Триоксид бора
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК Триоксид дибора | |
Другие имена оксид бора, триоксид дибора, полуторный оксид бора, оксид бора, борий Борный ангидрид | |
Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
ЧЭБИ | |
ХимическийПаук | |
Информационная карта ECHA | 100.013.751 |
Номер ЕС |
|
11108 | |
ПабХим CID | |
номер РТЭКС |
|
НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
Характеристики | |
B2OB2O3 | |
Молярная масса | 69.6182 g/mol |
Появление | белое, стекловидное твердое вещество |
Плотность | 2,460 г/см 3 , жидкость; 2,55 г/см 3 , тригональный; |
Температура плавления | 450 ° C (842 ° F, 723 К) (тригональный) 510 ° C (тетраэдрический) |
Точка кипения | 1860 ° C (3380 ° F; 2130 К), [2] сублимируется при 1500 °C [3] |
1,1 г/100 мл (10 °С) 3,3 г/100 мл (20 °С) 15,7 г/100 мл (100 °С) | |
Растворимость | частично растворим в метаноле |
Кислотность ( pKa ) | ~ 4 |
−39.0·10 −6 см 3 /моль | |
Термохимия | |
Теплоемкость ( С ) | 66,9 Дж/(моль⋅К) |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 80,8 Дж/(моль⋅К) |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −1254 кДж/моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | −832 кДж/моль |
Опасности | |
Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Раздражающий [4] |
СГС Маркировка : | |
Опасность | |
H360FD | |
П201 , П202 , П281 , П308+П313 , П405 , П501 | |
NFPA 704 (огненный алмаз) | |
точка возгорания | негорючий |
Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | 3163 мг/кг (перорально, мышь) [5] |
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
МЕХ (Допускается) | СВВ 15 мг/м 3 [4] |
РЕЛ (рекомендуется) | СВВ 10 мг/м 3 [4] |
IDLH (Непосредственная опасность) | 2000 мг/м 3 [4] |
Страница дополнительных данных | |
Триоксид бора (страница данных) | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). |
Триоксид бора или триоксид дибора представляет собой оксид бора с формулой Б 2 О 3 . Это бесцветное прозрачное твердое вещество, почти всегда стекловидное (аморфное), кристаллизовать которое удается лишь с большим трудом. Его еще называют оксидом бора. [6] или Боря . [7] Он имеет множество важных промышленных применений, главным образом в керамике в качестве флюса для глазурей и эмалей, а также при производстве стекол .
Структура
[ редактировать ]Триоксид бора имеет три известные формы: одну аморфную и две кристаллические.
Аморфная форма
[ редактировать ]Аморфная форма (г- B 2 O 3 ) является наиболее распространенным. Считается, что он состоит из бороксоловых колец , которые представляют собой шестичленные кольца, состоящие из чередующихся 3-координатного бора и 2-координационного кислорода.
Из-за сложности построения неупорядоченных моделей с правильной плотностью со многими кольцами бороксола эта точка зрения изначально была спорной, но недавно были построены такие модели, которые демонстрируют свойства, прекрасно согласующиеся с экспериментом. [8] [9] В настоящее время на основе экспериментальных и теоретических исследований признано, что [10] [11] [12] [13] [14] что доля атомов бора, принадлежащих бороксольным кольцам в стеклообразных B 2 O 3 находится где-то между 0,73 и 0,83, причем 0,75 = 3/4 соответствует соотношению 1:1 между кольцевыми и некольцевыми единицами. Количество колец бороксола в жидком состоянии уменьшается с повышением температуры. [15]
Кристаллическая α-форма
[ редактировать ]Кристаллическая форма (α- B 2 O 3 ) состоит исключительно из треугольников BO 3 . Первоначально считалось, что его кристаллическая структура представляет собой энантиоморфные пространственные группы P3 1 (# 144) и P3 2 (# 145), подобные γ-глицину; [16] [17] но позже был пересмотрен до энантиоморфных пространственных групп P3 1 21 (# 152) и P3 2 21 (# 154) в тригональной кристаллической системе , например, α- кварца. [18]
Кристаллизация α- B 2 O 3 из расплавленного состояния при атмосферном давлении сильно кинетически невыгоден (сравните плотности жидкости и кристалла). Его можно получить прологическим отжигом аморфного твердого тела ~200 °C при давлении не менее 10 кбар. [19] [1]
Кристаллическая β-форма
[ редактировать ]Тригональная сетка претерпевает коэсит -подобное преобразование в моноклинную β-. B 2 O 3 при нескольких гигапаскалях (9,5 ГПа). [20]
Подготовка
[ редактировать ]Триоксид бора получают путем обработки буры в серной кислотой плавильной печи . При температуре выше 750 °C слой расплавленного оксида бора отделяется от сульфата натрия . Затем его декантируют, охлаждают и получают чистоту 96–97%. [3]
Другой метод — нагревание борной кислоты выше ~300 °C. Борная кислота первоначально разлагается на пар (H 2 O (g) ) и метаборную кислоту (HBO 2 ) при температуре около 170 ° C, а дальнейшее нагревание выше 300 ° C приведет к образованию большего количества пара и триоксида дибора. Реакции:
- Н 3 БО 3 → ГБО 2 + Н 2 О
- 2 ГБО 2 → Б 2 О 3 + Н 2 О
Борная кислота переходит в безводную микрокристаллическую B 2 O 3 в нагретом кипящем слое. [21] Тщательно контролируемая скорость нагрева позволяет избежать склеивания при выделении воды.
Оксид бора также образуется при реакции диборана (B 2 H 6 ) с кислородом воздуха или следовыми количествами влаги:
- 2В 2 Н 6 (г) + 3О 2 (г) → 2 Б 2 О 3 (т) + 6Н 2 (г)
- B 2 H 6 (г) + 3H 2 O(г) → Б 2 О 3 (т) + 6Н 2 (г) [22]
Реакции
[ редактировать ]Расплавленный оксид бора разрушает силикаты. Контейнеры могут быть пассивированы изнутри слоем графитированного углерода, полученного термическим разложением ацетилена. [23]
Приложения
[ редактировать ]- Основной компонент боросиликатного стекла.
- Флюс для стекла и эмалей [ нужна ссылка ]
- Добавка, используемая в стекловолокнах ( оптических волокнах ).
- Инертный покрывающий слой в процессе жидкой инкапсуляции Чохральского для производства арсенида галлия. монокристалла
- В качестве кислотного катализатора в органическом синтезе.
- В качестве исходного материала для производства других соединений бора, таких как карбид бора.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Гурр, GE; Монтгомери, PW; Кнутсон, CD; Горрес, БТ (1970). «Кристаллическая структура тригонального триоксида дибора». Акта Кристаллографика Б. 26 (7): 906–915. дои : 10.1107/S0567740870003369 .
- ^ Высокотемпературная коррозия и химия материалов: материалы мемориального симпозиума Пера Кофстада. Труды Электрохимического общества . Электрохимическое общество. 2000. с. 496. ИСБН 978-1-56677-261-7 .
- ^ Перейти обратно: а б Патнаик, П. (2003). Справочник неорганических химических соединений . МакГроу-Хилл. п. 119. ИСБН 978-0-07-049439-8 . Проверено 6 июня 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0060» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ «Оксид бора» . Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Л. Маккалок (1937): «Кристаллический оксид бора». Журнал Американского химического общества , том 59, выпуск 12, страницы 2650–2652. два : 10.1021/ja01291a05
- ^ И.Вишневецкий и М.Эпштейн (2015): «Солнечное карботермическое восстановление глинозема, магнезии и бория в вакууме». Солнечная энергия , том 111, страницы 236-251. два : 10.1016/j.solener.2014.10.039
- ^ Ферлат, Г.; Шарпантье, Т.; Сейтсонен, АП; Такада, А.; Лаццери, М.; Кормье, Л.; Калас, Г.; Маури. Ф. (2008). «Бороксоловые кольца в жидкости и стекловидном теле B 2 O 3 из первых принципов». Физ. Преподобный Летт . 101 (6): 065504. Бибкод : 2008PhRvL.101f5504F . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.065504 . ПМИД 18764473 .
- ^ Ферлат, Г.; Сейтсонен, АП; Лаццери, М.; Маури, Ф. (2012). «Скрытые полиморфы стимулируют витрификацию B 2 O 3 ». Письма из природных материалов . 11 (11): 925–929. arXiv : 1209.3482 . Бибкод : 2012NatMa..11..925F . дои : 10.1038/NMAT3416 . ПМИД 22941329 . S2CID 11567458 .
- ^ Хунг, И.; и др. (2009). «Определение распределения валентных углов в стекловидном теле B 2 O 3 методом вращательной (DOR) ЯМР-спектроскопии». Журнал химии твердого тела . 182 (9): 2402–2408. Бибкод : 2009JSSCh.182.2402H . дои : 10.1016/j.jssc.2009.06.025 .
- ^ Сопер, АК (2011). «Бороксоловые кольца по данным дифракции на стекловидном триоксиде бора» . J. Phys.: Condens. Иметь значение . 23 (36): 365402. Бибкод : 2011JPCM...23.5402S . дои : 10.1088/0953-8984/23/36/365402 . ПМИД 21865633 . S2CID 5291179 .
- ^ Джу, К.; и др. (2000). «Кольцевая структура стекла из триоксида бора». Журнал некристаллических твердых тел . 261 (1–3): 282–286. Бибкод : 2000JNCS..261..282J . дои : 10.1016/s0022-3093(99)00609-2 .
- ^ Цванцигер, JW (2005). «ЯМР-отклик колец бороксола: исследование теории функционала плотности». Твердотельный ядерный магнитный резонанс . 27 (1–2): 5–9. дои : 10.1016/j.ssnmr.2004.08.004 . ПМИД 15589722 .
- ^ Микуло, М. (1997). «Структура стекловидного тела B 2 O 3, полученная на основе термостатистической модели агломерации». Журнал молекулярных жидкостей . 71 (2–3): 107–114. дои : 10.1016/s0167-7322(97)00003-2 .
- ^ Олдерман, О.Л.Г. Ферлат, Г. Барони, А. Саланн, М. Миколо, М. Бенмор, К. Дж. Лин, А. Тамалонис, А. Вебер, JKR (2015). «Жидкий B2O3 до 1700K: дифракция рентгеновских лучей и растворение бороксолового кольца» (PDF) . Физический журнал: конденсированное вещество . 27 (45): 455104. Бибкод : 2015JPCM...27S5104A . дои : 10.1088/0953-8984/27/45/455104 . ПМИД 26499978 . S2CID 21783488 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Гурр, GE; Монтгомери, PW; Кнутсон, CD; Горрес, БТ (1970). «Кристаллическая структура тригонального триоксида дибора». Акта Кристаллографика Б. 26 (7): 906–915. дои : 10.1107/S0567740870003369 .
- ^ Стронг, СЛ; Уэллс, А.Ф.; Каплоу, Р. (1971). «О кристаллической структуре B 2 O 3 ». Акта Кристаллографика Б. 27 (8): 1662–1663. дои : 10.1107/S0567740871004515 .
- ^ Эффенбергер, Х.; Ленгауэр, CL; Парте, Э. (2001). «Тригональный B 2 O 3 с симметрией высшей пространственной группы: результаты переоценки». Monatshefte für Chemie . 132 (12): 1515–1517. дои : 10.1007/s007060170008 . S2CID 97795834 .
- ^ Азиз, MJ; Нигрен, Э.; Хейс, Дж. Ф.; Тернбулл, Д. (1985). «Кинетика роста кристаллов оксида бора под давлением» . Журнал прикладной физики . 57 (6): 2233. Бибкод : 1985JAP....57.2233A . дои : 10.1063/1.334368 .
- ^ Бражкин В.В.; Катаяма, Ю.; Инамура, Ю.; Кондрин, М.В.; Ляпин, А.Г.; Попова С.В.; Волошин, Р.Н. (2003). «Структурные превращения в жидком, кристаллическом и стеклообразном B 2 O 3 под высоким давлением» . Письма ЖЭТФ . 78 (6): 393–397. Бибкод : 2003JETPL..78..393B . дои : 10.1134/1.1630134 . S2CID 189764568 .
- ^ Коджакушак, С.; Акчай, К.; Айок, Т.; Коёроглу, HJ; Корал, М.; Савашчи, О. Т.; Толун, Р. (1996). «Производство безводного кристаллического оксида бора в реакторе с псевдоожиженным слоем». Химическая инженерия и обработка . 35 (4): 311–317. дои : 10.1016/0255-2701(95)04142-7 .
- ^ ЭйрПродуктс (2011). «Хранение и доставка диборана» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 февраля 2015 г. Проверено 21 августа 2013 г.
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Морлок, ЧР (1961). «Отчет научно-исследовательской лаборатории №61-РЛ-2672М». Дженерал Электрик.
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь )