西昌硼是一種奇特的元素

      它誕生于宇宙空間，但這種很輕的元素卻不是在恒星內(nèi)部產(chǎn)生的，恒星里形成了一些比硼重得多的元素，比如碳、氧、甚至是鐵，但卻沒有硼。硼來自超新星爆發(fā)和宇宙射線的散裂輻射。西昌西昌硼-10酸

      另一個有趣的現(xiàn)象是， 硼是石字旁，但它卻是一種類金屬元素 ，也就是說硼的一些物理和化學性質(zhì)本質(zhì)上介于金屬與非金屬之間，因此有些人也將硼、硅、鍺、砷等稱為“準金屬元素”。

      再一個就是， 硼元素在宇宙中的豐度很低，在太陽系和地殼中也屬于低豐度的元素，但它在自然界中的含量卻相當豐富 ，我們并不難在地面上找到硼，在許多化合物及礦物中都能看到硼的存在，并且硼的化合物產(chǎn)品大部分很便宜。

      你很難提煉到純的硼，它以各種各樣的分身出現(xiàn)，你卻無法看清它素顏的樣子。

有硼自遠方來，這“硼友”挺亂。

      前面一節(jié)我們提到了硼在地面上主要是以化合物的形式存在，由于在這些化合物中有許多像碳等難熔物質(zhì)的污染，加上硼自身獨特的理化性質(zhì)，人們很難提取到純的硼。 至今為止人們提純出來的硼也存在許多種同素異形體 。

硼有晶相和非晶相，晶相里分α-R、α-T、β-R、β-T和γ相；非晶相分粉末相和玻相。除此之外硼還有高壓超導相、二維形式的相和硼球烯。

以此為基礎，硼又有菱面體、四方體、正交體和半隨機之分，這么一組合起來， 硼就有許多種復雜的形態(tài)和各種顏色 。

硼原子的價電子結(jié)構(gòu)為2s22p1，它能提供成鍵的電子是2s2p，還有一個空軌道。在硼原子以sp2雜化形成的共價分子中，余下的一個空軌道可以接受外來的孤對電子，形成以sp3雜化的四面體構(gòu)型的配合物。

有時候你看到它是像一塊一塊的金屬碎片、有的像生銹的鐵粉、有的似一堆熔融的金屬廢渣。

硼總共有13種同位素，其中兩種為天然且穩(wěn)定的同位素：西昌硼-10和西昌硼-11。

硼-10被稱為“富硼” ，有意思的是這里的富并不代表它的含量高，恰恰相反，硼-10在自然界中的含量只占19.9%，“富硼”Enriched boron翻譯成“強化硼”更合適些。

硼-11被稱為“貧硼” ，它在自然界中的含量為80.1%，所以“貧硼”不表示它稀少，而是“貧化硼”Depleted boron。

富硼的原子核中有5個質(zhì)子和5個中子，它容易從外界吸收一個中子，從而生成鋰離子、α粒子并發(fā)射伽馬射線， 在核反應堆中，富硼的這個特點常常被用來當“剎車片”用 。與此相對應，貧硼就不容易受到輻射的影響。

硼-11未來也許可以當成一種清潔核聚變的燃料 ，因為當硼-11被能量約為500 keV的質(zhì)子撞擊時，它會產(chǎn)生三個α粒子和8.7 MeV的能量，這些α粒子可以直接轉(zhuǎn)化為電能，并且只要一關機，輻射就停止，不會擔心有中子放射污染。

從這個角度看，多年以后硼也許會成為搶手的戰(zhàn)略資源呢！

我們在本文的開頭提到了硼是通過超新星爆發(fā)和宇宙射線的散裂輻射而形成的?？茖W家們認為 超新星爆發(fā)時產(chǎn)生的高能量宇宙射線（主要是快速質(zhì)子）轟擊星際介質(zhì)中的碳、氮和氧，強大的能量使這些核素的原子核碎裂，從而產(chǎn)生出輕元素鈹，硼和鋰。 這也是這幾種元素在宇宙中探測到的豐度遠高于在太陽大氣中發(fā)現(xiàn)的豐度的重要原因。

雖然硼是地殼中相對稀有的元素，僅占地殼質(zhì)量的0.001％，但全球已探明的硼礦物開采儲量就已經(jīng)超過了10億噸。土耳其坐擁世界72%的硼礦儲量，以及超過世界一半的開采量；美國的硼礦年開采量約占世界的23% 。

硼的化合物很多 ，大部分以硬硼鈣石 Ca?B?O?? ·5H?O 或 CaB?O?(OH)?·H?O、水合硼酸鈉氫氧化鈉Na?B?O?(OH)?·3H?O、鈉硼方解石 NaCaB?O?(OH)?·5H?O 和硼砂Na?B?O?·10H?O或Na?B?O? ·[H?O]n，這些礦石占了可開采礦石的90%。

硼絕大多數(shù)的應用都是將硼化合物作為添加劑加到其它物質(zhì)中 ，全球工業(yè)需求量更大的是硼酸、硼酸鹽和三氧化二硼B(yǎng)?O?等硼化合物，對提純的硼需求量相對較小，對硼單質(zhì)的研究也并不多。

純硼很難提取 ，工業(yè)上通常用鎂或鋁還原氧化硼B(yǎng)?O?，由于產(chǎn)品幾乎總是被這些金屬的硼化物污染，所以它只能算是粗硼；另一種方法是通過在高溫下用氫還原揮發(fā)性鹵化硼（如：三溴化硼）來制備硼單質(zhì)；目前超純硼是通過乙硼烷在高溫下分解產(chǎn)生的，然后還要通過區(qū)域熔化或Czochralski工藝進一步純化（類似于制作單晶硅的辦法）。

硼在玻璃和建筑材料上的應用是很廣泛的，全球約3/4的硼產(chǎn)量都用在了這些方面。

幾乎所有從地球中提取的硼礦石都被精煉成硼酸BH?O?和四硼酸鈉五水合物Na?B?O?·5H?O也就是硼砂， 這些化合物中的大部分用來生產(chǎn)高強度耐高溫的玻璃、玻璃纖維和陶瓷產(chǎn)品 。硼硅酸鹽玻璃強度高，耐熱沖擊性好，不僅常被用來制作各種化學實驗的器皿，還可以用來制成各種玻璃鍋、盆和烤箱用的烤盤。

在電爐中用碳分解氧化硼，就可以得到碳化硼陶瓷。

2 B?O? + 7 C→B?C + 6 CO

上面的反應只是簡單的化學式表達，實際上碳化硼應該表達為 B??C?（即B??十二面體是基序）C?單元在其中體現(xiàn)為CBC鏈。 這樣的重復聚合物加上碳化硼的半結(jié)晶結(jié)構(gòu)使其既輕便又強硬，它的硬度僅次于立方氮化硼和金剛石 ，因此被用于坦克裝甲、防彈背心等等。

氮化硼c-BN是與碳等電子的材料，它的硬度非常接近鉆石，甚至可以在一些鉆石表面留下擦痕。因此 碳化硼和立方氮化硼粉末被廣泛用作研磨劑 。

我們在“硼的同位素”一節(jié)中提到了硼鋼棒可以用做核反應堆的“剎車片”，它利用了硼的類金屬性、它能與其它金屬形成合金，并且硼-10可以大量吸收中子。 硼還可以通過硼化提高鋼和合金的表面硬度 ，金屬硼化物是金剛石涂層工具的替代品。

釹磁鐵是最強類型的永磁鐵，硼是其中重要的成分 （Nd?Fe??B），釹磁鐵廣泛應用于許多機器儀表和工業(yè)場合。

三乙基硼烷是一種有效的液體火箭燃料 ，它可以在低溫下點火，也可以在很高的溫度下穩(wěn)定燃燒，無論是土星5號的F1火箭發(fā)動機還是獵鷹9火箭的梅林發(fā)動機，都是使用三乙基硼烷做為推進劑之一。

另外，硼的化合物還廣泛應用于洗滌劑、防腐劑、殺蟲劑、生物制藥和動植物的生長調(diào)節(jié)劑，硼是核糖核酸中的重要組成元素，它可以使核酸穩(wěn)定，核糖核酸又是生命的重要基礎構(gòu)件，從這個角度看，硼也是地球上能夠形成生命的重要條件之一。

硼元素并不是誕生于恒星內(nèi)部，它是由宇宙射線照射星際間的重元素裂解產(chǎn)生的，因此硼屬于外來物質(zhì)，它在宇宙中的豐度也不高。

硼在地殼的含量僅有0.001%，但硼的化合物卻在地表廣泛分布；硼的提純很困難，提純之后的硼大多以同素異形體的形式存在，它的形態(tài)五花八門，啥樣的都有。

硼的應用很廣泛，并且絕大多數(shù)的產(chǎn)品并不需要提純的硼單質(zhì)，而是直接利用硼化合物生產(chǎn)，因此價格比較親民。

硼在核工業(yè)中有非常重要的運用，未來它還有可能是一種清潔的核聚變原料，是一種重要的戰(zhàn)略資源。