PubChem 518682
ChemSpider 452485
SMILES
 
  • O=BOB=O
InChI
 
  • 1/B2O3/c3-1-5-2-4
InChIKey JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYAI
EINECS 215-125-8
ChEBI 30163
RTECS ED7900000
性質
化學式 B2O3
莫耳質量 69.6182 g·mol⁻¹
外觀 白色蠟狀固體
密度 2.460 g/cm3 (液態)

2.55 g/cm3 (三方)
3.11–3.146 g/cm3 (單斜)

熔點 450 °C
沸點 1680 °C
溶解性 2.2 g/100 mL
溶解性 甲醇中部分可溶
pKa ~ 4
危險性
歐盟分類 Repr. Cat. 2
致死量或濃度:
LD50中位劑量
3150 mg/kg (小鼠口服)
相關物質
其他陰離子 硫化硼
硒化硼
碲化硼
其他陽離子 氧化鋁
氧化鎵
氧化銦
氧化鉈
相關化學品 一氧化二硼
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

結構

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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。[1][2]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範圍。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。高於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範圍內結晶,可以形成普通的六方晶系氧化硼(α-B2O3),其結構(見右圖)[3]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[4]該轉變過程類似於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體積模量很大(K = 180 GPa)。g-B2O3和β-B2O3維氏硬度分別為1.5GPa和16GPa。[5]

製備

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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製取的。在200-400 °C對硼酸真空脫水,可以得到非常乾燥的三氧化二硼。如果在大氣中脫水,即使加熱到1000 °C,也很難去除最後剩下的痕量水。

 
 

硼酸則可通過硼砂硫酸共熱反應製取。[6][5]

化學性質

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氧化硼是酸性氧化物,熔融時可以溶解許多鹼性的金屬氧化物,生成有特徵顏色的玻璃狀硼酸鹽偏硼酸鹽(玻璃)。這是硼砂珠試驗定性鑑別金屬的原理。例如:

 (藍色)
 (黃色)

氧化硼可以被鹼金屬還原為單質

 

反應後用鹽酸處理反應混合物,MgO、B2O3和Mg溶於鹽酸,過濾後得到粗硼。氧化硼在高溫時不能為還原(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

 

600 °C時,氧化硼與反應可以得到氮化硼(BN),與氫化鈣反應則得到六硼化鈣(CaB6)。

氧化硼是硼酸酸酐,溶於水時會放出大量熱生成偏硼酸硼酸

  
 

應用

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氧化硼可以用作:

參見

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參考資料

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  1. ^ Eckert, H. Prog. NMR Spectrosc., 24 (1992) 159-293.
  2. ^ S.-J. Hwang, C. Femandez, J.P. Amoureux, J. Cho, S.W. Martin & M. Pruski. "Quantitative study of the short range order in B,O, and B,S, by MAS and two-dimensional triple-quantum MAS 11B NMR" Solid State Nuclear Magnetic Resonance 8 (1997) 109-121
  3. ^ G.E. Gurr, P.W. Montgomery, C.D. Knutson, B.T.Gorres "The Crystal Structure of Trigonal Diboron Trioxide" Acta Cryst. B26 (1970) 906-915
  4. ^ V. V. Brazhkin et al. "Structural transformations in liquid, crystalline and glassy B2O3 under high pressure" JETPh Lett. 78 (2003) 845頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  5. ^ 5.0 5.1 V. A. Mukhanov, O. O. Kurakevich, and V. L. Solozhenko "On the Hardness of Boron (III) Oxide" of Superhard Materials 30 (2008) 71
  6. ^ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8