B2o3 какие свойства проявляет
оксид бора или борный ангидрид представляет собой неорганическое соединение, химическая формула которого B2О3. Так как бор и кислород элементов р-блока периодической таблицы и даже больше головок их соответствующих групп, разница электроотрицательности между ними не очень велика; следовательно, следует ожидать, что B2О3 быть ковалентным в природе.
Б2О3 его готовят растворением буры в концентрированной серной кислоте в плавильной печи и при температуре 750 ° С; термически дегидратирующая борная кислота, B (OH)3, при температуре около 300 ° С; или он также может быть образован как продукт диборановой реакции (В2H6) с кислородом.
Оксид бора может иметь полупрозрачный стеклянный или кристаллический вид; Последний может быть получен путем измельчения в виде порошка (верхнее изображение).
Хотя это может показаться не на первый взгляд, это считается B2О3 как один из самых сложных неорганических оксидов; не только со структурной точки зрения, но и благодаря переменным свойствам, которые приобретают стекла и керамика, к которым они добавляются в свою матрицу.
индекс
- 1 Структура оксида бора
- 1.1 Блок BO3
- 1.2 Кристаллическая структура
- 1.3 Стекловидное строение
- 2 свойства
- 2.1 Внешний вид
- 2.2 Молекулярная масса
- 2.3 Вкус
- 2.4 Плотность
- 2.5 Точка плавления
- 2.6 Точка кипения
- 2.7 Стабильность
- 3 Номенклатура
- 4 использования
- 4.1 Синтез тригалогенидов бора
- 4.2 Инсектицид
- 4.3 Растворитель оксидов металлов: образование стекол, керамики и сплавов бора
- 4.4 Binder
- 5 ссылок
Структура оксида бора
Блок БО3
Б2О3 является ковалентным телом, поэтому теоретически в его структуре нет ионов B3+ ни о2-, но B-O ссылки. Бор, согласно теории валентных связей (VTE), может образовывать только три ковалентные связи; в этом случае три B-O ссылки. Как следствие этого, ожидаемая геометрия должна быть тригональной, BO3.
Молекула БО3 дефицит электронов, особенно атомов кислорода; однако некоторые из них могут взаимодействовать друг с другом для восполнения указанного недостатка. Итак, треугольники BO3 они объединяются, разделяя кислородный мостик, и распределяются в пространстве в виде треугольных рядовых сетей, плоскости которых ориентированы по-разному.
Кристаллическая структура
Верхнее изображение показывает пример упомянутых рядов с треугольными единицами BO3. Если вы внимательно посмотрите, не все грани плоскостей указывают на читателя, но на другую сторону. Ориентация этих граней может быть ответственна за то, как определяется B2О3 при определенной температуре и давлении.
Когда эти сети имеют дальний структурный рисунок, это кристаллическое твердое тело, которое может быть построено из его элементарной ячейки. Это где B, как говорят,2О3 Он имеет два кристаллических полиморфа: α и β.
Α-B2О3 происходит при атмосферном давлении (1 атм) и считается кинетически нестабильным; на самом деле, это одна из причин, по которой оксид бора, вероятно, представляет собой соединение сложной кристаллизации..
Другой полиморф, β-B2О3, его получают при высоких давлениях в диапазоне ГПа; следовательно, его плотность должна быть больше плотности α-B2О3.
Стекловидное строение
Сети БО3 естественно, они имеют тенденцию принимать аморфные структуры; это отсутствие модели, которая описывает молекулы или ионы в твердом теле. Синтезируя B2О3 его преобладающая форма является аморфной, а не кристаллической; правильными словами: это твердое вещество более стекловидное, чем кристаллическое.
Тогда говорят, что B2О3 это стекловидное или аморфное, когда его сети BO3 Они грязные. Не только это, но и они меняют способ, которым они собираются вместе. Вместо того, чтобы располагаться в треугольной геометрии, они заканчивают тем, что были связаны, чтобы создать то, что исследователи называют бороксольным кольцом (верхнее изображение).
Обратите внимание на очевидную разницу между треугольными и шестиугольными единицами. Треугольные характеризуют B2О3 кристаллический и шестиугольный B2О3 стекловидное тело. Другим способом обозначить эту аморфную фазу является борное стекло или по формуле: g-B2О3 («g» происходит от слова «гладкий» на английском языке).
Таким образом, сети G-B2О3 они состоят из бороксольных колец, а не единиц БО3. Тем не менее, G-B2О3 может кристаллизоваться в α-B2О3, что подразумевает взаимопревращение колец в треугольники, а также определяет степень достигнутой кристаллизации.
свойства
Внешний вид
Это бесцветное и стеклообразное твердое вещество. В своей кристаллической форме он белый.
Молекулярная масса
69,6182 г / моль.
аромат
Немного горький
плотность
-Кристаллический: 2,46 г / мл.
-Стекловидное тело: 1,80 г / мл.
Точка плавления
Он не имеет полностью определенной точки плавления, поскольку зависит от того, насколько он кристаллический или стекловидный. Чисто кристаллическая форма плавится при 450 ° С; однако стеклообразная форма плавится при температуре от 300 до 700ºC.
Точка кипения
Опять же, сообщенные значения не соответствуют этому значению. По-видимому, жидкий оксид бора (расплавленный из его кристаллов или стекла) кипит при 1860ºC.
стабильность
Он должен быть сухим, так как он поглощает влагу и превращается в борную кислоту, B (OH)3.
номенклатура
Оксид бора можно назвать другими способами, такими как:
-Diboro триоксид (систематическая номенклатура).
-Оксид бора (III) (номенклатура сырья).
-Оксид бора (традиционная номенклатура).
приложений
Некоторые из применений оксида бора:
Синтез тригалогенидов бора
Из Б2О3 могут быть синтезированы тригалогениды бора, BX3 (Х = F, Cl и Br). Эти соединения представляют собой кислоты Льюиса, и с их помощью можно вводить атомы бора в определенные молекулы, чтобы получить другие производные с новыми свойствами..
инсектицид
Твердая смесь с борной кислотой, B2О3-Б (ОН)3, представляет собой формулу, которая используется в качестве бытового инсектицида.
Растворитель оксидов металлов: образование стекол, керамики и сплавов бора
Жидкий оксид бора способен растворять оксиды металлов. Из этой полученной смеси после охлаждения получают твердые вещества из бора и металлов..
В зависимости от количества Б2О3 Используемый, а также метод и тип оксида металла, вы можете получить богатое разнообразие стекол (боросиликатов), керамики (нитридов и карбидов бора) и сплавов (если используются только металлы).
В целом, стекло или керамика приобретают большую прочность и прочность, а также большую долговечность. В случае очков, они в конечном итоге используются для оптических линз и телескопов, а также для электронных устройств.
связующее вещество
При строительстве сталеплавильных печей используются огнеупорные кирпичи на магниевой основе. В них оксид бора используется в качестве связующего вещества, помогая держать их крепко связанными.
ссылки
- Дрожь и Аткинс. (2008). Неорганическая химия (Четвертое издание). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Триоксид бора. Получено с: en.wikipedia.org
- PubChem. (2019). Борная окись. Получено из: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Рио Тинто. (2019). Борикс оксид. 20 Мул Командная Бура. Получено с: borax.com
- А. Муханов, О. О. Куракевич, В. Л. Соложенко. (Н.Д.). О твердости оксида бора (III). LPMTMCNRS, Университет Париж Норд, Villetaneuse, Франция.
- Хансен Т. (2015). В2О3 (Борная окись). Получено с: digitalfire.com
Общая характеристика элементов III группы главной подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева
Лекция № 13
Тема «Общая характеристика элементов III группы главной подгруппы»
План:
1) Общая характеристика элементов IIIА группы периодической системы
Д. И. Менделеева.
2) Бор. Оксид бора, борные кислоты и их соли.
3) Алюминий. Соединения алюминия. Амфотерный характер свойств оксида алюминия и гидроксида алюминия.
В главную подгруппу III группы входят элементы бор B, алюминий Al, галлий Ga, индий In, таллий Tl.
Бор относится к неметаллам, алюминий, галлий и индий – металлы, которые образуют оксиды и гидроксиды как основного, так и кислотного характера (амфотерные свойства).
На внешнем электронном слое атомы этих элементов содержат три электрона. Строение внешнего электронного слоя ….ns2 np1, р – элементы.
Все элементы подгруппы проявляют высшую степень окисления +3
В реакциях атомы этих элементов являются восстановителями, за исключением неметалла бора, который может быть и окислителем.
Сверху вниз по подгруппе
— радиусы увеличиваются,
— энергия ионизации уменьшается,
— металлические свойства усиливаются,
— неметаллические ослабевают,
— способность отдавать электроны увеличивается (восстановительная способность усиливается),
— основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются, а кислотные ослабевают
Бор открыт в 1808 г. Два выдающихся французских исследователя Гей-Люссак и Луи Тенар «отняли» воду у борной кислоты и на полученный оксид подействовали металлическим калием. Новое вещество совсем не походило на исходные вещества. Исследователи объявили об открытии нового элемента. В 1815г. В.М. Севергин ввел в номенклатуру название «бор».
Электронная конфигурация бора — 1s2 2s2 2p1
При нормальном состоянии бор должен проявлять валентность I (т.к. на внешнем уровне находится один неспаренный электрон), однако соединения, где бор проявляет степень окисления + 1, не устойчивы. При возбуждении один из электронов переходит на свободную р – орбиталь, т.е. на внешней
оболочке электроны становятся неспаренными. Такое состояние отвечает валентности – III,а в соединениях проявляется степень окисления +3.
Нахождение в природе
Бор принадлежит к числу распространенных элементов: содержание его в земной коре составляет приблизительно 5. 10-4% от общего числа атомов коры. Бор встречается в природе в основном в виде борной кислоты H3BO3 и солей ее полимерных форм: борокальцит СаB4O7.4H2O, борацит 2Mg3B8O15. МgСl2.и др.
Получение
Восстановление из кислородных соединений сильными восстановителями.
3Mg + B2O3 =3MgO +2B
По приведенной реакции в настоящее время получают аморфный бор.
Кристаллический бор получают восстановлением галогенидов при температуре 12000 С.
2BCl3 = 2B + 3Cl2
Физические свойства
К настоящему времени описано два аллотропных видоизменения бора:
Аморфный бор представляет собой бурый порошок без запаха и вкуса. Плохо проводит тепло и электрический ток.
Кристаллический бор – гранатово-красные кристаллы квадратной системы, хрупкие и твердые.
Следует отметить одно важное обстоятельство, связанное с описанием физических свойств этого элемента. Поскольку бор обладает высоким сродством к другим элементам, то пока не удалось получить бор без посторонних примесей. Между тем даже самые незначительные примеси – десятые и сотые доли % — существенно влияют на свойства элемента.
Химические свойства
Бор обладает и восстановительными и окислительными свойствами,
напоминая углерод и особенно кремний.
Взаимодействие с простыми веществами
1. на воздухе бор не реагирует с кислородом, но при нагревании до 7000 С сгорает, образуя оксид:
4B + 3O2= 2B2O3
2. при комнатной температуре бор реагирует только с фтором:
2B + 3F2= 2BF3
3. взаимодействуя с азотом при температуре выше 9000 С, образуя нитрид:
2B + N2= 2BN
4. при нагревании до более высоких температур элемент образует бориды:
2B + 3Mg= Mg3B2
Взаимодействие со сложными веществами
1. при нагревании до 5500 С бор реагирует с водой
2B + 3H2O= B2O3 + 3H2
2. концентрированные кислоты серная или азотная, окисляют бор до борной кислоты:
B + 3HNO3 = H3BO3 + 3NO2
3. аморфный бор медленно реагирует с крепкими растворами щелочей, при нагревании:
2B +2NaOH + 2 H2O = NaBO2 + 3H2
Кристаллический бор устойчив к действию щелочей. Лишь в расплавленных щелочах в присутствии окислителей реакция возможна:
2B +6KOH сплавление 2KBO2 + 2K2O + 3H2
Бор с водородом не взаимодействует, но бороводороды (бораны) могут быть получены при: действии соляной кислоты на борид магния. В этом случае образуется смесь, содержащая В2Н6, В4Н10, В5Н11, В6Н10, В10Н11.
Бора оксид B2O3
В природе в свободном состоянии не встречается.
Физические свойства
Стекловидная гигроскопичная масса, растворяется в воде с образованием борной кислоты H3BO3
B2O3 + 3H2O= 2H3BO3
Борная кислота H3BO3
Получение
Встречается в природе, но может быть получена действием растворов кислот на тетраборат натрия:
Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = 4H3BO3 + Na2SO4
Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O = 4H3BO3 + 2NaCl
Физические свойства
Белый порошок, плохо растворяется в холодной воде, при нагревании растворимость повышается. При охлаждении кристаллизуется в виде без цветных чешуйчатых кристаллов, с характерным перламутровым блеском.
Химические свойства
Слабая кислота, она слабее угольной кислоты и сероводорода.
1. при нагревании теряет воду.
2H3BO3= B2O3 + 3H2O
Борная кислота не образует солей, отвечающих её ортоформе. Все известные соли являются производными её конденсированных форм – тетра- или метаборной кислот.
2. при действии едкого натра образует тетроборат натрия:
4H3BO3 + 2NaOH = Na2B4O7+ 7H2O
Na2B4O7 ∙ 10Н2О — бура.
3. Качественная реакция
Этиловый спирт и концентрированная серная кислота при взаимодействии с сухой борной кислотой или сухими боратами образует борноэтиловый эфир, который при горении дает пламя с ярко-зеленой окраской
Биологическая роль, применение в медицине и народном хозяйстве бора и его соединений.
Бор наряду с марганцем, медью, молибденом и цинком входит в число пяти важнейших микроэлементов, необходимых растительным и животным организмам. Установлено, что бор влияет на углеводный и белковый обмен.
В медицине применяются борная кислота и бура в качестве антисептиков.
Борные удобрения (осажденные бораты магния) широко используются в сельском хозяйстве.
Чистый бор очень широко используется в атомных реакторах, используется в производстве сплавов на основе черных и цветных металлов для повышения их износостойкости и жаропрочности.
| Борная кислота | |||
|---|---|---|---|
| Систематическое наименование | Ортоборная кислота | ||
| Хим. формула | H3BO3 | ||
| Состояние | твёрдое | ||
| Молярная масса | 61,83 г/моль | ||
| Плотность | 1,435 (15 °C) | ||
| Температура | |||
| • плавления | 170.9 °C, 444 K, 340 °F | ||
| • кипения | 300 °C, 573 K, 572 °F °C | ||
| Константа диссоциации кислоты | 9,24 (I), 12,74 (II), 13,80 (III) | ||
| Растворимость | |||
| • в воде | 2.52 (0 °C) 4.72 (20 °C) 27.53 (100 °C) | ||
| Рег. номер CAS | 10043-35-3 | ||
| PubChem | 7628 | ||
| Рег. номер EINECS | 233-139-2 | ||
| SMILES | B(O)(O)O | ||
| InChI | 1S/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N | ||
| Кодекс Алиментариус | E284 | ||
| RTECS | ED4550000 | ||
| ChEBI | 33118 | ||
| ChemSpider | 7346 | ||
| NFPA 704 | 2 | ||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
| Медиафайлы на Викискладе | |||
Структура плоского слоя в ортоборной кислоте
Бо́рная кислота́ (ортоборная кислота или лат. acidum Boricum) — слабая, одноосновная кислота Льюиса, часто используемая в качестве инсектицида, антисептика, огнезащитного состава, поглотителя нейтронов или предшественника для получения иных химических составов.
Имеет химическую формулу H3BO3 (или B(OH)3).
Бесцветное кристаллическое вещество в виде чешуек без запаха, имеет слоистую триклинную решётку, в которой молекулы кислоты соединены водородными связями в плоские слои, слои соединены между собой межмолекулярными связями, длина которых составляет 272пм. Расстояние между соседними слоями — 318пм.
Метаборная кислота (HBO2) также представляет собой бесцветные кристаллы. Она существует в трёх модификациях — наиболее устойчивой γ-НВО2 с кубической решёткой, β-НВО2 с моноклинной решёткой и α-НВО2 с ромбической решёткой.
При нагревании ортоборная кислота теряет воду и сначала переходит в метаборную кислоту, затем в тетраборную H2B4O7. При дальнейшем нагревании обезвоживается до борного ангидрида.
Водные растворы борной кислоты являются смесью полиборных кислот общей формулы Н3m-2nВmО3m-n.
В природе встречается в виде минерала сассолина.
Нахождение в природе[править | править код]
В природе свободная борная кислота встречается в виде минерала сассолина, в горячих источниках и минеральных водах.
Получение[править | править код]
Борная кислота может быть получена путём смешения буры (Тетрабората натрия) с минеральной кислотой, например, соляной:
Также является продуктом гидролиза диборана или тригалогенидов бора[1]:
Свойства[править | править код]
Борная кислота проявляет очень слабые кислотные свойства. Она сравнительно мало растворима в воде. Её кислотные свойства обусловлены не отщеплением протона Н+, а присоединением гидроксильного аниона:
Ka = 5.8⋅10−10 моль/л; pKa = 9.24.
Она легко вытесняется из растворов своих солей большинством других кислот. Соли её, называемые боратами, производятся обычно от различных полиборных кислот, чаще всего — тетраборной Н2В4О7, которая является значительно более сильной кислотой, чем ортоборная.
Очень слабые признаки амфотерности B(OH)3 проявляет, образуя малоустойчивый гидросульфат бора В(HSO4)3.
При нейтрализации ортоборной кислоты щелочами в водных растворах не образуются ортобораты, содержащие ион (ВО3)3−, поскольку ортобораты гидролизуются практически полностью, вследствие слишком малой константы образования [В(ОН)4]−. В растворе образуются тетрабораты, метабораты или соли других полиборных кислот:
Избытком щелочи они могут быть переведены в метабораты:
Мета- и тетрабораты гидролизуются, но в меньшей степени (реакции, обратные приведённым).
В подкисленных водных растворах боратов устанавливаются следующие равновесия:
При нагревании борная кислота растворяет оксиды металлов, образуя соли.
Со спиртами в присутствии концентрированной серной кислоты образует эфиры:
Образование борнометилового эфира В(ОСН3)3 является качественной реакцией на Н3ВО3 и соли борных кислот, при поджигании борнометиловый эфир горит красивым ярко-зелёным пламенем.
Борная кислота в медицине[править | править код]
Борный спирт (лат. Solutio Acidi borici spirituosa) — раствор борной кислоты в этиловом спирте (как правило, в 70 % этаноле).
Спиртовые растворы борной кислоты в концентрации 0,5 %, 1 %, 2 %, 3 %, 5 % готовятся на 70 % этиловом спирте и применяются в качестве антисептика и как противозудное средство при обтирании здоровых участков кожи вокруг очагов пиодермии, а также в качестве ушных капель.
Борная кислота может быть опасна только при бесконтрольном приёме внутрь. Опасная концентрация в организме человека (а особенно ребёнка) может возникнуть при регулярном применении. Смертельная доза при отравлении через рот для взрослого человека составляет 15-20 г, для детей — 4-5 г
[2].
Борная кислота применяется в медицине с 1860-х годов как антисептическое средство, не раздражающее ран и не имеющее вкуса, запаха и цвета. В современной медицине противомикробная эффективность борной кислоты считается низкой.
Использование борной кислоты в качестве антисептического средства для детей, а также беременных и кормящих женщин было запрещено 2 февраля 1987 года Министерством здравоохранения СССР по рекомендации Фармакологического комитета с формулировкой: «…запретить использование борной кислоты в качестве антисептического средства у детей грудного возраста, а также у женщин в период беременности и лактации в связи с её низкой активностью и высокой токсичностью»[3].
Применение[править | править код]
- В ядерных реакторах в качестве поглотителя нейтронов, растворённого в теплоносителе.
- Борное удобрение.
- В лабораториях применяют для приготовления буферных растворов.
- В медицине — как самостоятельное дезинфицирующее средство для взрослых, а также в виде 2%-го раствора — для промывки кожи после попадания щелочей.
- Также на основе борной кислоты производятся различные комбинированные препараты (группа АТХ D08AD), например паста Теймурова.
- В фотографии — в составе мелкозернистых проявителей и кислых фиксажей для создания слабой кислотной среды.
- В пищевой промышленности зарегистрирована как пищевая добавка E284 (на территории России эта добавка не входит в список разрешённых к применению[4]).
- В ювелирном деле — как основа флюсов для пайки золотосодержащих сплавов.
- В литейном производстве — связующее при кислой футеровке печей, компонент защиты струи от окисления при разливке магниевых сплавов.
- В быту — уничтожение тараканов, муравьёв, клопов.
- В производстве керамики, оптоволокна, стекловолокна, стекла[5],
- В качестве антипирена для защиты древесины,
- В составе электролитов для меднения и никелирования.
- Как люминофор или в качестве компонента люминофора для учебных экспериментов по люминесценции веществ.[6][7][8]
Примечания[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- Прозоровский В. Коварная борная кислота (рус.) // Наука и жизнь. — 2003. — № 11.
Литература[править | править код]
- Карапетьянц М. Х. Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия 1994
- Реми Г. «Курс неорганической химии» М.: Иностранная литература, 1963
- М. Д. Машковский. Лекарственные средства. — М.: ООО «Новая волна», 2002. — Т. 2. — 608 с. — 25 000 экз. — ISBN 5-7864-0129-4.