三氧化二硼
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 | |
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別名 | 三氧化二硼、硼酸酐、硼酐 |
識別 | |
CAS號 | 1303-86-2 ![]() |
PubChem | 518682 |
ChemSpider | 452485 |
SMILES |
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InChI |
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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) |
熔點 | 450 °C |
沸點 | 1680 °C |
溶解性(水) | 2.2 g/100 mL |
溶解性 | 在甲醇中部分可溶 |
pKa | ~ 4 |
危險性 | |
歐盟分類 | Repr. Cat. 2 |
致死量或濃度: | |
LD50(中位劑量)
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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
編輯玻璃狀氧化硼(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。[5]
製備
編輯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。
化學性質
編輯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和偏硼酸鹽(玻璃)。這是硼砂珠試驗定性鑑別金屬的原理。例如:
- (藍色)
- (黃色)
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:
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)。
- ,
應用
編輯氧化硼可以用作:
參見
編輯參考資料
編輯- ^ Eckert, H. Prog. NMR Spectrosc., 24 (1992) 159-293.
- ^ 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
- ^ 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
- ^ 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)
- ^ 5.0 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
- ^ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8