§15.2   硼族元素
    
    15、2、1、硼族元素概述
    硼族元素包括硼(B)、铝(A1)、镓(Ga)、铟(In)和铊(T1)五种元素。B为非金属元素，其余为金属元素。本族元素均能导电，硼的导电性最差。铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，其丰度（以质量计）居第三位，而在金属元素中铝的丰度居于首位。
    硼族元素的价电子构型为ns 2 np 1。与同周期的卤素、氧族元素、氮族元素、碳族元素相比，有较大的给电子趋势，它们的化合物以正氧化数为主要特征，前四种元素都是 3，T1主要为 1。硼的原子半径较小，电负性较大，所以硼的化合物都是共价型的，在水溶液中也不存在B3 ，而其他元素均可形成Ma3 和相应的化合物。但由于M3 具有较强的极化作用，这些化合物中的化学键也容易表现出共价性。在硼族元素化合物中形成共价键的趋势自上而下依次减弱。由于惰性电子对效应的影响，低氧化值的TI(1)的化合物较稳定，所形成的键具有较强的离子键特征。和电负性较大的O有较大的亲和力，B和A1尤为突出。
    硼族元素原子的价电子轨道(ns  np )数为4，而其价电子仅有3个，这种价电子数小于价键轨道数的原子称为缺电子原子。它们所形成的化合物有些为缺电子化合物。在缺电子化合物中，成键电子对数小于中心原子的价键轨道数，由于有空的价键轨道的存在，所以它们有很强的接受电子对的能力，容易形成聚合型分子(如A12C16)和配位化合物(如HBF4)。在此过程中，中心原子的价键轨道的杂化方式由sp2杂化过渡到sp3杂化。相应分子的空间构型由平面结构过渡到立体结构。
    在硼的化合物中，硼原子的最高配位数为4，而在硼族其他元素的化合W物中，由于外层d轨道参与成键，所以中心原子的最高配位数可以是6。硼和铝在原子半径、电离能、电负性、熔点等性质上有较大的差异。
    15.2.2、 硼及其化合物
    1．硼
    硼为亲氧元素，在自然界没有游离态，主要以含氧化合物的形式存在，如硼镁矿Mg2B205•H2O和硼砂Na2B407•10H2O等。我国西部地区有丰富的硼砂矿。
    非金属单质中硼具有最复杂的结构。单质硼有晶体和无定形体两种。晶体硼有多种同素异形体，颜色有黑色、黄色、红色等，随结构及所含杂质的不同而异。无定形体硼为棕色粉末。硼的熔点、沸点很高。晶体硼很硬，莫氏硬度为9.5，其硬度仅次于金刚石。
    硼主要形成共价化合物，如硼烷、卤化物和氧化物等。
    硼和铝一样，价电子数少于价轨道数，硼原于是一个缺电子原子，所形成的BF3和BCI3等化合物为缺电子化合物。B原子的空轨道容易与其他分子或离子的孤对电子形成配位键。例如
    BF3  ：NH3→[H3N：BF3]
    BF3 F—→[BF4]—
    硼族元素中，硼具有一般常见的非金属元素的反应性能。晶体硼的化学性质不活泼，不与氧、硝酸、热浓硫酸、烧碱等作用。无定形体硼比较活泼，能与熔融的NaOH反应。金属铝的化学性质比较活泼，但由于其表面有一层致密的钝态氧化膜，而使铝的反应活性大为降低，不能与空气和水进一步作用。硼族单质的化学性质列于表13—2中。由于硼有较大的电负性，它能与金属形成硼化物，其中硼的氧化值一般认为是一3。硼和铝都是亲氧元素，它们与氧的结合力极强。硼能把铜、锡、铅、锑、铁和钴的氧化物还原为金属单质。
    能被浓HNO3或浓H2S04氧化成硼酸，易与强碱反应放出H2。
    2B 2NaOH 2H2O→2NaB02 3H2↑
    硼有较高的吸收中子的能力，在核反应堆中，硼作为良好的中子吸收剂使硼常作为原料来制备一些特殊的硼化合物，如金属硼化物和碳化硼B4C等。