Триоксид бора - Boron trioxide

Триоксид бора
Кристаллическая структура B2O3 [1]
Кристаллструктур Бортриоксид.png
Имена
Другие имена
оксид бора, триоксид дибора, полуторный оксид бора, оксид бора, бор
Ангидрид борной кислоты
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.013.751 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 215-125-8
11108
Номер RTECS
  • ED7900000
UNII
Характеристики
B2О3
Молярная масса69,6182 г / моль
Внешностьбелое стекло, твердое вещество
Плотность2,460 г / см3, жидкость;

2,55 г / см3, тригональный;
3,11–3,146 г / см3, моноклинический

Температура плавления 450 ° С (842 ° F, 723 К) (тригональная)
510 ° C (тетраэдрический)
Точка кипения 1860 ° С (3380 ° F, 2130 К),[2] возгоняется при 1500 ° C[3]
1,1 г / 100 мл (10 ° С)
3,3 г / 100 мл (20 ° С)
15,7 г / 100 мл (100 ° С)
Растворимостьчастично растворим в метанол
Кислотность (пKа)~ 4
-39.0·10−6 см3/ моль
Термохимия
66,9 Дж / моль К
80,8 Дж / моль К
-1254 кДж / моль
-832 кДж / моль
Опасности
Главный опасностиРаздражающий[4]
Паспорт безопасностиВидеть: страница данных
Пиктограммы GHSGHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHSОпасность
H360FD
P201, P202, P281, P308 + 313, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгораниянегорючий
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
3163 мг / кг (перорально, мышь)[5]
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 15 мг / м3[4]
REL (Рекомендуемые)
TWA 10 мг / м3[4]
IDLH (Непосредственная опасность)
2000 мг / м3[4]
Страница дополнительных данных
Показатель преломления (п),
Диэлектрическая постоянная (εр), так далее.
Термодинамический
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ, ИК, ЯМР, РС
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Триоксид бора (или же диборон триоксид) один из оксиды бора. Это белое стеклообразное твердое вещество формулы B2О3. Он почти всегда имеет стекловидную (аморфную) форму; однако он может кристаллизоваться после обширного отжиг (то есть при продолжительной жаре).

Стекловидный оксид бора (g-B2О3) считается состоящим из бороксольные кольца которые представляют собой шестичленные кольца, состоящие из чередующихся трехкоординированного бора и двухкоординированного кислорода. Из-за сложности построения неупорядоченных моделей с правильной плотностью со многими бороксольные кольца Эта точка зрения была изначально противоречивой, но такие модели были недавно построены и свойства проявляют в хорошем согласии с экспериментом.[6] В настоящее время на основе экспериментальных и теоретических исследований признано, что[7][8][9][10][11] что доля атомов бора, принадлежащих бороксольным кольцам в стеклообразном B2О3 находится где-то между 0,73 и 0,83, при этом 0,75 (3⁄4), что соответствует соотношению 1: 1 между кольцевыми и некольцевыми звеньями. Количество бороксольных колец уменьшается в жидком состоянии с повышением температуры.[12]

Кристаллическая форма (α-B2О3) (см. структуру в информационном окне[1]) состоит исключительно из BO3 треугольники. Это тригональное, кварцевидный сеть подвергается коэсит -подобное преобразование в моноклинический β-B2О3 на нескольких гигапаскалях (9,5 ГПа).[13]

Подготовка

Триоксид бора получают путем обработки бура с серная кислота в плавильная печь. При температурах выше 750 ° C слой расплавленного оксида бора отделяется от сульфат натрия. Затем его декантируют, охлаждают и получают с чистотой 96–97%.[3]

Другой метод - нагрев борная кислота выше ~ 300 ° C. Борная кислота сначала разложится на пар (H2О(грамм)) и метаборная кислота (HBO2) при температуре около 170 ° C, а при дальнейшем нагревании выше 300 ° C будет образовываться больше пара и триоксида дибора. Реакции следующие:

ЧАС3BO3 → HBO2 + H2О
2 HBO2 → B2О3 + H2О

Борная кислота переходит в безводный микрокристаллический B2О3 в нагретом псевдоожиженном слое.[14] Тщательно контролируемая скорость нагрева предотвращает образование смол при выделении воды. Расплавленный оксид бора разрушает силикаты. Внутренне графитированные трубы путем термического разложения ацетилена пассивируются.[15]

Кристаллизация расплавленного α-B2О3 при атмосферном давлении сильно кинетически неблагоприятен (сравните плотность жидкости и кристалла). Пороговые условия кристаллизации аморфного твердого вещества 10 кбар и ~ 200 ° C.[16] Предлагаемая им кристаллическая структура в энантиоморфных пространственных группах P31(# 144); P32(#145)[17][18] (например, γ-глицин) был преобразован в энантиоморфные пространственные группы P3121 (# 152); P3221(#154)[19](например, α-кварц).

Оксид бора также образуется при диборан (B2ЧАС6) реагирует с кислородом воздуха или следами влаги:

2B2ЧАС6(г) + 3O2(г) → 2B2О3(s) + 6H2(грамм)
B2ЧАС6(г) + 3Н2О (г) → В2О3(s) + 6H2(грамм)[20]

Приложения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Gurr, G.E .; Montgomery, P.W .; Knutson, C.D .; Горрес, Б. Т. (1970). "Кристаллическая структура тригонального триоксида диборона". Acta Crystallographica B. 26 (7): 906–915. Дои:10.1107 / S0567740870003369.
  2. ^ Высокотемпературная коррозия и химия материалов: материалы симпозиума памяти Пера Кофстада. Труды Электрохимического общества. Электрохимическое общество. 2000. с. 496. ISBN  978-1-56677-261-7.
  3. ^ а б Патнаик, П. (2003). Справочник неорганических химических соединений. Макгроу-Хилл. п. 119. ISBN  978-0-07-049439-8. Получено 2009-06-06.
  4. ^ а б c d Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0060". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ «Оксид бора». Немедленно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH). Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ Ferlat, G .; Шарпантье, Т .; Seitsonen, A. P .; Takada, A .; Lazzeri, M .; Cormier, L .; Calas, G .; Маури. Ф. (2008). «Кольца бороксола в жидком и стекловидном теле B2О3 из первых принципов ». Phys. Rev. Lett. 101 (6): 065504. Bibcode:2008PhRvL.101f5504F. Дои:10.1103 / PhysRevLett.101.065504. PMID  18764473.; Ferlat, G .; Seitsonen, A. P .; Lazzeri, M .; Маури, Ф. (2012). "Скрытые полиморфы стимулируют стеклование в B2О3". Письма о материалах природы. 11 (11): 925–929. arXiv:1209.3482. Bibcode:2012НатМа..11..925F. Дои:10.1038 / NMAT3416. PMID  22941329.
  7. ^ Hung, I .; и другие. (2009). «Определение распределения валентных углов в стекловидном теле B2О3 методом вращательной (DOR) ЯМР-спектроскопии ». Журнал химии твердого тела. 182 (9): 2402–2408. Bibcode:2009JSSCh.182.2402H. Дои:10.1016 / j.jssc.2009.06.025.
  8. ^ Сопер, А. К. (2011). «Кольца бороксола по дифракционным данным на стекловидном триоксиде бора». J. Phys .: Condens. Иметь значение. 23 (36): 365402. Bibcode:2011JPCM ... 23.5402S. Дои:10.1088/0953-8984/23/36/365402. PMID  21865633.
  9. ^ Джу, С .; и другие. (2000). «Кольцевая структура стекла из триоксида бора». Журнал некристаллических твердых тел. 261 (1–3): 282–286. Bibcode:2000JNCS..261..282J. Дои:10.1016 / с0022-3093 (99) 00609-2.
  10. ^ Цванцигер, Дж. У. (2005). «ЯМР-отклик бороксольных колец: исследование теории функционала плотности». Ядерный магнитный резонанс твердого тела. 27 (1–2): 5–9. Дои:10.1016 / j.ssnmr.2004.08.004. PMID  15589722.
  11. ^ Микуло, М. (1997). «Строение стекловидного тела B2О3 получено из термостатистической модели агломерации ». Журнал молекулярных жидкостей. 71 (2–3): 107–114. Дои:10.1016 / s0167-7322 (97) 00003-2.
  12. ^ Олдерман, О. Л. Г. Ферлат, Г. Барони, А. Саланн, М. Микуло, М. Бенмор, К. Дж. Лин, А. Тамалонис, А. Вебер, Дж. К. Р. (2015). «Жидкий B2O3 до 1700K: дифракция рентгеновских лучей и растворение бороксольного кольца» (PDF). Журнал физики: конденсированное вещество. 27 (45): 455104. Дои:10.1088/0953-8984/27/45/455104. PMID  26499978.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  13. ^ Бражкин, В. В .; Katayama, Y .; Inamura, Y .; Кондрин, М. В .; Ляпин, А.Г .; Попова, С. В .; Волошин Р. Н. (2003). «Структурные превращения в жидких, кристаллических и стеклообразных B2О3 под высоким давлением ». Письма в ЖЭТФ. 78 (6): 393–397. Bibcode:2003JETPL..78..393B. Дои:10.1134/1.1630134.
  14. ^ Kocakuşak, S .; Akçay, K .; Ayok, T .; Koörolu, H.J .; Корал, М .; Савашчи, Ö. Т .; Толун Р. (1996). «Производство безводного кристаллического оксида бора в реакторе с псевдоожиженным слоем». Химическая инженерия и обработка. 35 (4): 311–317. Дои:10.1016/0255-2701(95)04142-7.
  15. ^ Морлок, К. Р. (1961). «Отчет НИЛ № 61-РЛ-2672М». General Electric. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  16. ^ Азиз, М. Дж .; Nygren, E .; Hays, J. F .; Тернбулл, Д. (1985). «Кинетика роста кристаллов оксида бора под давлением». Журнал прикладной физики. 57 (6): 2233. Bibcode:1985JAP .... 57.2233A. Дои:10.1063/1.334368.
  17. ^ Gurr, G.E .; Montgomery, P.W .; Knutson, C.D .; Горрес, Б. Т. (1970). «Кристаллическая структура тригонального диборонтриоксида». Acta Crystallographica B. 26 (7): 906–915. Дои:10.1107 / S0567740870003369.
  18. ^ Strong, S. L .; Уэллс, А. Ф .; Каплов Р. (1971). «О кристаллической структуре B2О3". Acta Crystallographica B. 27 (8): 1662–1663. Дои:10.1107 / S0567740871004515.
  19. ^ Effenberger, H .; Ленгауэр, К. Л .; Парте, Э. (2001). «Тригонал Б2О3 с высшей пространственно-групповой симметрией: результаты переоценки ». Monatshefte für Chemie. 132 (12): 1515–1517. Дои:10.1007 / s007060170008.
  20. ^ AirProducts (2011). "Хранение и доставка диборана" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-02-04. Получено 2013-08-21. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

внешняя ссылка