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硼為親氧元素,在自然界中無(wú)游離硼存在,它總是以化合物形式存在于硼酸、硼砂、斜方硼砂、四水硼砂、斧石、硅硼鈣石、鈉硼解石、白硼鈣石、硼鎂石、硬硼酸鈣石、方硼石和硼鎂鐵礦等硼酸鹽與硼硅酸鹽礦物中。我國(guó)是世界上硼資源最多的之一,儲(chǔ)量居世界第4位;吉林、遼寧的硼儲(chǔ)量共占全國(guó)硼總儲(chǔ)量的65%。重慶重慶硼-10酸
硼的天然同位素有兩種,名稱、符號(hào)及所占百分率分別是:硼11(11B)占 80.22%,硼10(10B)占19.78%。另外還有12種人造放射性同位素,它們的質(zhì)量數(shù)是6~9和12~19。
硼的同素異形體,粗分之有無(wú)定形硼和晶體硼兩種;細(xì)分之光晶體硼就有16種。
物理性質(zhì)
硼的原子半徑(共價(jià)半徑)82.0pm,離子半徑20pm(+3)、35pm(+1); 原子量10.811,原子體積4.84cm3/mol;密度2.34g/cm3,硬度9.5°;比熱容 1030J硼的晶體結(jié)構(gòu)類型為原子晶體/(kg·K),熔點(diǎn)2180℃,沸點(diǎn)、3650℃六方晶系;電阻率。無(wú)定形硼為棕色粉末狀1.8×1012μΩ/cm。。晶體硼
呈銀灰色,是由12個(gè)硼原子組成的正二十面體,硬度僅次于金剛石。電阻率雖然很高,但它不僅能導(dǎo)電,而且特點(diǎn)奇異,在常溫下為弱導(dǎo)電體,在高溫下為良導(dǎo)電體。有順磁性,無(wú)超導(dǎo)性。
化學(xué)性質(zhì)
硼的價(jià)電子構(gòu)型2s22p1,電負(fù)性2.0,電子親和能23.16kJ/mol,電離能800kJ/mol,標(biāo)準(zhǔn)電極勢(shì)-0.370V,氧化數(shù)+3、+1,常見化合價(jià)為+3。硼有3個(gè)價(jià)層電子,它是最外主層電子不到半滿的非金屬元素。化學(xué)反應(yīng)中與金屬元素相似,一般都是共用電子對(duì)偏離自己,使氧化數(shù)為正值。結(jié)晶硼室溫下相當(dāng)穩(wěn)定,只能與氟反應(yīng);只有在高溫下才能與氮、氧、氯、硫、溴、碘等非金屬元素反應(yīng);無(wú)定形硼比較活潑,在空氣中緩慢氧化,在高溫下幾乎能與絕大多數(shù)金屬元素反應(yīng),生成非整比硼化物;在赤熱條件下與水蒸氣反應(yīng),生成偏硼酸和氫氣。而且,硼與氫間接反應(yīng)可以形成20多種硼烷。
硼為兩性元素,既溶于強(qiáng)堿并與之反應(yīng)生成偏硼酸鹽,又溶于熱濃硝酸和熱濃硫酸,并與之反應(yīng)生成硼的含氧酸,而鹵化硼溶于水,又可形成硼的無(wú)氧酸。而且溶于水生成硼酸,氧化物為弱酸性,易溶于水,化合成硼酸。
硼的化合物類型,主要是硼化物、硼酸鹽以及硼與氫、氧、鹵素的化合物。代表性化合物有:氧化硼(B2O3)、氯化硼 (BCl3)、硫化硼 (B2S3)、硼酸
(H3BO3)、硼化鋯 (ZrB2)、氮化硼 (BN)、高硼酸鈉 (Na2B4O7)、乙硼烷(B2H6)等。
在核反應(yīng)方面,硼10和硼11在人造87號(hào)元素鈁、95號(hào)元素镅、97號(hào)元素锫和103號(hào)元素鐒時(shí),都分別充當(dāng)過(guò)“炮彈”的角色。人造的12種放射性同位素, 都可以通過(guò)核輻射衰變?yōu)槠渌?其半衰期范圍,從7B的350ys到8B的770ms。
主要用途
①晶體硼和氧化硼都很硬,前者用來(lái)制作切削工具和鉆頭,后者可以制作人造寶石。
②硼有“金屬材料的維生素”之稱,煉鋼時(shí)在鋼水中摻入萬(wàn)分之幾的硼,便可代替鉬、鉻、鎳等貴重金屬制作不銹鋼,而且強(qiáng)度更好,具有優(yōu)良的力學(xué)性能; 在銅或鋁的熔液中摻入萬(wàn)分之幾的硼,可使二者的導(dǎo)電性能更好。
③以金屬硼化物為基體的陶瓷,用于制作火箭噴嘴、高溫軸承、高溫電極和電觸點(diǎn)。
④單質(zhì)硼在原子能工業(yè)中是高效的中子吸收劑,氟化硼用于制作核反應(yīng)堆的計(jì)數(shù)器,硼摻入鋁合金制作中子屏蔽材料。硼烷在航天工業(yè)中可作為火箭的燃料, 三乙基硼用作火箭推進(jìn)劑。
⑤釹鐵硼磁性材料用于制造電子計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器、辦公自動(dòng)化設(shè)備的小馬達(dá)、視頻照相機(jī)和錄像機(jī)等音像設(shè)備的馬達(dá),還用于音頻揚(yáng)聲器和醫(yī)學(xué)上用的磁共振成像系統(tǒng)。
⑥碳化硼、氮化硼均可制作耐高溫、抗腐蝕的陶瓷和陶瓷纖維,用于航天航空、汽車工業(yè),也用于加工寶石、刀具、軸承、噴砂嘴和防彈材料。用硼酸鋅制作的纖維絕緣材料,既可作為防火的阻燃劑,又可應(yīng)用于漂白和媒染。
⑦硼是植物生長(zhǎng)、開花、結(jié)果的必需元素。土壤中缺少硼,豆科植物根瘤菌的生成就發(fā)生困難,亞麻、大麻、苜蓿等作物就停止生長(zhǎng),甜菜爛根、棉花落鈴、向日葵癟粒;而且,硼也是人體骨骼不可缺少的元素,適量攝入硼可降血脂、抗炎癥、抗凝血、抗腫瘤,尤其可降低前列腺癌的發(fā)病率。
硼的制取途徑 把碘化硼放在灼熱的鉭絲上熱解,可得到純度達(dá)99.95%的晶體硼。