硼的化合物

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引言

硼作为一种具有非凡物理性质的神奇元素，已广泛应用于各个领域和应用中，从汽车和医疗保健到建筑和航空航天。它在创新型粮食安全和能源解决方案（用于脱碳）中的重要性正日益得到认可。硼是一种化学元素，符号为B，原子序数为5。在常温下，硼以固态存在，是一种准金属。无定形硼是棕色粉末，而晶体硼是深色易碎的准金属。硼具有3个价电子，可以形成共价键，从而形成超硬晶体碳化硼、硼酸和硼酸钠。这种元素自古以来就已在自然界中得到应用，例如在陶器中。

硼形成的化合物

硼是元素周期表3A族或第十三族的第一个元素。它是第十三族元素的第一个成员，是一种非金属元素，位于元素周期表的第十三族。它是一种非常稀有但反应性极强的元素，通常与其他元素结合存在。硼家族的铅积累被用于许多工业和化学应用，并且是许多研究的主题。它可以与其他元素形成多种化合物。该元素形成以下化合物：硼砂或四硼酸钠、乙硼烷（硼氢化物）、硼的卤化物、硼酸或原硼酸以及氮化硼。

硼砂 (Na₂B₄O₇·10H₂O)

硼砂，也称为四硼酸钠 (Na₂B₄O₇·10H₂O)，由硼 (B)、钠 (Na) 和氧 (O) 组成。它通常被称为硼酸钠，是一种天然存在的白色矿物，通常以粉末状存在。它常见于盐湖中，与硼酸不同。“硼砂珠试验 (BBT)”是一种用于检测过渡金属的定性方法。

硼砂的生产过程

硼砂通常通过精炼和结晶方法生产，以将其从称为硼砂矿的盐或未精炼矿石中分离出来。为了从湖泊卤水中提取硼砂，对卤水进行碳酸化或蒸发以形成晶体。结晶过程的结果通常被粉碎然后干燥。为了分离矿物，必须从矿石中去除粘土和页岩杂质。

物理性质

性质	硼砂
分子量	381.37 g/mol
沸点 (B.P.)	1575 ℃
密度	1.73 g/cm³
熔点 (M.P.)	743 ℃
化学式	Na₂B₄O₇·10H₂O
外观	白色结晶固体
可溶于	水

硼砂的用途

• 硼是一种温和的防腐剂。

• 它用于软化水。

• 它是一种用于焊接、熔接和其他冶金过程的助熔剂。

• 它用于防止火柴的余辉。

• 它用于陶瓷或瓷砖的搪瓷和釉料。

• BBT 检测彩色盐中的阳离子。

• 它用于皮革工业中清洁兽皮和皮革染色。

• 因为它水解生成中等碱性溶液，所以它是一种有用的清洁剂。

硼酸 (H₃BO₃)

这种酸是一种单碱性路易斯酸，由3个O原子、3个H原子和1个B原子组成。其化学式为H₃BO₃。它也称为硼酸、原硼酸或硼酸氢，以及[H₃BO₃]。由于其抗菌特性，H₃BO₃非常适合治疗烧伤和轻微伤口。稀释的硼酸溶液被广泛应用。

硼酸的制造

由硼砂制备

它是通过使硼砂的加热浓缩溶液与盐酸 (HCl) 或硫酸 (H₂SO₄) 反应制备的。浓缩并冷却后，所得溶液产生H₃BO₃晶体。

Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O → 4H₃BO₃ + 2NaCl

Na₂B₄O₇ + 2H₂SO₄ + 5H₂O → 4H₃BO₃ + 2Na₂SO₄

通过硼化合物的溶解

这种酸也可以通过水解硼 (B) 化合物（如卤化物、氢化物和氮化物）来制备。

3BCl₃ + 3H₂O → H₃BO₃ + 3HCl

B₂H₆ + 6H₂O → 2H₃BO₃ + 6HCl

BN + 3H₂O → H₃BO₃ + NH₃

物理性质

性质	硼酸
分子式	61.83 g/mol
沸点 (B.P.)	300℃
外观	白色粉末
平均粒径	<8μm
密度	1.44 g/cm³
熔点 (M.P.)	160℃
纯度	99.99 %
化学式	H₃BO₃

硼酸的用途

• 这种酸也用于工业中，主要用于生产纺织纤维玻璃。它用于增强各种产品中的聚合物，包括计算机电路板、管道和帆船。

• 它作为胃肠道毒素，并且当用作杀虫剂时会磨损昆虫的外骨骼。它被广泛认为比许多杀虫剂更安全。

• 它已被用于防治各种害虫，包括蟑螂、蚂蚁、甲虫和象鼻虫。它也已被用作柑橘杀菌剂、除草剂、阻燃剂和木材处理剂。

• 当用作除草剂时，它会诱导脱水，从而损害植物的光合作用。

乙硼烷 (B₂H₆)

它是一种有机化合物，化学式为B₂H₆，含有H和B。它是一种无色气体，具有令人愉悦的气味。在室温下，它特别不稳定，因为它与氧气反应良好，生成爆炸性混合物。大部分B₂H₆已知在空气中易燃。乙硼烷、硼氢化物和溴乙烷都是乙硼烷的同义词。它是最基本的硼氢化物之一。硼烷是含有B和H原子的化合物。

乙硼烷的制造

它可以通过使硼 (B) 与金属氢化物反应来制备。此过程广泛用于工业合成B₂H₆。

它可以通过少量反应碘 (I) 与硼氢化钠在二甘醇二甲醚中反应来合成。

2NaBH₄ + I₂ → B₂H₆ + 2NaI + H₂

加热硼化镁和HCl，我们得到一系列易弯曲的硼烷。

2Mg₃B₂ + 12HCl → 6MgCl₂ + B₂H₁₀ + H₂

获得B₄H₁₀后，

B₄H₁₀ + H₂ → 2B₂H₆

性质	乙硼烷
分子量	27.670 g/mol
沸点 (B.P.)	-92.40 ℃
密度	0.001131 g/cm³
熔点 (M.P.)	-164.85 ℃
化学式	B₂H₆
外观	无色气体，有难闻的气味

乙硼烷的用途

• 乙硼烷在聚合反应中用作橡胶硫化剂的催化剂。

• 它在各种化学过程中用作还原剂。

• 它用于生产硼磷硅酸盐。

• 它也用作半导体制造中的掺杂剂。

• 焊接炬含有B₂H₆。

• 它用作导弹推进剂。

结论

硼 (B) 化合物包括硼砂、原硼酸和乙硼烷。最重要的硼化合物是硼砂（四硼酸钠十水合物）。硼砂用作焊接中的助熔剂，以及皮革和洗衣业中的清洁剂。另一个重要的硼分子是B₂H₆。硼烷是一种仅含有B和H的化合物类型。乙硼烷是一种无色、剧毒且反应性极高的化合物。耐热玻璃（如派热克斯玻璃）由硼砂和硼酸制成。它们也用于制造纤维玻璃的玻璃。硼砂用作焊接材料的助熔剂，用于防刮、耐热和医药肥皂的来源，以及耐污陶瓷釉面涂层。

常见问题 (FAQ)

1. 硼是什么时候被发现的？

1808年，法国化学家盖-吕萨克和泰纳尔，以及英国化学家戴维分别在实验室中获得了硼，当时他们将硼酸与钾反应。

2. 硼砂是天然酸性还是碱性？

当硼砂溶于水时，它会产生大量的氢氧根离子（以氢氧化钠的形式），从而掩盖了原硼酸的酸性影响，表明硼砂主要是碱性的。硼砂的pH值为9.13，表明它是碱性的。

3. 哪些水果含有硼酸？

香蕉、苹果、花生、杏仁以及许多其他水果都含有少量硼酸。

4. 硼烷水解后会发生什么？

硼烷会被水水解，生成硼酸。从以下反应可以看出：$\mathrm{B_{2}H_{6}(气)\:+\:6H_{2}O(液)\rightarrow\:2B(OH)_{3}(aq.)\:+\:6H_{2}(气)}$

5. 为什么硼酸被认为是弱酸？

因为它从水中获得𝑂𝐻−离子，然后完成其八隅体，所以它被称为弱酸，因为它本身可以释放𝐻+离子。