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氧化硼是一种无色玻璃状固体,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。

基本资料

熔点(℃)】445(718.13K)
沸点(℃)】1500(1773.13K)
性状
三氧化二硼化学式:B2O3)又称 氧化硼,是最主要的氧化物。它是一种无色玻璃状固体,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。它是已知的最难结晶的物质之一。
无色玻璃状晶体或粉末。常压法与减压法(真空法)制得的产物外观不同,前者为坚韧的固体,后者为多孔疏散性固体。表面有滑腻感,无味。相对密度 2.460 g/cm (液态) 2.55 g/cm (三方) 3.11–3.146 g/cm (单斜),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。
【溶解情况】
溶于酸和乙醇,微溶于冷水,溶于热水。
【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(见右图)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 = 180 GPa)。g-B2O3和β-B2O3的维氏硬度分别为1.5GPa和16GPa。

化学性质

氧化硼是酸性氧化物,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)。这是硼砂珠试验定性鉴别金属的原理。例如:
CuO+B2O3→Cu(BO2)2(蓝色)Fe2O3+3B2O3→2Fe(BO2)3(黄色)氧化硼可以被碱金属、铝和还原为单质
B2O3+3Mg→2B+3MgO
反应后用盐酸处理反应混合物,MgO、B2O3和Mg溶于盐酸,过滤后得到粗硼。氧化硼在高温时不能为还原(高温下可以形成碳化硼)。高温下氧化硼与碳和氯气反应,可以得到三氯化硼
B2O3+3C+3Cl2→2BCl3+3CO
600 °C时,氧化硼与反应可以得到氮化硼(BN),与氢化钙反应则得到六硼化钙(CaB6)。氧化硼是硼酸酸酐,溶于水时会放出大量热生成偏硼酸硼酸
B2O3(s)+H2O(g)→2HBO2(g) △H°=-199.2kJ/mol
B2O3+3H2O→2H3BO3
【制备】 虽然硼在空气和氧气中燃烧都可以直接产生三氧化二硼,但三氧化二硼主要是通过硼酸脱水制取的。在200-400 °C对硼酸真空脱水,可以得到非常干燥的三氧化二硼。如果在大气中脱水,即使加热到1000 °C,也很难去除最后剩下的痕量水。
H3BO3→HBO2+H2O
2HBO2→B2O3+H2O
硼酸则可通过硼砂硫酸共热反应制取。
【用途】
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。
玻璃成分中的B2O3的作用如下:
形成玻璃网络结构的一种物质。添加到石英玻璃的网络结构中,能减小黏度而对热膨胀和化学耐久性无任何负面影响。是耐热玻璃和化学玻璃器皿的成分之一。
【其他】
吸湿性极强。
【安全性】 用内衬二层聚乙烯塑料袋的聚乙烯塑料桶包装。每桶净重25kg。包装上要有“严防潮湿”标志。贮存在通风、干燥的库房中。各层聚乙烯塑料袋要分别扎紧,聚乙烯塑料桶加盖盖紧。贮运时要严格防潮,防雨淋,不可与酸类接触。失火时,可用砂土和二氧化碳灭火器扑救。氧化硼经动物实验可知,其毒性较低,因而规定了与其他低毒的一般粉尘相同的允许浓度值为10mg/m3。
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- 来自原声例句
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