Бора оксиды

B2O

BO

(BO)2

BO2

В2О2

B2O3

B2O3

Оксид бора B2O3 – бесцветное стеклообразное или кристаллическое вещество горьковатого вкуса. Диэлектрик. Стеклообразный B2O3 плавится в интервале 325-4500С, ∆Нобр0 = — 1254,9 кДж/моль, обладает высокой твердостью. Кристаллическая форма оксида бора плавится при 4500С, ∆Нобр0 = — 1273,5 кДж/моль.

Оксид бора термически стоек, не восстанавливается углем даже при 10000С. В присутствии угля с галогенами образует галогениды, с азотом – нитрид, энергично взаимодействует с водой, давая H3BO3.

При восстановлении окиси бора B2O3 такими металлами, как натрий, калий, магний и алюминий, получают так называемый аморфный бор в виде черновато-коричневого порошка.  Кристаллы чистого бора непрозрачны, имеют серо-черный цвет, металлический блеск. Их плотность при комнатной температуре равна 2.33, а твердость-9.  Бор является полупроводником.

Бор может быть выделен из его оксида  по реакции

B2O3 + 3Mg =  3MgO + 2B

После обработки продуктов реакции соляной кислотой (для удаления MgO) остается элементарный бор в виде темно-бурого порошка.

Карбид бора B4C образуется при накаливании смеси бора (или B2O3) с углем в электрической печи

2B2O3 + 4C = B4C + 3CO2

NH3 + B2O3 = BN + …

B2O3 + 6HF  =  2BF3 + 3H2O

На воздухе B2O3 притягивает влагу, а в воде растворяется с образованием ортоборной кислоты

3H2O + B2O3 = 2H3BO3

 B2O3+ H2O =2HBO2↑

Получены оксогалиды бора – O3B3Г3 (Г- F, Cl, Br), которые образуются при взаимодействии галидов BГ3 с нагретым выше 2000С борным ангидридом. Ниже этой температуры они распадаются на исходные вещества.

B2O3+ BF3 = O3B3F3

B2O3 + BCl3 = O3B3Cl3

B2O3 + BBr3 = O3B3Br3

С кислородом до 7000С бор образует оксид B2O3

4B + 3O2 = 2B2O3

Оксид бора можно получить также взаимодействием бора с водяным паром по схеме

3H2О + 2B = B2O3 +3H2

При очень сильном накаливании бор вытесняет соответствующие свободные элементы даже из таких устойчивых окислов, как P2O5, CO2, SiO2

3SiO2 + 4B = 2B2O3 + 3Si

Расплав B2O3 растворяет оксиды многих металлов. Оксид бора входит в состав специальных стекол, керамики, эмали.

В2О2

Закись бора может быть использована для синтеза B2Cl4. При температурах около 2500С  реакция по уравнению

3В2О2 + 4BCl3 = 2B2O3 + 3B2Cl4

идет с довольно хорошим выходом дибор-тетрахлорида B2Cl4.

Окси́д бо́ра B2O3 — ангидрид борной кислоты, бесцветное, довольно тугоплавкое стекловидное или кристаллическое вещество горьковатого вкуса, диэлектрик.

Стеклообразный оксид бора имеет слоистую структуру (расстояние между слоями 0.185 нм), в слоях атомы бора расположены внутри равносторонних треугольников ВО3 (d В—О=0.145 нм). Эта модификация плавится в интервале температур 325—450 °C и обладает высокой твёрдостью.

Она получается при нагревании бора на воздухе 700 °C или обезвоживанием ортоборной кислоты.

Кристаллический В2О3, который получают осторожным отщеплением воды от метаборной кислоты НВО2, существует в двух модификациях — с гексагональной кристаллической решёткой, при 400 °C и 2200 МПа переходящей в моноклинную.

Свойства

• Борный ангидрид гигроскопичен, он бурно растворяется в воде, образуя вначале различные метаборные кислоты общей формулы (НВO2)n. Дальнейшее оводнение приводит к образованию ортоборной кислоты H3BO3.

Расплавленный B2O3 хорошо растворяет оксиды многих элементов. С оксидами металлов образует соли бораты.

• Сам оксид бора не восстанавливается углеродом даже при температуре белого каления, однако разлагается, если одновременно ввести в реакцию вещества, способные заместить кислород (хлор или азот):
• При нагревании оксида бора с элементарным бором выше 1000о в парах существуют термически устойчивые линейные молекулы O=B—B=O. При быстром охлаждении паров ниже 300о может быть получен белый твёрдый полимер состава (B2O2)n, не имеющий определённой точки плавления и сильно реакционноспособный. Под давлением в 60 тыс. ат. и температуре 1500о оксид бора взаимодействует с элементарным бором по реакции:

Этот низший оксид бора имеет графитоподобную слоистую структуру.

Получение

Образуется при нагревании бора в атмосфере кислорода или на воздухе

А также при обезвоживании борной кислоты:

Результаты поиска:

2B2O3 + 7C = B4C + 6CO

• Оксид бора    оксиды бора 

С древности людям было известно природное соединение бора, минерал бура (лат. borax).

Оно находило применение при выделке кож, для приготовления глазурей и стекол, как флюс в ювелирном деле.

В начале 18 века голландский алхимик Вильгельм Гомберг, нагревая буру с серной кислотой, получил вещества, называемые сейчас борной кислотой и борным ангидридом (оксид бора B2O3).
В 1808 году почти одновременно французские химики Л.Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар и английский химик Г. Дэви прокаливанием борного ангидрида с металлическим калием, получили новое простое вещество, которое по природному минералу получило название Бор. В английском языке сохранилось название Boron, которое дал новому элементу Дэви.

Нахождение в природе и получение:

Природный бор состоит из двух стабильных изотопов — 10B (18,9%) и 11B (81,1%).
Содержание бора в земной коре 1В·10-3% по массе (28 место), в воде океанов 4,4В·10-4% (4,4 мг/л).

Выше содержание бора в воде и в донных осадках некоторых озер (особенно горьких). Важнейшие минералы: боросиликаты, напр.

данбурит CaB2Si2O8, бура — Na2B4O7В·10H2O, тетраборат натрия, кернит — Na2B4O7В·4H2O, сассолин (борная кислота) — H3BO3.

Р�з природных минералов получают борный ангидрид или тетраборат натрия, которые затем восстанавливают металлотермией: B2O3 + 3Mg = 3MgO + 2B, или 2Na2B4O7 + 3Na = B + 7NaBO2.

Бор высокой степени чистоты, необходимый для производства полупроводников, получают пиролизом бороводородов (B2H6) или разложением бромида бора на раскаленной (1000-1200В°C) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода. 2BBr3 + 3H2 = 2B + 3HBr.

Физические свойства:

Простое вещество бор имеет несколько аллотропных модификаций отличающихся по свойствам и цвету — от практически бесцветного (очень чистый кристаллический бор) до красноватого или темного порошка (аморфный бор). Кристаллический бор — это тугоплавкие (Тпл=2074 и Ткип=3658В°С) очень твердые (из простых веществ уступают лишь алмазу) кристаллы, обычно серо-черного цвета, полупроводник.

Химические свойства:

Химически бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только с фтором.

При нагревании бор реагирует с другими галогенами с образованием тригалогенидов, с азотом образует нитрид бора BN, с фосфором — фосфид BP, с углеродом — карбиды различного состава (B4C, B12C3).

При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, образуется оксид.

При отсутствии окислителей бор устойчив к действию растворов щелочей и кислот. Горячей азотной, серной кислотой и царской водкой бор окисляется с образованием борной кислоты.

По многим физическим и химическим свойствам бор напоминает кремний (диагональное сходство в таблице Менделеева).

Важнейшие соединения:

Оксид бора, B2O3 — бесцветная стекловидная масса, кислотный оксид, реагирует с водой с образованием сначала мета- затем ортоборной кислоты. При сплавлении с оксидами металлов образует бораты.

Борная кислота — H3BO3 — (ортоборная) — бесцв.

кристаллы, очень слабая одноосновная к-та, за счет равновесия в растворе: H3BO3 + H2O H+ + [B(OH)4]- При реакции со щелочами образует соли полиборных кислот (обычно тетрабораты), или метаборной:

4H3BO3 + 2NaOH = Na2B4O7 + 7Рќ2Рћ;     H3BO3 + NaOH = NaBO2 + 2Рќ2Рћ.

При нагревании теряет воду превращаясь в метаборную (HBO2), затем в тетраборную (H2B4O7) кислоты, и, в итоге, в оксид бора. Реагирует со спиртами в присутствии концентрированной серной кислоты, образуя легколетучие эфиры:

H3BO3 + 3 РЎ2H5OH = B(OРЎ2H5)3 + 3Рќ2Рћ

При поджигании эти эфиры горят зеленым пламенем, что является качественной реакцией на соли борной кислоты.

Тетраборат натрия Na2B4O7 — (бура безводная), Na2B4O7*5Рќ2Рћ (бура ювелирная) Na2B4O7*10Рќ2Рћ (бура) бесцветные кристаллические вещества, растворяются в воде образуя, вследствие гидролиза, сильно щелочной раствор. При сплавлении с оксидами многих металлов образует характерно окрашенные стекла метаборатов, что используется в анализе:Na2B4O7 + CoO = 2NaBO2 + Co(BO2)2 (синий)

Пероксоборат натрия Na[B2(O2)2(OH)4]2 (перборат). Окислитель за счет перекисных мостиков, действующее вещество отбеливателей, В«не содержащие хлорВ» (В«персильВ», В«персольВ» и др.).

Бороводороды BxHy, (бораны): соединения бора с водородом, ядовитые в-ва с неприятным запахом: B2H6 и B4H10 — газы, B5H9 — жидкость, B10H14 тв. и другие.

Получают при реакции боридов с кислотами, например:
Mg3B2 + 6HCl = B2H6 + 3MgCl2
Способны самовоспламеняться на воздухе и сгорать с выделением большого количества энергии

Применение:

Бор находит применение в виде добавки при получении коррозионно устойчивых и жаропрочных сплавов, а также для борирования поверхностного слоя металлов, что также повышает их механические и антикоррозийные свойства. В виде волокон бор служит упрочняющим веществом многих композиционных материалов.

Бор-10 обладает способностью поглощать нейтроны: 105B + 10 n = 42He + 73Li.

Поэтомубор и особенно его сплавы применяют в виде поглощающих нейтроны материалов при изготовлении регулирующих стержней, замедляющих или прекращающих реакции деления в ядерных реакторах.

Это свойство используют и в медицине при бор-нейтронозахватной терапии (способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей).

Бор и его соединения — нитрид BN, карбид B4C3, фосфид ВР и другие — применяют как диэлектрики и полупроводниковые материалы.

Соединения бора используют при производстве стекол (боросиликатные стекла), эмалей, глазурей, металлургических флюсов, а также при производстве моющих средств.

Бор — важный микроэлемент, необходимый для нормальной жизнедеятельности растений, дефицит бора в почве устраняют, применяя борные микроудобрения (борная кислота, бура и другие).
Роль бора в организмах животных и человека не выяснена.

Хусаинова Т.Р.
ТюмГУ, 501 группа, 2013 г.