硼的基本特性
中文名:硼
元素符號:B
英文名:Boron
別 稱:Borfast; Boron atom
分子量:10.81
CAS登錄號:7440-42-8
EINECS登錄號:231-151-2
熔點:2180℃
沸點:3650℃
安全性描述S24/25:防止皮膚和眼睛接觸
危險性符號:R22
危險性描述:吞咽有害
硼的來源
硼的應用由來已久,最早可追溯到公元前200年,古埃及、古羅馬、古巴比倫都曾使用過硼砂。古代阿拉伯人也發現可用硼砂來做焊接中的助熔劑,于是西方人將硼命名為Boron,源于阿拉伯文,原意是“焊劑”。
含量分布硼約占地殼組成的0.001%,它在自然界中主要礦石是硼砂和白硼鈣石等。中國西藏自治區許多含硼鹽湖,蒸發干涸后有大量硼砂晶體堆積。硼在自然界中的含量相當豐富。天然產的硼砂(Na?B?O?·10H?O),在中國古代就已作為藥物,叫做蓬砂或盆砂,可能是從西藏傳到印度,再從印度傳到歐洲去的。懷遠懷遠硼-10酸
物理性質
單質硼為黑色或深棕色粉末,熔點2076℃。沸點3927℃。單質硼有多種同素異形體,無定形硼為棕色粉末,晶體硼呈灰黑色。晶態硼較惰性,無定形硼則比較活潑。單質硼的硬度近似于金剛石,有很高的電阻,但它的導電率卻隨著溫度的升高而增大,高溫時為良導體。室溫時為弱導電體;高溫時則為良導體。
硼共有14種同位素,其中只有兩個是穩定的。在自然界中主要以硼酸和硼酸鹽的形式存在。
化學性質
化學元素周期表第Ⅲ族(類)主族元素,符號B,原子序數5。
硼易被空氣氧化,由于三氧化二硼膜的形成而阻礙內部硼繼續氧化。常溫時能與氟反應,不受鹽酸和氫氟酸水溶液的腐蝕。硼不溶于水,粉末狀的硼能溶于沸硝酸和硫酸,以及大多數熔融的金屬如銅、鐵、錳、鋁和鈣。
(1)與非金屬作用
高溫下B能與N?、O?、S、X?等單質反應,例如它能在空氣中燃燒生成B?O?和少量BN,在室溫下即能與F?發生反應,但它不與H?、稀有氣體等作用。
(2)B能從許多穩定的氧化物(如SiO?,P?O?,H?O等)中奪取氧而用作還原劑。
例如在赤熱下,B與水蒸氣作用生成硼酸和氫氣:2B+6H?O=高溫=2H?BO?+3H?
(3)與酸作用
硼不與鹽酸作用,但與熱濃H?SO?,熱濃HNO?作用生成硼酸:
2B+3H?SO?(濃)==2H?BO?+3SO?↑
B+3HNO?(濃)==H?BO?+ 3NO?↑
(4)與強堿作用
在氧化劑存在下,硼和強堿共熔得到偏硼酸鹽:
2B+2NaOH+3KNO?==2NaBO?+3KNO?+H?O
(5)與金屬作用
高溫下硼幾乎能與所有的金屬反應生成金屬硼化物。它們是一些非整比化合物,組成中B原子數目越多,其結構越復雜。
無定形硼用于生產硼鋼,硼鋼的抗沖擊性能好,又因為B有吸收中子的特性,硼鋼不僅是制造噴氣發動機的優質鋼材,還用于制造原子反應堆的控制棒。
主要用途
①構成生命
硼元素是核糖核酸形成的必需品,而核糖核酸是生命的重要基礎構件。夏威夷大學宇航局天體生物學研究所的博士后研究員詹姆斯-斯蒂芬森稱:“硼對于地球上生命的起源可能很重要,因為它可以使核酸穩定,核酸是核糖核酸的重要成分。在早期生命中,核糖核酸被認為是脫氧核糖核酸的信息前體?!?/p>
②工業用途
硼是一種用途廣泛的化工原料礦物,主要用于生產硼砂、硼酸和硼的各種化合物以及元素硼,是冶金、建材、機械、電器、化工、輕毛、核工業、醫藥、農業等部門的重要原料。
目前硼的用途有300多種,新的用途還在開發中。但硼主要用于玻璃工業、陶瓷工業、洗滌劑和農業肥料,上述四種用途約占全球硼消費量的3/4。
玻璃纖維制造業是硼最重要的最終用途,約占硼消費量的1/3。硼酸鈉是中空玻璃纖維尺寸制造中的關鍵成分,可以降低玻璃的熔點,提高玻璃的隔熱性能。它是北美更大的絕緣玻璃纖維市場。硼酸鹽在連續絲束和紡織纖維玻璃的生產中也起著重要的作用。氧化硼可以降低液態玻璃的溫度,提高透明度。還可以降低液態玻璃的表面張力,使其表面更加光滑。2001年,玻璃纖維絲織物產品對硼的需求明顯下降,主要原因是經濟不景氣導致產品庫存高企。2002年下半年,幾種連續玻璃纖維絲織物的市場將會復蘇。
制造洗滌劑是硼的重要用途之一,尤其是在歐洲。由于替代產品(過碳酸鈉)的出現,該市場近年來面臨著激烈的競爭。2002年陶瓷工業對硼的需求繼續增長,占全球硼消費量的15%。硼酸鹽可以增強陶瓷產品的光澤和牢固性,以及抗劃傷性和抗化學侵蝕性。硼硅酸鹽玻璃消耗10%的氧化硼產量。添加了硼酸鹽的玻璃提高了耐熱性和機械強度,還提高了耐水腐蝕性和耐化學腐蝕性。近年來,由于塑料和鋼化玻璃等替代產品的出現,硅酸鹽玻璃的發展趨于緩慢。
③生理功能
有關硼的吸收代謝科學界了解得并不充分,硼在膳食中很容易吸收,并大部分由尿排出,在血液中是與氧結合,為H?BO?或B(OH)?,硼酸與有機化合物的羥基形成酯化物。動物與人的血液中硼的含量很低,并與膳食中鎂的攝入有關,鎂攝入低時,血液中硼的含量就增加。硼可在骨中蓄積,但尚不清楚是何種形式。
硼普遍存在于蔬果中,是維持骨的健康和鈣、磷、鎂正常代謝所需要的微量元素之一。對停經后婦女防止鈣質流失、預防骨質疏松癥具有功效,硼的缺乏會加重維生素D的缺乏;另一方面,硼也有助于提高男性睪丸甾酮分泌量,強化肌肉,是運動員不可缺少的營養素。硼還有改善腦功能,提高反應能力的作用。雖然大多數人并不缺硼,但老年人有必要適當注意攝取。
硼的生理功能還未確定,存在兩種假說解釋硼缺乏時出現的明顯而不同的反應,以及已知硼的生化特性。一種假說是,硼是一種代謝調節因子,通過競爭性抑制一些關鍵酶的反應,來控制許多代謝途徑。另一種是,硼具有維持細胞膜功能穩定的作用,因而,它可以通過調整調節性陰離子或陽離子的跨膜信號或運動,來影響膜對激素和其他調節物質的反應。
④植物生理
硼是高等植物特有的必需元素,而動物、真菌與細菌均不需要硼。硼能與游離狀態的糖結合,使糖容易跨越質膜,促進糖的運輸。植物各器官間硼的含量以花更高,花中又以柱頭和子房更高。硼對植物的生殖過程有重要的影響,與花粉形成、花粉管萌發和受精有密切關系。缺硼時,花藥和花絲萎縮,花粉發育不良。油菜和小麥出現的“花而不實”現象與植物硼酸缺乏有關。缺硼時根尖、莖尖的生長點停止生長,側根、側芽大量發生,其后側根、側芽的生長點又死亡,從而形成簇生狀。甜菜的褐腐病、馬鈴薯的卷葉病和蘋果的縮果病等都是缺硼所致。
單體硼、硼粉、無定形元素硼生產方法
1、高純元素硼制造方法中有鹵化硼(如BCl3、BBr3)氫氣還原法。氫化鈉還原法先是在氫化反應器中由氫氣和金屬鈉制得氫化鈉,然后加入帶有攪拌器和冷凝器的反應器中,稍加熱后緩緩滴加三氟化硼乙醚絡合物,生成的乙硼烷氣體經干燥、精制后送入電加熱的石英玻璃裂解器中,在高溫下裂解析出元素硼。
2、硼纖維通常采用氣相化學沉積法。將連續通入反應管的鎢絲直接通電加熱到1000~1200℃。在反應管中通入Ba3和H2的混合氣體,在鎢絲的表面引起反應,形成硼纖維。