性质:
1. 硼是一种灰色固体,以结晶或无定形形式存在。
2. 它具有高熔点和高硬度,是一种脆性材料。
3. 硼是一种良好的电子和热导体。
4. 硼在空气中稳定,但在高温下会与氧气反应,形成氧化硼(B2O3)。
5. 它能溶解在热的浓硫酸和氢氟酸中。
单质硼为黑色或深棕色粉末,熔点2076℃。沸点3927℃。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。晶态硼较惰性,无定形硼则比较活泼。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,高温时为良导体。硼共有14种同位素,其中只有两个是稳定的。
室温时为弱导电体;高温时则为良导体。在自然界中主要以硼酸和硼酸盐的形式存在。硼易被空气氧化,由于三氧化二硼膜的形成而阻碍内部硼继续氧化。常温时能与氟反应,不受盐酸和氢氟酸水溶液的腐蚀。硼不溶于水,粉末状的硼能溶于沸硝酸和硫酸,以及大多数熔融的金属如铜、铁、锰、铝和钙。
(1)与非金属作用
高温下B能与N?、O?、S等单质反应,例如它能在空气中燃烧生成B?O?和少量BN,在室温下即能与F?发生反应,但它不与H?、稀有气体等作用。
(2)B能从许多稳定的氧化物(如SiO?,P?O?,H?O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:
(3)与酸作用
硼不与盐酸作用,但与热浓H?SO?,热浓HNO?作用生成硼酸:
2B+3H?SO?(浓)=2H?BO?+3SO?↑
B+3HNO?(浓)=H?BO?+ 3NO?↑
(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+3KNO?=2NaBO?+3KNO?+H?O
(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。
硼还由于其缺电子性造成其氢化物中硼原子拥有异常高的配位数,使之成为所有元素氢化物中结构最复杂的。
制备方法
1、首先用浓碱液分解硼镁矿得偏硼酸钠,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。将四硼酸钠溶于水,用硫酸调节酸度,可析出溶解度小的硼酸晶体。加热使硼酸脱水生成三氧化二硼,经干燥处理后,用镁或铝还原B2O3得到粗硼。将粗硼分别用盐酸、氢氧化钠和氟化氢处理,可得纯度为95~98%的棕色无定形硼。
2、最纯的单质硼用氢还原法制得:使氢气和三溴化硼的混合气体经过钽丝,电热到1500K,三溴化硼在高温下被氢还原,生成的硼在钽丝上成片状或针状结构。
3、由镁粉或铝粉加热还原氧化硼而得。
4. 最常用的制取硼的方法是从硼矿石中提取。硼矿石中主要含有硼酸盐,可以通过浸出、结晶和还原等步骤来提取硼。
5. 硼也可以通过和氢气反应制取,生成硼化氢(BH3),然后再与氢气反应生成纯硼。
主要用途
构成生命
硼元素是核糖核酸形成的必需品,而核糖核酸是生命的重要基础构件。夏威夷大学宇航局天体生物学研究所的博士后研究员詹姆斯-斯蒂芬森称:“硼对于地球上生命的起源可能很重要,因为它可以使核酸稳定,核酸是核糖核酸的重要成分。在早期生命中,核糖核酸被认为是脱氧核糖核酸的信息前体。”
工业用途
硼是一种用途广泛的化工原料矿物,主要用于生产硼砂、硼酸和硼的各种化合物以及元素硼,是冶金、建材、机械、电器、化工、轻毛、核工业、医药、农业等部门的重要原料。时下,硼的用途超过300种,其中玻璃工业、陶瓷工业、洗涤剂和农用化肥是硼的主要用途,约占全球硼消费量的3/4。在玻璃和陶瓷工业中常用作增强剂,可以增加材料的硬度和耐磨性。 硼化合物在火箭燃料和烟火工业中用作氧化剂。硼也常用于核工业中的反应堆材料。中国硼矿资源虽然丰富,但是硼矿产品不能满足国内经济建设需求,2007年国内硼砂产量约为40万吨,进口硼矿产品64.87万吨,大量依赖进口,因此充分了解世界硼矿产品市场情况就显得相当重要。
单质硼用作良好的还原剂,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。
硼是微量合金元素,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;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。
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。
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