2020-09-08 10:33:50

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所属类别 :
中医学与中药学
中医学与中药学
编辑分类

硼是一种化学元素,它的化学符号是B,它的原子序数是5,是一种类金属。天然的硼主要存在于硼砂矿及硼钠方解石矿中。

基本信息

  • 中文名

  • 外文名

    Boron

  • 元素符号

    B

  • 原子量

    10.811

  • 形态

    固态

  • 颜色

    黑色

  • 发现人

    盖-吕萨克

  • CAS登录号

    7440-42-8

  • EINECS登录号

    231-151-2

  • 熔 点

    2180℃

  • 沸 点

    3650℃

折叠 编辑本段 元素介绍

名称

中文名称:

英文别名:Boron,amorphous

CAS号:7440-42-8

元素符号:B

相对原子质量:10.811

性状:黑色或深棕色粉末。在常温时为弱导体,而在高温时导电良好。痕量碳的搀合物能使传导率提高。在空气中氧化时由于三氧化二硼膜的形成,而起自身限制作用,当温度在1000℃以上时,氧化层才蒸发。常温时能与氟反应。不受盐酸氢氟酸水溶液的影响。与熔化的过氧化钠,或一种碳酸钠和硝酸钾熔化混合物能剧烈反应。粉末能溶于沸硝酸硫酸,以及大多数熔融的金属如铜、铁、锰、铝和钙。不溶于水。相对密度2.350。熔点约2300℃。沸点3658℃。

储存:密封保存。

用途:耐高温合金工业。温度表。催化剂。陶器。植物营养剂。半导体。核化学中用作中子吸收剂。

折叠 详细介绍

硼属于非金属元素,符号B(boron)  

原子体积:(立方厘米/摩尔)4.6

元素在海水中的含量:(ppm)4.41

元素在太阳中的含量:(ppm) 0.002

地壳中含量:(ppm)950

莫氏硬度9.3

氧化态:  

Main B+3

Other

化学键能:(kJ /mol)

硼

化学键键能(kJ/mol)
B-H381
B-H-B439
B-C372
B-O523
B-F644
B-Cl444
B-B335

晶胞参数:  

a = 506 pm

b = 506 pm

c = 506 pm

α = 58.06°

β = 58.06°

γ = 58.06°

硼电离能(kJ/ mol)   

M - M⁺  800.6

M⁺ - M²⁺ 2427

M2⁺ - M3⁺  3660

M3⁺ - M4⁺ 25025

M4⁺ - M5⁺ 32822

晶体结构晶胞为三斜晶胞。

核内质子数5

核外电子数5

中子数:6

核电荷数:5

原子核亏损质量:0.28017u

质子质量:8.365E-27

质子相对质量5.035

所属周期2

所属族数:IIIA

摩尔质量11 克每摩尔(g/mol)

氢化物:BH(现在还没有发现BH₃)硼氧化物BO

密度2.34

熔点2300.0

沸点3658

热导率:W/(m·K)27.4

声音在其中的传播速率:(m/S)16200

外围电子排布[He] 2s² 2p¹

核外电子排布2,3

核电荷数:5

电子层:K-L

颜色和状态固体

原子半径1.17

常见化合价+3

蒸汽压:

P/Pa1101001 k10 k100 k
at T/K234825622822314135454072

折叠 发现过程

1808年,英国的戴维和法国的盖·吕萨克、泰纳,用钾还原硼酸而制得硼。

折叠 性状特点

硼在室温下比较稳定,即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用。硼能和卤族元素直接化合,形成卤化硼。硼在600~1000°C可与硫、锡、磷、砷反应;在1000~1400°C与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质,常具有特殊的性质。

它是最外层少于4个电子的仅有的非金属元素。其单质有无定形和结晶形两种。前者呈棕黑色到黑色的粉末。后者呈乌黑色到银灰色,并有金属光泽。硬度与金刚石相近。无定形的硼密度2.3克/厘米³,(25-27℃);晶形的硼密度2.31克/厘米³,熔点2300℃,沸点2550℃,。在室温下无定形硼在空气中缓慢氧化,在800℃左右能自燃。硼与盐酸或氢氟酸,即使长期煮沸,也不起作用。它能被热浓硝酸和重铬酸钠与硫酸的混合物缓慢侵蚀和氧化。过氧化氢和过硫酸铵也能缓慢氧化结晶硼。上述试剂与无定形硼作用激烈。与碱金属碳酸盐和氢氧化物混合物共熔时,所有各种形态的硼都被完全氧化。氯、溴、氟与硼作用而形成相应的卤化硼。约在600℃硼与硫激烈反应形成一种硫化硼的混合物。硼在氮或氨气中加热到1000℃以上则形成氮化硼,温度在1800-2000℃是硼和氢仍不发生反应,硼和硅在2000℃以上反应生成硼化硅。在高温时硼能与许多金属和金属氧化物反应,生成金属硼化物。硼在600~1000°C可与硫、锡、磷、砷反应;在1000~1400°C与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质,常具有特殊的性质。

折叠 元素来源

在自然界中,硼只以其化合物形式存在着(像在硼砂、硼酸中,在植物和动物中只存在有痕量的硼),通常由电解熔融的氟硼酸钾和氯化钾或热还原它的其他化合物(如氧化硼)制得

折叠 制备方法

硼的氧化物用活泼金属热还原;用氢还原硼的卤化物;用碳热还硼砂;电解熔融硼酸盐或其他含硼化合物;热分解硼的氢化合物上述方法所得初产品均应真空除气或控制卤化,才可制得高纯度的硼。

折叠 元素用途

它主要用于冶金(如为了增加钢的硬度)及核子学中,因为它吸收中子能力强

由于硼在高温时特别活泼,因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性,硼还用于原子反应堆和高温技术中。棒状和条状硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质,可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。硼的化合物在农业、医药、玻璃工业等方面用途很广。天然含硼的化合物硼砂(Na₂BO·10H₂O)早为古代医药学家所知悉。我国西藏是世界上盛产硼砂的地方。

1702年法国医生霍姆贝格首先从硼砂制得硼酸,称为salsedativum,即镇静盐。1741年法国化学家帕特指出,硼砂与硫酸作用除生成硼酸外,还得到硫酸钠。1789年拉瓦锡把硼酸基列入元素表。1808年英国化学家戴维和法国化学家盖吕萨克、泰纳各自获得单质硼。硼的拉丁名称为 boracium,元素符号为B。这一词来自borax(硼砂)。

硼的应用比较广泛。硼与塑料或铝合金结合,是有效的中子屏蔽材料;硼钢在反应堆中用作控制棒;硼纤维用于制造复合材料等。

折叠 编辑本段 历史简介

几个世纪以来,硼砂的唯一来源是NaBO(OH) ,结晶状储存于西藏的羊卓雍措湖。金匠曾把它作为助熔剂使用。

1808年,在巴黎工作的Louis-Josef Gay-Lussac和Louis-Jacques Thénard,还有在伦敦的Sir Humphry Davy,各自独立的用加热硼砂和金属钾的方法提取出了硼。实际上,他们都没有生产出纯净的硼元素,其几乎不可能获得。更纯净的硼是由Henri Moissan于1892年提取的。最终,美国的E. Weintraub点燃了氯化硼,BCl3 蒸气,和氢的混合物,生产出了完全纯净的硼。这种物质获取的硼被发现性质和以前的报告有很大的不同。[1]

折叠 编辑本段 主要应用

折叠 冶金

硼与塑料或铝合金结合,是有效的中子屏蔽材料;硼钢在反应堆中用作控制棒;硼纤维用于制造复合材料等。由于硼在高温时特别活泼,因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性,硼还用于原子反应堆和高温技术中。棒状和条状硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质,可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。含硼添加剂可以改善冶金工业中烧结矿的质量,降低熔点、减小膨胀,提高强度硬度。硼及其化合物也是冶金工业的助溶剂和冶炼硼铁硼钢的原料,加入硼化钛、硼化锂、硼化镍,可以冶炼耐热的特种合金。建材

硼酸盐、硼化物是搪瓷、陶瓷、玻璃的重要组分,具有良好的耐热耐磨性,可增强光泽,调高表面光洁度等。

折叠 轻工

硼酸,硼酸锌可用于防火纤维的绝缘材料,是很好的阻燃剂,也应用于漂白、媒染等方面;偏硼酸钠用于织物漂白。此外,硼及其化合物可用于油漆干燥剂,焊接剂,造纸工业含汞污水处理剂等。

折叠 化工

用作良好的还原剂,氧化剂,溴化剂,有机合成的掺合材料,高压高频电及等离子弧的绝缘体,雷达的传递窗等。

折叠 核工业

用作原子反应堆中的控制棒,火箭燃料,火箭发动机的组成物及高温润滑剂,原子反应堆的结构材料等。

折叠 农业

用作杀虫剂,防腐剂,催化剂,含硼肥料等。

折叠 高新材料方面

硼化镁作为高温超导材料,价格低廉,导电率高;稀土硼化物已经成功用于雷达、航空航天、冶金、环保等20多个军事和高科技领域。硼化物金属陶瓷具有高温耐磨擦性能,良好的抛光性能和抗化学腐蚀性能。含硼推进剂是高能洁净推进剂。

折叠 主要硼产品

硼化物  

三溴化硼

二硼化钛

二硼化铬

氮化硼

99.99%六方氮化硼

99.9%六方氮化硼

合金

硼铜合金

硼钢合金

折叠 硼化物

(1)三溴化硼:

无色或稍带黄色的发烟液体,有强烈的刺激性臭味。临界温度300℃,折射率1.5312。

(2)二硼化钛:

二硼化钛为灰白色六方形晶体或粉末,无味。其熔点2980℃,密度4.5~4.52,硬度(Hi)3600。它具有优良的抗氧化性及导电性能。平均粒径D=4~8μ。

(3) 二硼化铬:

熔点1760℃,抗氧化性能好,高温强度大。

折叠 编辑本段 具体介绍

硼(Boron)源自硼砂borax和碳carbon,1808年发现,硼是一种非金属,化合物以硼砂(四硼酸钠)和硼酸最为著名,后者是起清洁杀菌作用,对眼睛有益处的一种酸。美国的各种工业每年对硼的需要量,都在240,000t以上。在农业上,硼即可制成肥料,也是一种很好的除草剂。

折叠 硼的发现简史

尽管人们很久以前就和硼打交道,如古代埃及制造玻璃时已使用硼砂作熔剂,古代炼丹家也使用过硼砂,但是硼酸的化学成分19世纪初还是个谜。

1808年,英国化学家戴维(Sir Humphry Davy,1778—1829)在用电解的方法发现钾后不久,又用电解熔融的三氧化二硼的方法制得棕色的硼。同年法国化学家盖-吕萨克(Joseph-Louis Gray-Lussac ,1778—1850)和泰纳(Louis Jacques Thenard,1777—1857)用金属钾还原无水硼酸制得单质硼。

硼被命名为Boron,它的命名源自阿拉伯文,原意是“焊剂”的意思。说明古代阿拉伯人就已经知道了硼砂具有熔融金属氧化物的能力,在焊接中用做助熔剂。硼的元素符号为B,中译名为硼。直至1981年,人们才认识到硼不仅是植物,而且是动物合人类所必须的元素。当时报道的一项早期研究结果提示了硼的必要性,在这项研究中发现,给雏鸡喂饲维生素D不足但并不完全缺乏的饲料时,硼能够改善其骨骼钙化。

折叠 单质硼

单质硼有多种同素异形体,无定形硼为棕色粉末,晶体硼呈灰黑色.单质硼的硬度近似于金刚石,有很高的电阻,但它的导电率却随着温度的升高而增大。关于单质硼,我们作如下介绍:

单质硼的结构

单质硼的性质

单质硼的制备

折叠 单质硼的结构

晶态单质硼有多种变体,它们都以B12正二十面体为基本的结构单元。这个二十面体由12个B原子组成,20个接近等边三角形的棱面相交成30条棱边和12个角顶,每个角顶为一个B原子所占据。

由于B12二十面体的连接方式不同,键也不同,形成的硼晶体类型也不同。我们仅介绍其中最普通的一种α-菱形硼。

α-菱形硼是由B12单元组成的层状结构,这是α-菱形硼晶格的俯视图和三中心键情况。由图中可以清楚的看到,α-菱形硼晶体中既有普通的σ键,又有三中心两电子键。许多B原子的成键电子在相当大的程度上是离域的,这样的晶体属于原子晶体,因此晶态单质硼的硬度大,熔点高,化学性质也不活泼。

在α-菱形硼晶格中,每个二十面体通过处在腰部的6个B原子以三中心两电子键与在同一平面内的相邻的6个二十面体连接起来,(图中虚线三角形表示三中心两电子键,键距203pm)。这种二十面体组成的片层,层面结合靠的是二十面体的上下各3 个B原子以6个正常的B—B共价键(即两中心两电子键,键长171pm)同上下两层的6个附近的二十面体相连接,3个在上一层,3个在下一层。

在硼的二十面体结构单元中,B12的36个电子是如下分配的:在二十面体内有13个分子轨道,用去26个电子;每个二十面体同上下相邻的6个二十面体形成6个两中心两电子共价键,用去了6个电子;在二十面体腰部的6个B原子与同平面上周围相邻的6个三中心两电子键,用去了6×2/3=4个电子。结果总电子数是26+6+4=36,所有的电子都已用于形成复杂的多面体结构。

一个三中心两电子键是由3个B原子以各自的一个sp杂化轨道重叠形成的,重叠的交角是120,形成了特有的[]三角棱面,这种闭合的三中心键的分子轨道能级图如下:

三个杂化原子形成一个成键分子轨道和两个反键分子轨道,在这个成键分子轨道里有一对电子。

折叠 硼的成键特征

硼是周期表第三主族唯一的非金属元素,B原子的价电子结构是2s2 2p1,它能提供成键的电子是2s2p,还有一个空轨道。这种B原子的价电子少于价轨道数的缺电子情况,但硼与同周期的金属元素锂,铍相比原子半径小,电离能高,电负性大,以形成共价键分子为特征。

在硼原子以sp2杂化形成的共价分子中,余下的一个空轨道可以作为路易斯酸,接受外来的孤对电子,形成以sp3杂化的四面体构型的配合物。例如三氟化硼与氨气分子形成的配合物;若没有合适的外来电子,可以自相聚合形成缺电子多中心键,例如三中心二电子氢桥键,三中心二电子硼桥键,三中心二电子硼键,如下图所示。

需要注意的是桥键与三中心二电子间的不同。硼桥键中心的硼原子是P轨道与两个杂化轨道的重叠,氢桥键中心的氢原子是S轨道与两个杂化轨道的重叠,而三中心二电子硼键为三个杂化轨道的组合重叠。

硼

折叠 编辑本段 主要性质

折叠 简介

晶态硼较惰性,无定形硼则比较活泼。

(1)与非金属作用

高温下B能与N₂、O₂、S、X₂等单质反应,例如它能在空气中燃烧生成B2O3和少量BN,在室温下即能与F₂发生反应,但它不与H2作用。

(2)B能从许多稳定的氧化物(如SiO₂,P₂O,H₂O等)中夺取氧而用作还原剂。例如在赤热下,B与水蒸气作用生成硼酸和氢气

2B+6H₂O(g)==2H3BO3+3H₂↑

(3)与酸作用

B不与盐酸作用,但与热浓H₂SO4,热浓HNO3作用生成硼酸:

2B+3H₂SO4(浓)==2H3BO3+3SO₂↑

B+3HNO3(浓)==H3BO3+ 3NO₂↑

(4)与强碱作用

在氧化剂存在下,硼和强碱共熔得到偏硼酸盐:

2B+2NaOH+3KNO3==2NaBO₂+3KNO₂+H₂O

(5)与金属作用

高温下硼几乎能与所有的金属反应生成金属硼化物。它们是一些非整比化合物。组成中B原子数目越多,其结构越复杂。

无定形硼用于生产硼钢,硼钢的抗冲击性能好,又因为B有吸收中子的特性,硼钢不仅是制造喷气发动机的优质钢材,还用于制造原子反应堆的控制棒。

折叠 单质硼的制备

工业上制备一般有两种方法:

(1)碱法

①用浓碱液分解硼镁矿得偏硼酸钠:

②将NaBO2在强碱溶液中结晶出来,使之溶于水成为较浓的溶液,通入CO₂调节碱度,浓缩结晶即得到四硼酸钠,即硼砂:

③将硼砂溶于水,用硫酸调节酸度,可析出溶解度小的硼酸晶体:

④加热使硼酸脱水生成B2O3:

⑤用镁或铝还原B2O3得到粗硼:

(2)酸法

用硫酸分解硼镁矿一步制得硼酸:

此方法虽简单,但须耐酸设备等条件,不如碱法好。

粗硼用盐酸。氢氧化钠.和氟化氢处理,可得纯度为95-98%的棕色无定形硼。

(3)碘化硼热解制碘化硼

将碘化硼在灼热(1000-1300K)的钽丝上热解,可达到纯度达99.95%-菱形硼:

安全信息

  • 包装等级:III
  • 危险类别:4.1
  • 海关编码:2804500010
  • 危险品运输编码:UN31784
  • 危险类别码:R11
  • 安全说明:S24/25
  • 危险品标志:Xn:Harmful;F:Flammable;

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