ОКСИД БОРА (B2O3): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Оксид бора или борный ангидрид представляет собой неорганическое соединение , химическая формула которого B ₂ O ₃ . Поскольку бор и кислород являются элементами p-блока периодической таблицы Менделеева и, тем более, головами соответствующих групп, разница в электроотрицательности между ними не очень велика; следовательно, ожидается, что B ₂ O ₃ будет ковалентным по природе.

B ₂ O ₃ получают растворением буры в концентрированной серной кислоте в плавильной печи при температуре 750 ° C; термическая дегидратация борной кислоты B (OH) ₃ при температуре около 300 ° C; или он также может быть образован как продукт реакции диборана (B ₂ H ₆ ) с кислородом.

Порошок оксида бора. Источник: материаловед из английской Википедии.

Оксид бора может иметь полупрозрачный стекловидный или кристаллический вид; последний путем измельчения может быть получен в виде порошка (верхнее изображение).

Хотя на первый взгляд может показаться, что это не так, B ₂ O ₃ считается одним из самых сложных неорганических оксидов; не только со структурной точки зрения, но также благодаря переменным свойствам, приобретаемым стеклами и керамикой, к которым они добавляются в их матрицу.

Структура оксида бора

Блок BO

B ₂ O ₃ представляет собой ковалентное твердое вещество, поэтому теоретически в его структуре нет ионов B ³⁺ или O ² , но есть связи BO. Бор, согласно теории валентных связей (TEV), может образовывать только три ковалентные связи; в данном случае - три ссылки БО. Как следствие этого, ожидаемая геометрия должна быть тригональной, BO ₃ .

Молекула BO ₃ бедна электронами, особенно атомами кислорода; Однако некоторые из них могут взаимодействовать друг с другом для восполнения указанного недостатка. Таким образом, треугольники BO ₃ соединены через общий кислородный мостик и распределены в пространстве в виде сети треугольных рядов, плоскости которых ориентированы по-разному.

Кристальная структура

Кристаллическая структура оксида бора. Источник: Orci

Пример таких рядов с треугольными блоками БО ₃ показан на изображении выше . Если приглядеться, не все грани планов указывают на читателя, а наоборот. Ориентация этих граней может быть причиной того, как B ₂ O ₃ определяется при определенной температуре и давлении.

Когда эти сети имеют структурный образец дальнего действия, это кристаллическое твердое тело, которое может быть построено из его элементарной ячейки. Здесь говорится, что B ₂ O ₃ имеет два кристаллических полиморфа: α и β.

Α-B ₂ O ₃ образуется при атмосферном давлении (1 атм) и считается кинетически нестабильным; Фактически, это одна из причин того, что оксид бора, вероятно, является трудно кристаллизующимся соединением.

Другой полиморф, β-B ₂ O ₃ , получают при высоких давлениях в диапазоне ГПа; следовательно, его плотность должна быть больше, чем у -B ₂ O ₃ .

Стекловидная структура

Кольцо бороксола. Источник: CCoil

Сети BO ₃ естественно имеют тенденцию принимать аморфные структуры; В них отсутствует узор, описывающий молекулы или ионы в твердом теле. Когда B ₂ O ₃ синтезируется, его преобладающая форма является аморфной, а не кристаллической; правильными словами: это твердое вещество более стеклянное, чем кристаллическое.

B ₂ O ₃ считается стекловидным или аморфным, если его сети BO ₃ неупорядочены. Не только это, но они также меняют то, как они собираются вместе. Вместо того, чтобы располагаться в тригональной геометрии, они в конечном итоге соединяются вместе, чтобы создать то, что исследователи называют бороксольным кольцом (верхнее изображение).

Обратите внимание на очевидную разницу между треугольными и шестиугольными элементами. Треугольные характеризуют кристаллический B ₂ O ₃ , а гексагональные - стекловидный B ₂ O ₃ . Еще один способ обозначить эту аморфную фазу - борсодержащее стекло или формулой: gB ₂ O ₃ («g» происходит от английского слова glassy).

Таким образом, сети gB ₂ O ₃ состоят из бороксольных колец, а не из звеньев BO ₃ . Однако gB ₂ O ₃ может кристаллизоваться до α-B ₂ O ₃ , что подразумевает взаимное превращение колец в треугольники, а также определяет степень достигнутой кристаллизации.

Свойства

Внешность

Это бесцветное стеклообразное твердое вещество. В кристаллической форме он белый.

Молекулярная масса

69,6182 г / моль.

Вкус

Слегка горький

плотность

-Кристаллический: 2,46 г / мл.

-Vitreous: 1,80 г / мл.

Температура плавления

У него нет полностью определенной точки плавления, потому что это зависит от того, насколько он кристаллический или стекловидный. Чисто кристаллическая форма плавится при 450 ° C; однако стеклообразная форма плавится в диапазоне температур от 300 до 700ºC.

Точка кипения

Опять же, указанные значения не совпадают с этим значением. Судя по всему, жидкий оксид бора (расплавленный из его кристаллов или из его стекла) кипит при 1860ºC.

стабильность

Он должен быть сухим, так как он впитывает влагу и превращается в борную кислоту B (OH) ₃ .

Номенклатура

Оксид бора можно назвать по-другому, например:

-Диборон триоксид (систематическая номенклатура).

-Оксид бора (III) (стоковая номенклатура).

-Оксид бора (традиционная номенклатура).

Приложения

Некоторые из применений оксида бора:

Синтез тригалогенидов бора

Тригалогениды бора BX ₃ (X = F, Cl и Br) могут быть синтезированы из B ₂ O ₃ . Эти соединения являются кислотами Льюиса, и с их помощью можно ввести атомы бора в определенные молекулы, чтобы получить другие производные с новыми свойствами.

инсектицид

Твердая смесь с борной кислотой B ₂ O ₃ -B (OH) ₃ представляет собой формулу, которая используется в качестве домашнего инсектицида.

Растворитель для оксидов металлов: образование стекол, керамики и сплавов бора

Жидкий оксид бора способен растворять оксиды металлов. Из полученной смеси после охлаждения получают твердые вещества, состоящие из бора и металлов.

В зависимости от количества используемого B ₂ O ₃ , а также технологии и типа оксида металла можно получить широкий спектр стекол (боросиликаты), керамики (нитриды и карбиды бора) и сплавов (если используются). только металлы).

Как правило, стекло или керамика приобретают большую прочность и прочность, а также большую долговечность. Что касается очков, они в конечном итоге используются для оптических линз и линз телескопов, а также для электронных устройств.

Связующее

При строительстве сталеплавильных печей используется огнеупорный кирпич на основе магния. Оксид бора используется в качестве связующего, помогая удерживать их вместе.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Wikipedia. (2019). Трехокись бора. Получено с: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2019). Оксид бора. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Рио Тинто. (2019). Оксид бора. 20 Mule Team Borax. Получено с: borax.com
5. Муханов А.А., Куракевич О.О., Соложенко В.Л. (SF). О твердости оксида бора (III). LPMTMCNRS, Université Paris Nord, Villetaneuse, Франция.
6. Хансен Т. (2015). B ₂ O ₃ (оксид бора). Получено с: digitalfire.com