Соединения бора
Соединения бора — это соединения, содержащие элемент бор . В наиболее известных соединениях бор имеет формальную степень окисления +3. К ним относятся оксиды, сульфиды, нитриды и галогениды. [1]
Галогениды [ править ]
Тригалогениды имеют плоскую тригональную структуру. Эти соединения представляют собой кислоты Льюиса , поскольку они легко образуют аддукты с донорами электронных пар, которые называются основаниями Льюиса . Например, фторид (F − ) и трифторид бора (BF 3 ) в сочетании с образованием тетрафторборат- аниона BF 4 − . Трифторид бора используется в нефтехимической промышленности в качестве катализатора. Галогениды реагируют с водой с образованием борной кислоты . [1]
Кислородные соединения [ править ]
Бор встречается в природе на Земле почти полностью в виде различных оксидов B(III), часто связанных с другими элементами. Более ста боратных минералов содержат бор в степени окисления +3. Эти минералы в чем-то напоминают силикаты , хотя бор часто встречается не только в тетраэдрической координации с кислородом, но и в тригонально-планарной конфигурации. В отличие от силикатов, минералы бора никогда не содержат бора с координационным числом больше четырех. Типичным мотивом являются тетраборат-анионы обычной минеральной буры , показанные слева. Формальный отрицательный заряд тетраэдрического боратного центра уравновешивается катионами металлов в минералах, таких как натрий (Na + ) в буре . [1] Турмалиновая группа борат-силикатов также является очень важной группой борсодержащих минералов, и ряд боросиликатов существует в природе. также известно, что [2]
Бораны [ править ]
Бораны — это химические соединения бора и водорода с общей формулой B x H y . Эти соединения не встречаются в природе. Многие бораны легко окисляются при контакте с воздухом, некоторые бурно. Родительский член BH 3 называется бораном , но он известен только в газообразном состоянии и димеризуется с образованием диборана B 2 H 6 . Все более крупные бораны состоят из многогранных кластеров бора, некоторые из которых существуют в виде изомеров. Например, изомеры B 20 H 26 основаны на слиянии двух 10-атомных кластеров.
Наиболее важные бораны — диборан B 2 H 6 и два продукта его пиролиза — пентаборан B 5 H 9 и декаборан B 10 H 14 . Известно большое количество анионных гидридов бора, например [B 12 H 12 ] 2− .
Формальная степень окисления в боранах положительна и основана на предположении, что водород считается как -1, как и в гидридах активных металлов. Средняя степень окисления атомов бора представляет собой просто соотношение водорода и бора в молекуле. Например, в диборане B 2 H 6 степень окисления бора равна +3, а в декаборане B 10 H 14 она равна 7 / 5 или +1,4. В этих соединениях степень окисления бора часто не является целым числом.
Нитриды [ править ]
Нитриды бора отличаются разнообразием структур, которые они принимают. Они демонстрируют структуры, аналогичные различным аллотропам углерода , включая графит, алмаз и нанотрубки. В алмазоподобной структуре, называемой кубическим нитридом бора (торговое название Боразон ), атомы бора существуют в тетраэдрической структуре атомов углерода в алмазе, но каждую четвертую связь BN можно рассматривать как координатную ковалентную связь , в которой отдаются два электрона. атомом азота, который действует как основание Льюиса, к связи с кислотным центром Льюиса бора (III). Кубический нитрид бора, помимо прочего, применяется в качестве абразива, так как имеет твердость, сравнимую с алмазом (два вещества способны оставлять друг на друге царапины). В составном аналоге графита BN, гексагональном нитриде бора (h-BN), положительно заряженные атомы бора и отрицательно заряженные атомы азота в каждой плоскости лежат рядом с противоположно заряженным атомом в следующей плоскости. Следовательно, графит и h-BN имеют очень разные свойства, хотя оба являются смазками, поскольку эти плоскости легко скользят друг мимо друга. Однако h-BN является относительно плохим проводником электрических и тепла в плоских направлениях. [4] [5]
Борорганическая химия [ править ]
Известно большое количество борорганических соединений, многие из которых используются в органическом синтезе . Многие из них производятся путем гидроборирования , в котором используется диборан B 2 H 6 , простой борановый химикат. Борорганические соединения (III) обычно имеют тетраэдрическую или тригонально-плоскую форму, например тетрафенилборат , [B(C 6 H 5 ) 4 ] − по сравнению с трифенилбораном , B(C 6 H 5 ) 3 . Однако несколько атомов бора, реагирующие друг с другом, имеют тенденцию образовывать новые додекаэдрические (12-сторонние) и икосаэдрические (20-сторонние) структуры, полностью состоящие из атомов бора или с различным количеством гетероатомов углерода.
Борорганические химические вещества используются в самых разных целях: от карбида бора (см. ниже), сложной очень твердой керамики, состоящей из боро-углеродных кластерных анионов и катионов, до карборанов , соединений углерод-борной кластерной химии , которые можно галогенировать с образованием реакционноспособных структур, включая карборановая кислота , суперкислота . Например, карбораны образуют полезные молекулярные фрагменты, которые добавляют значительные количества бора к другим биохимическим веществам с целью синтеза борсодержащих соединений для бор-нейтронозахватной терапии рака.
Соединения B(I) и B(II) [ править ]
Как и предполагалось по его гидридным кластерам , бор образует множество стабильных соединений с формальной степенью окисления менее трех. B 2 F 4 и B 4 Cl 4 хорошо охарактеризованы. [6]
Бинарные соединения металла и бора, бориды металлов, содержат бор в отрицательных степенях окисления. Показательным является диборид магния (MgB 2 ). Каждый атом бора имеет формальный заряд -1, а магнию присвоен формальный заряд +2. В этом материале борные центры имеют плоскую тригональную форму с дополнительной двойной связью для каждого бора, образуя листы, подобные углероду в графите . Однако, в отличие от гексагонального нитрида бора, у которого отсутствуют электроны в плоскости ковалентных атомов, делокализованные электроны в дибориде магния позволяют ему проводить электричество аналогично изоэлектронному графиту. В 2001 году этот материал был признан высокотемпературным сверхпроводником . [7] [8] Это сверхпроводник, находящийся в стадии активной разработки. Проект CERN по производству кабелей MgB 2 привел к созданию сверхпроводящих испытательных кабелей, способных выдерживать ток 20 000 ампер для приложений распределения чрезвычайно высоких токов, таких как предполагаемая версия большого адронного коллайдера с высокой светимостью . [9]
Бориды некоторых других металлов находят специализированное применение в качестве твердых материалов для режущих инструментов. [10] Часто бор в боридах имеет дробные степени окисления, например -1/3 в гексабориде кальция (CaB 6 ).
С точки зрения структуры наиболее характерными химическими соединениями бора являются гидриды. В этот ряд входят кластерные соединения додекаборат ( B
12 ч. 2−
12 ), декаборан (B 10 H 14 ) и карбораны, такие как C 2 B 10 H 12 . Характерно, что такие соединения содержат бор с координационным числом больше четырех. [1]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Холлеман, Арнольд Ф.; Виберг, Эгон; Виберг, Нильс (1985). «Бор». Учебник неорганической химии (на немецком языке) (91–100 изд.). Вальтер де Грюйтер. стр. 814–864. ISBN 978-3-11-007511-3 .
- ^ «Mindat.org — Шахты, полезные ископаемые и многое другое» . Mindat.org . Архивировано из оригинала 22 апреля 2011 года . Проверено 4 августа 2019 г.
- ^ Уэлч, Алан Дж. (2013). «Значение и влияние правил Уэйда». хим. Коммун . 49 (35): 3615–3616. дои : 10.1039/C3CC00069A . ПМИД 23535980 .
- ^ Энглер, М. (2007). «Гексагональный нитрид бора (hBN) – применение от металлургии до косметики» (PDF) . Cfi/Ber. ДКГ . 84 : Д25. ISSN 0173-9913 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 июня 2013 года . Проверено 8 января 2012 г.
- ^ Грейм, Йохен и Швец, Карл А. (2005). «Карбид бора, нитрид бора и бориды металлов». Карбид бора, нитрид бора и бориды металлов в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH: Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a04_295.pub2 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Джонс, Мортон Э. и Марш, Ричард Э. (1954). «Получение и структура борида магния MgB 2 ». Журнал Американского химического общества . 76 (5): 1434–1436. дои : 10.1021/ja01634a089 .
- ^ Кэнфилд, Пол С.; Крэбтри, Джордж В. (2003). «Диборид магния: лучше поздно, чем никогда» (PDF) . Физика сегодня . 56 (3): 34–40. Бибкод : 2003PhT....56c..34C . дои : 10.1063/1.1570770 . Архивировано (PDF) из оригинала 26 февраля 2012 года . Проверено 8 января 2012 г.
- ^ «Категория «Новости+Статьи» не найдена — Сервер документов ЦЕРН» . cds.cern.ch. Архивировано из оригинала 20 февраля 2022 года . Проверено 9 октября 2020 г.
- ^ Кардарелли, Франсуа (2008). «Диборид титана» . Справочник материалов: краткий настольный справочник . стр. 638–639. ISBN 978-1-84628-668-1 . Архивировано из оригинала 8 января 2017 года . Проверено 5 января 2016 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
