2、氧化硼
三氧化二硼是白色固体,由硼酸脱水而得。
2H3B03→B203 3H20
高温下脱水得到玻璃状B203,低温减压条件下得结晶氧化硼,可作干燥剂。
B203是白色固体。晶态B203比较稳定,其密度为2.55 g•cm-3,熔点为450℃。玻璃状B203的密度为1.83g•crn—3,温度升高时逐渐软化,当达到赤热高温时即成为液态。
与碳、氮不同,硼与氧之间只能形成稳定的B—O单键,不能形成B=O双键。在B203晶体中,不存在单个的B203分子,而是含有一B—O—B—O一链的大分子。
B203能被碱金属以及镁和铝还原为单质硼。例如:
B203 3Mg→2B 3MgO
用盐酸处理反应混合物时,MgO与盐酸作用生成溶于水的MgCl2,过滤后得到粗硼。B203在高温时不被碳还原。
B203与水反应可生成偏硼酸HBO2和硼酸:
B203 H20→2HB02
B203十3H20→2H3BO3
熔融的B203可溶解许多金属氧化物,形成具有特征颜色的玻璃状偏硼酸盐。用于制造耐高温、抗化学腐蚀的化学实验仪器和光学玻璃,还用于搪瓷和珐琅工业的彩绘装饰中。由锂、铍和硼的氧化物制成的玻璃可以用作X射线管的窗口。硼纤维是一种具有多种优良性能的新型无机材料。
3、硼酸
硼的含氧酸包括偏硼酸(HBO2)、原硼酸(H3B03)、和多硼酸xB203•yH2O。原硼酸通常又简称为硼酸。将硼酸加热脱水可逐渐得到偏硼酸、硼酐。反之,将硼酐溶于水可逐渐得到偏硼酸、硼酸。
H3B03是白色鳞片状晶体,具有层状结构,层与层之间容易滑动,故可作润滑剂。
H3B03微溶于冷水,易溶于热水。H3B03是一元弱酸。其水溶液呈弱酸性。H3B03与水的反应如下:
3B(OH)3 H20≒[(OH)3 B ←OH] - H ; =5.8X10-10
H3B03是缺电子化合物,它在水中本身并不能解离出H ,而是由硼原子接受水解离出的OH—,而使溶液中的H 浓度增大的结果。B(OH)4-的构型为四面体,其中硼原子采用sp3杂化轨道成键。
H3B03是典型的Lewis酸,在H3BO3溶液中中加入多羟基化合物,如甘油(丙三醇)、甘露醇,由于形成配合物和H 而使溶液酸性增强。
H3BO3遇到某种比它强的酸时,有显碱性的可能
B(OH)3 H 3PO4 →BPO4 3H2O
大量的硼酸用于搪瓷工业。H3B03有缓和的防腐消毒作用,是医药上常用的消毒剂。有时也用作食物的防腐剂。
工业硼酸由盐酸或硫酸分解硼砂矿而制得。
Na 2 B 4 O 7 •10H 2 O 2HCl==4H 3 BO 3 2NaCl 5H 2 O
4、四硼酸钠
硼酸盐有偏硼酸盐、原硼酸盐和多硼酸盐等多种。最重要的硼酸盐是四硼酸钠,俗称硼砂。硼砂的分子式是Na2B4O5(OH)4•8H2O,习惯上也常写作Na2B4O7•10H2O。硼砂晶体中,[B4O5(OH)4)]2—阴离子通过氢键互相连接成链,链与链之间借钠离子联系在一起,其中还含有水分子。[B4O5(OH)4)]2—的结构如图13—6所示。
硼砂是无色透明晶体,在干燥空气中易风化失水。硼砂受热失去结晶水体积膨胀;加热到350~400℃时进一步脱水成为无水Na2B4O7;加热至878℃时熔化为玻璃状态,冷却后成为透明的玻璃状物质,称为硼砂玻璃。熔融状态的硼砂同B203一样,能溶解一些金属(如Fe,Co,Ni,Mn等)的氧化物形成具有特征颜色的偏硼酸的复盐。如Co(B02)2•2NaBO2为蓝色,Mn(BO2)2•2NaBO2为绿色。这一性质在分析化学中被用来鉴别某些金属离子,称为硼砂珠试验。
硼砂在水中的溶解度随温度升高而显著增大。其水溶液因B4O 5 (OH)4 2-水解而显碱性:
B4O 5 (OH)4 2-+5H 2O≒4H3BO3 2OH-≒2H3BO3+2B(OH)4 –
20℃时,硼砂溶液的pH =9.18 。硼砂溶液中含有的H3BO3和 B(OH)4 –物质的量相等,故具有缓冲作用。在实验室中可用它来配制缓冲溶液。它也常用于作基准物标定酸溶液的浓度。
硼砂被应用制造耐温度骤变的特种玻璃和光学玻璃。陶瓷工业上用硼砂来制备底熔点釉。由于硼砂能溶解金属氧化物,焊接金属时可以作助溶剂,可去除金属表面的氧化物。它还是医药上的消毒剂和防腐剂。硼砂也常用做肥皂和洗衣粉的填料。