氧化硼

更新时间:2024-09-09 17:38

氧化硼是一种无机物,化学式为B2O3,又称三氧化二硼,是最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体,一般以无定形的状态存在,很难形成晶体,但在高强度退火后也能结晶,是已知的最难结晶的物质之一。熔融时可以溶解许多碱性的金属氧化物,生成有特征颜色的玻璃状硼酸盐和偏硼酸盐(玻璃),用于制取元素硼和精细硼化合物。也可与多种氧化物化合制成具有特征颜色的硼玻璃、光学玻璃耐热玻璃、仪器玻璃及玻璃纤维、光线防护材料等。还可用作油漆的耐火阻烯添加剂和干燥剂。

理化性质

1、性状: 无色玻璃状晶体或粉末。

2、密度(g/mL,25/4℃): 1.812(无定形)、2.46(结晶)

3、熔点(ºC):450℃(结晶)

4、沸点(ºC,常压):1860

5、溶解性:溶于水,生成硼酸。溶于酸、碱溶液。

结构

玻璃状氧化硼(g-B2O3)很可能是一种由许多三角形BO3单元通过共用氧原子部分有序连接而成的网络结构,其中以硼氧相间的六元环B3O3占优势。该六元环中,硼原子为三配位,氧原子为二配位。该玻璃体在325-450 °C时软化,其密度随受热情况而有一个变化范围。加热时,玻璃体氧化硼结构中的无序度增加。超过450 °C时会产生有极性的-B=O基。高于1000 °C时,氧化硼蒸气则全部由B2O3单体组成,其结构为角形的 O=B-O-B=O。

常压下使液态的氧化硼在200-250°C范围内结晶,可以形成普通的六方晶系氧化硼(α-B2O3),其结构几乎全部由三角形的BO3单元组成。

在22000atm和400°C时,α-B2O3转变为高温高压型的单斜晶体β-B2O3。该转变过程类似于石英在高压下到柯石英的转化。除此之外,β-B2O3也可以由液态氧化硼在40000atm和600°C时结晶得到。

β-B2O3的体积模量很大(K=180GPa)。g-B2O3和β-B2O3的维氏硬度分别为1.5GPa和16GPa。

性质与稳定性

1、如果遵照规格使用和储存则不会分解,未有已知危险反应,避免水分、潮湿。

2、表面有滑腻感,无味。可溶于酸、乙醇、热水,微溶于冷水。对热稳定,白热时也不被碳还原,但碱金属以及镁、铝皆能使之还原成单质硼。加热至600 ℃时,可变成黏性很大的液体。在空气中可强烈地吸水,生成硼酸。可与若干种金属氧化物化合而形成具有特征颜色的硼玻璃,能与碱金属、铜、银、铝、砷、锑、铋的氧化物完全混溶。有毒。

3、晶状硼酸制得的三氧化二硼是一种白色、多孔、微微熔结的物质。它很容易被粉碎,不过在操作中必须排除大气中的水汽。该三氧化二硼有很高的反应性,当与水汽接触时会放出热量并发咝咝声。

制备方法

1、常压法

将硼酸送入加热釜内,升温,硼酸徐徐脱水。当温度升到107.5℃时变为偏硼酸(HBO2),升温到150~160℃时转变为四硼酸(H2B4O7),650℃以上则熔体产生大量泡沫,最终将温度保持在800~1000℃,灼烧脱水到物料呈红色并不再鼓泡为止。熔料相对密度为1.52。这时开启抽丝机进行抽丝,温度控制在700~900℃。然后将抽丝机上的氧化硼丝用退切机切断,包装,得氧化硼成品。其反应方程式如下:

2、真空法

将硼酸置于不锈钢盘中,放入烘箱内先烘1.5h,再升温至150℃,加热4h。加热过程中要经常翻动,使其脱水均匀。接着将物料移出,冷却,粉碎,然后置于真空烘箱中,保持密封,在220℃下加热1.5h,再升温至260℃,并加热4h。再将物料冷却、粉碎,放入管式炉中,加热温度控制在280℃,在真空下脱水4h,制得氧化硼产品。

3、将晶状的硼酸装在一只小皿中。放在装有五氧化二磷的干燥反应器中并在真空下加热至200℃使之完全脱水。水真空泵提供的真空度已够用了,但最好采用较高真空度的真空泵。重要的是温度要慢慢地升高到200℃,否则硼酸会熔结起来而妨碍水汽的进一步逸散。所用的量越大,在200℃下加热的时间应越长,有时保温达4h以上,脱水才能完全。对于3g硼酸,加热1h就够了。另外,在温度保持不超过200℃的条件下,可以在干燥空气流中进行硼酸的脱水。所用干燥空气是将空气通过硫酸,然后再通过五氧化二磷或多孔性氧化钡进行干燥而得。

应用领域

1、硅酸盐分析中测定二氧化硅和碱,吹管分析,分解硅酸盐的助熔剂。

2、用作硅酸盐分解时的助熔剂,半导体材料的掺杂剂,耐热玻璃器皿和油漆耐火添加剂。是制取元素硼和各种硼化合物的原料。

3、在冶金工业上用于合金钢的生产。

4、可用作有机合成的催化剂,高温用润滑剂的添加剂以及化学试剂等。

5、用作分析试剂,如分解样品的助熔剂,用于硼的制备。还用作半导体硅的掺杂源。高纯试剂,用于半导体生产中的外延、扩散工序。

分子结构数据

1、摩尔折射率:无可用的

2、摩尔体积(cm3/mol):无可用的

3、等张比容(90.2K):无可用的

4、表面张力(dyne/cm):无可用的

5、介电常数:无可用的

6、极化率(10-24cm3):无可用的

7、单一同位素质量:70.003356 Da

8、标称质量:70 Da

9、平均质量:69.6202 Da

计算化学数据

1、氢键供体数量:0

2、氢键受体数量:3

3、可旋转化学键数量:0

4、拓扑分子极性表面积(TPSA):43.4

5、重原子数量:5

6、表面电荷:0

7、复杂度:34.2

8、同位素原子数量:0

9、确定原子立构中心数量:0

10、不确定原子立构中心数量:0

11、确定化学键立构中心数量:0

12、不确定化学键立构中心数量:0

13、共价键单元数量:1

生态学数据

对水是稍微有危害的,不要让未稀释或大量的产品接触地下水、水道或者污水系统,若无政府许可,勿将材料排入周围环境。

毒理学数据

1、急性毒性:小鼠引入腹膜LD50:1868mg/kg小鼠口经LD50:3163mg/kg,小鼠经口LD50:3163mg/kg。

2、可刺激鼻、眼及皮肤,引起结膜炎、红疹。

贮存方法

1、保持贮藏器密封、储存在阴凉、干燥的地方,确保工作间有良好的通风或排气装置,远离火种、热源。

2、应与酸类分开存放,切忌混贮。工作人员应做好防护,若不慎触及皮肤和眼睛,应立即用大量清水进行冲洗。

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