stringtranslate.com

Триоксид бора

Триоксид бора или диборонтриоксид — это оксид бора с формулой B2O3 . Это бесцветное прозрачное твердое вещество, почти всегда стекловидное (аморфное), которое может быть кристаллизовано только с большим трудом. Его также называют оксидом бора [6] или бора . [7] Он имеет много важных промышленных применений, главным образом в керамике в качестве флюса для глазурей и эмалей, а также в производстве стекол .

Структура

Триоксид бора имеет три известные формы: одну аморфную и две кристаллические.

Аморфная форма

Аморфная форма (g - B2O3 ) является наиболее распространенной. Считается, что она состоит из колец бороксола, которые представляют собой шестичленные кольца, состоящие из чередующихся 3-координированного бора и 2-координированного кислорода .

Из-за сложности построения неупорядоченных моделей при правильной плотности со многими бороксольными кольцами эта точка зрения изначально была спорной, но такие модели недавно были построены и демонстрируют свойства, прекрасно согласующиеся с экспериментом. [8] [9] В настоящее время признано, на основе экспериментальных и теоретических исследований, [10] [11] [12] [13] [14], что доля атомов бора, принадлежащих бороксольным кольцам в стеклообразном B2O3 , находится где - то между 0,73 и 0,83 , причем 0,75 = 3/4 соответствует соотношению 1:1 между кольцевыми и некольцевыми единицами. Количество бороксольных колец уменьшается в жидком состоянии с ростом температуры. [15]

Кристаллическая α-форма

Кристаллическая форма (α- B 2 O 3 ) состоит исключительно из треугольников BO 3 . Первоначально считалось, что ее кристаллическая структура представляет собой энантиоморфные пространственные группы P3 1 (#144) и P3 2 (#145), как у γ-глицина; [16] [17] но позже была пересмотрена до энантиоморфных пространственных групп P3 1 21(#152) и P3 2 21(#154) в тригональной кристаллической системе , как у α- кварца [18]

Кристаллизация α- B 2 O 3 из расплавленного состояния при давлении окружающей среды кинетически сильно невыгодна (сравните плотность жидкости и кристалла). Она может быть получена с предварительным отжигом аморфного твердого вещества ~200 °C под давлением не менее 10 кбар. [19] [1]

Кристаллическая β-форма

Тригональная сетка претерпевает коэсит - подобное превращение в моноклинный β- B2O3 при нескольких гигапаскалях (9,5 ГПа ). [20]

Подготовка

Триоксид бора получают путем обработки буры серной кислотой в плавильной печи. При температуре выше 750 °C слой расплавленного оксида бора отделяется от сульфата натрия . Затем его декантируют, охлаждают и получают с чистотой 96–97%. [3]

Другой метод — нагревание борной кислоты выше ~300 °C. Борная кислота сначала разложится на пар (H 2 O (г) ) и метаборную кислоту (HBO 2 ) при температуре около 170 °C, а дальнейшее нагревание выше 300 °C даст больше пара и диборного триоксида. Реакции следующие:

H3BO3 → HBO2 + H2O​​​​
2HBO2 → B2O3 + H2O​​​​​

Борная кислота превращается в безводный микрокристаллический B2O3 в нагретом псевдоожиженном слое. [21] Тщательно контролируемая скорость нагрева позволяет избежать смолообразования при выделении воды .

Оксид бора также образуется при реакции диборана ( B2H6 ) с кислородом воздуха или следовыми количествами влаги:

2B 2 H 6 (г) + 3O 2 (г) → 2 B 2 O 3 (г) + 6H 2 (г)
B2H6 ( г ) + 3H2O(г) → B2O3 ( т ) + 6H2 ( г ) [ 22 ]

Реакции

Расплавленный оксид бора атакует силикаты. Контейнеры могут быть пассивированы изнутри графитизированным углеродным слоем, полученным путем термического разложения ацетилена. [23]

Приложения

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Gurr, GE; Montgomery, PW; Knutson, CD; Gorres, BT (1970). «Кристаллическая структура тригонального диборонтриоксида». Acta Crystallographica B. 26 ( 7): 906–915. doi :10.1107/S0567740870003369.
  2. ^ Высокотемпературная коррозия и химия материалов: труды мемориального симпозиума Пера Кофстада. Труды Электрохимического общества. Электрохимическое общество. 2000. стр. 496. ISBN 978-1-56677-261-7.
  3. ^ ab Patnaik, P. (2003). Справочник по неорганическим химическим соединениям. McGraw-Hill. стр. 119. ISBN 978-0-07-049439-8. Получено 2009-06-06 .
  4. ^ abcd Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. "#0060". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ "Оксид бора". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  6. ^ L. McCulloch (1937): "Кристаллический оксид бора". Журнал Американского химического общества , том 59, выпуск 12, страницы 2650–2652. doi :10.1021/ja01291a05
  7. ^ И.Вишневецкий и М.Эпштейн (2015): "Солнечное карботермическое восстановление глинозема, магнезии и бора под вакуумом". Солнечная энергия , том 111, страницы 236-251 doi :10.1016/j.solener.2014.10.039
  8. ^ Ferlat, G.; Charpentier, T.; Seitsonen, AP ; Takada, A.; Lazzeri, M.; Cormier, L.; Calas, G.; Mauri. F. (2008). "Boroxol Rings in Liquid and Vitreous B2O3 from First Principles". Phys. Rev. Lett . 101 (6): 065504. Bibcode : 2008PhRvL.101f5504F. doi : 10.1103/PhysRevLett.101.065504. PMID 18764473  .
  9. ^ Ferlat, G.; Seitsonen, AP; Lazzeri, M.; Mauri, F. (2012). «Скрытые полиморфы управляют стеклованием в B2O3 » . Nature Materials Letters . 11 (11): 925–929. arXiv : 1209.3482 . Bibcode : 2012NatMa..11..925F. doi : 10.1038/NMAT3416. PMID 22941329.  S2CID 11567458  .
  10. ^ Hung, I.; et al. (2009). «Определение распределения углов связи в стеклообразном B2O3 методом вращательной (DOR) ЯМР-спектроскопии». Журнал химии твердого тела . 182 (9): 2402–2408. Bibcode : 2009JSSCh.182.2402H. doi : 10.1016/ j.jssc.2009.06.025 .
  11. ^ Soper, AK (2011). "Бороксоловые кольца из данных дифракции на стекловидном триоксиде бора". J. Phys.: Condens. Matter . 23 (36): 365402. Bibcode : 2011JPCM...23.5402S. doi : 10.1088/0953-8984/23/36/365402. PMID  21865633. S2CID  5291179.
  12. ^ Joo, C.; et al. (2000). «Кольцевая структура стекла на основе триоксида бора». Журнал некристаллических твердых тел . 261 (1–3): 282–286. Bibcode : 2000JNCS..261..282J. doi : 10.1016/s0022-3093(99)00609-2.
  13. ^ Zwanziger, JW (2005). «ЯМР-отклик колец бороксола: исследование теории функционала плотности». Ядерный магнитный резонанс твердого тела . 27 (1–2): 5–9. doi :10.1016/j.ssnmr.2004.08.004. PMID  15589722.
  14. ^ Micoulaut, M. (1997). «Структура стекловидного B 2 O 3 , полученная из термостатической модели агломерации». Журнал молекулярных жидкостей . 71 (2–3): 107–114. doi :10.1016/s0167-7322(97)00003-2.
  15. ^ Alderman, OLG Ferlat, G. Baroni, A. Salanne, M. Micoulaut, M. Benmore, CJ Lin, A. Tamalonis, A. Weber, JKR (2015). "Жидкий B2O3 до 1700K: рентгеновская дифракция и растворение бороксолового кольца" (PDF) . Journal of Physics: Condensed Matter . 27 (45): 455104. Bibcode :2015JPCM...27S5104A. doi :10.1088/0953-8984/27/45/455104. PMID  26499978. S2CID  21783488.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Гурр, GE; Монтгомери, PW; Кнутсон, CD; Горрес, BT (1970). «Кристаллическая структура тригонального диборного триоксида». Acta Crystallographica B. 26 ( 7): 906–915. doi :10.1107/S0567740870003369.
  17. ^ Стронг, С.Л.; Уэллс, А.Ф.; Каплоу, Р. (1971). «О кристаллической структуре B 2 O 3 ». Acta Crystallographica B . 27 (8): 1662–1663. doi :10.1107/S0567740871004515.
  18. ^ Эффенбергер, Х.; Ленгауэр, CL; Парте, Э. (2001). «Тригональный B 2 O 3 с симметрией высшей пространственной группы: результаты переоценки». Monatshefte für Chemie . 132 (12): 1515–1517. дои : 10.1007/s007060170008. S2CID  97795834.
  19. ^ Азиз, М. Дж.; Нигрен, Э.; Хейс, Дж. Ф.; Тернбулл, Д. (1985). «Кинетика роста кристаллов оксида бора под давлением». Журнал прикладной физики . 57 (6): 2233. Bibcode : 1985JAP....57.2233A. doi : 10.1063/1.334368.
  20. ^ Бражкин, В.В.; Катаяма, Ю.; Инамура, Ю.; Кондрин, М.В.; Ляпин, АГ; Попова, СВ; Волошин, Р.Н. (2003). «Структурные превращения в жидком, кристаллическом и стеклообразном B2O3 под высоким давлением». Письма в ЖЭТФ . 78 (6): 393–397. Bibcode :2003JETPL..78..393B. doi :10.1134/1.1630134. S2CID  189764568.
  21. ^ Kocakuşak, S.; Akçay, K.; Ayok, T.; Koöroğlu, HJ; Koral, M.; Savaşçi, Ö. T.; Tolun, R. (1996). «Производство безводного кристаллического оксида бора в реакторе с псевдоожиженным слоем». Chemical Engineering and Processing . 35 (4): 311–317. doi :10.1016/0255-2701(95)04142-7.
  22. ^ AirProducts (2011). "Diborane Storage & Delivery" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2015-02-04 . Получено 2013-08-21 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  23. ^ Morelock, CR (1961). «Отчет исследовательской лаборатории № 61-RL-2672M». General Electric. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Внешние ссылки