硼的化合物

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引言

硼作為一種具有非凡物理性質的神奇元素，已廣泛應用於各個領域和應用中，從汽車和醫療保健到建築和航空航天。它在創新型糧食安全和能源解決方案（用於脫碳）中的重要性正日益得到認可。硼是一種化學元素，符號為B，原子序數為5。在常溫下，硼以固態存在，是一種準金屬。無定形硼是棕色粉末，而晶體硼是深色易碎的準金屬。硼具有3個價電子，可以形成共價鍵，從而形成超硬晶體碳化硼、硼酸和硼酸鈉。這種元素自古以來就已在自然界中得到應用，例如在陶器中。

硼形成的化合物

硼是元素週期表3A族或第十三族的第一個元素。它是第十三族元素的第一個成員，是一種非金屬元素，位於元素週期表的第十三族。它是一種非常稀有但反應性極強的元素，通常與其他元素結合存在。硼家族的鉛積累被用於許多工業和化學應用，並且是許多研究的主題。它可以與其他元素形成多種化合物。該元素形成以下化合物：硼砂或四硼酸鈉、乙硼烷（硼氫化物）、硼的鹵化物、硼酸或原硼酸以及氮化硼。

硼砂 (Na₂B₄O₇·10H₂O)

硼砂，也稱為四硼酸鈉 (Na₂B₄O₇·10H₂O)，由硼 (B)、鈉 (Na) 和氧 (O) 組成。它通常被稱為硼酸鈉，是一種天然存在的白色礦物，通常以粉末狀存在。它常見於鹽湖中，與硼酸不同。“硼砂珠試驗 (BBT)”是一種用於檢測過渡金屬的定性方法。

硼砂的生產過程

硼砂通常透過精煉和結晶方法生產，以將其從稱為硼砂礦的鹽或未精煉礦石中分離出來。為了從湖泊滷水中提取硼砂，對滷水進行碳酸化或蒸發以形成晶體。結晶過程的結果通常被粉碎然後乾燥。為了分離礦物，必須從礦石中去除粘土和頁岩雜質。

物理性質

性質	硼砂
分子量	381.37 g/mol
沸點 (B.P.)	1575 ℃
密度	1.73 g/cm³
熔點 (M.P.)	743 ℃
化學式	Na₂B₄O₇·10H₂O
外觀	白色結晶固體
可溶於	水

硼砂的用途

• 硼是一種溫和的防腐劑。

• 它用於軟化水。

• 它是一種用於焊接、熔接和其他冶金過程的助熔劑。

• 它用於防止火柴的餘輝。

• 它用於陶瓷或瓷磚的搪瓷和釉料。

• BBT 檢測彩色鹽中的陽離子。

• 它用於皮革工業中清潔獸皮和皮革染色。

• 因為它水解生成中等鹼性溶液，所以它是一種有用的清潔劑。

硼酸 (H₃BO₃)

這種酸是一種單鹼性路易斯酸，由3個O原子、3個H原子和1個B原子組成。其化學式為H₃BO₃。它也稱為硼酸、原硼酸或硼酸氫，以及[H₃BO₃]。由於其抗菌特性，H₃BO₃非常適合治療燒傷和輕微傷口。稀釋的硼酸溶液被廣泛應用。

硼酸的製造

由硼砂製備

它是透過使硼砂的加熱濃縮溶液與鹽酸 (HCl) 或硫酸 (H₂SO₄) 反應制備的。濃縮並冷卻後，所得溶液產生H₃BO₃晶體。

Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O → 4H₃BO₃ + 2NaCl

Na₂B₄O₇ + 2H₂SO₄ + 5H₂O → 4H₃BO₃ + 2Na₂SO₄

透過硼化合物的溶解

這種酸也可以透過水解硼 (B) 化合物（如鹵化物、氫化物和氮化物）來製備。

3BCl₃ + 3H₂O → H₃BO₃ + 3HCl

B₂H₆ + 6H₂O → 2H₃BO₃ + 6HCl

BN + 3H₂O → H₃BO₃ + NH₃

物理性質

性質	硼酸
分子式	61.83 g/mol
沸點 (B.P.)	300℃
外觀	白色粉末
平均粒徑	<8μm
密度	1.44 g/cm³
熔點 (M.P.)	160℃
純度	99.99 %
化學式	H₃BO₃

硼酸的用途

• 這種酸也用於工業中，主要用於生產紡織纖維玻璃。它用於增強各種產品中的聚合物，包括計算機電路板、管道和帆船。

• 它作為胃腸道毒素，並且當用作殺蟲劑時會磨損昆蟲的外骨骼。它被廣泛認為比許多殺蟲劑更安全。

• 它已被用於防治各種害蟲，包括蟑螂、螞蟻、甲蟲和象鼻蟲。它也已被用作柑橘殺菌劑、除草劑、阻燃劑和木材處理劑。

• 當用作除草劑時，它會誘導脫水，從而損害植物的光合作用。

乙硼烷 (B₂H₆)

它是一種有機化合物，化學式為B₂H₆，含有H和B。它是一種無色氣體，具有令人愉悅的氣味。在室溫下，它特別不穩定，因為它與氧氣反應良好，生成爆炸性混合物。大部分B₂H₆已知在空氣中易燃。乙硼烷、硼氫化物和溴乙烷都是乙硼烷的同義詞。它是最基本的硼氫化物之一。硼烷是含有B和H原子的化合物。

乙硼烷的製造

它可以透過使硼 (B) 與金屬氫化物反應來製備。此過程廣泛用於工業合成B₂H₆。

它可以透過少量反應碘 (I) 與硼氫化鈉在二甘醇二甲醚中反應來合成。

2NaBH₄ + I₂ → B₂H₆ + 2NaI + H₂

加熱硼化鎂和HCl，我們得到一系列易彎曲的硼烷。

2Mg₃B₂ + 12HCl → 6MgCl₂ + B₂H₁₀ + H₂

獲得B₄H₁₀後，

B₄H₁₀ + H₂ → 2B₂H₆

性質	乙硼烷
分子量	27.670 g/mol
沸點 (B.P.)	-92.40 ℃
密度	0.001131 g/cm³
熔點 (M.P.)	-164.85 ℃
化學式	B₂H₆
外觀	無色氣體，有難聞的氣味

乙硼烷的用途

• 乙硼烷在聚合反應中用作橡膠硫化劑的催化劑。

• 它在各種化學過程中用作還原劑。

• 它用於生產硼磷矽酸鹽。

• 它也用作半導體制造中的摻雜劑。

• 焊接炬含有B₂H₆。

• 它用作導彈推進劑。

結論

硼 (B) 化合物包括硼砂、原硼酸和乙硼烷。最重要的硼化合物是硼砂（四硼酸鈉十水合物）。硼砂用作焊接中的助熔劑，以及皮革和洗衣業中的清潔劑。另一個重要的硼分子是B₂H₆。硼烷是一種僅含有B和H的化合物型別。乙硼烷是一種無色、劇毒且反應性極高的化合物。耐熱玻璃（如派熱克斯玻璃）由硼砂和硼酸製成。它們也用於製造纖維玻璃的玻璃。硼砂用作焊接材料的助熔劑，用於防刮、耐熱和醫藥肥皂的來源，以及耐汙陶瓷釉面塗層。

常見問題 (FAQ)

1. 硼是什麼時候被發現的？

1808年，法國化學家蓋-呂薩克和泰納爾，以及英國化學家戴維分別在實驗室中獲得了硼，當時他們將硼酸與鉀反應。

2. 硼砂是天然酸性還是鹼性？

當硼砂溶於水時，它會產生大量的氫氧根離子（以氫氧化鈉的形式），從而掩蓋了原硼酸的酸性影響，表明硼砂主要是鹼性的。硼砂的pH值為9.13，表明它是鹼性的。

3. 哪些水果含有硼酸？

香蕉、蘋果、花生、杏仁以及許多其他水果都含有少量硼酸。

4. 硼烷水解後會發生什麼？

硼烷會被水水解，生成硼酸。從以下反應可以看出：$\mathrm{B_{2}H_{6}(氣)\:+\:6H_{2}O(液)\rightarrow\:2B(OH)_{3}(aq.)\:+\:6H_{2}(氣)}$

5. 為什麼硼酸被認為是弱酸？

因為它從水中獲得𝑂𝐻−離子，然後完成其八隅體，所以它被稱為弱酸，因為它本身可以釋放𝐻+離子。