stringtranslate.com

Триоксид бора

Триоксид бора или триоксид дибора представляет собой оксид бора с формулой B 2 O 3 . Это бесцветное прозрачное твердое вещество, почти всегда стекловидное (аморфное), кристаллизовать которое удается лишь с большим трудом. Его еще называют оксидом бора [6] или борием . [7] Он имеет множество важных промышленных применений, главным образом в керамике в качестве флюса для глазурей и эмалей, а также в производстве стекол .

Состав

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

Аморфная форма

Аморфная форма (g- B 2 O 3 ) является наиболее распространенной. Считается, что он состоит из бороксоловых колец, которые представляют собой шестичленные кольца, состоящие из чередующихся 3-координатного бора и 2-координационного кислорода.

Из-за сложности построения неупорядоченных моделей с правильной плотностью со многими кольцами бороксола эта точка зрения поначалу была спорной, но недавно были построены такие модели, которые демонстрируют свойства, прекрасно согласующиеся с экспериментом. [8] [9] В результате экспериментальных и теоретических исследований в настоящее время признано, [10] [11] [12] [13] [14] что доля атомов бора, принадлежащих бороксольным кольцам в стеклообразном B 2 O 3 , где-то между 0,73 и 0,83, при этом 0,75 = 3/4 соответствует соотношению 1:1 между кольцевыми и некольцевыми единицами. Количество колец бороксола в жидком состоянии уменьшается с повышением температуры. [15]

Кристаллическая α-форма

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

Кристаллизация α- B 2 O 3 из расплавленного состояния при давлении окружающей среды сильно кинетически невыгодна (сравните плотности жидкости и кристалла). Его можно получить прологическим отжигом аморфного твердого тела ~200 °C при давлении не менее 10 кбар. [19] [1]

Кристаллическая β-форма

Тригональная сетка претерпевает коэситообразное превращение в моноклинный β- B 2 O 3 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 чистоту 96–97%. [3]

Другой метод — нагревание борной кислоты выше ~300 °C. Борная кислота первоначально разлагается на пар (H 2 O (g) ) и метаборную кислоту (HBO 2 ) при температуре около 170 °C, а дальнейшее нагревание выше 300 °C приведет к образованию большего количества пара и триоксида дибора. Реакции:

Н 3 БО 3 → ГБО 2 + Н 2 О
2 ГБО 2 → Б 2 О 3 + Н 2 О

Борная кислота переходит в безводный микрокристаллический B 2 O 3 в нагретом кипящем слое. [21] Тщательно контролируемая скорость нагрева позволяет избежать склеивания при выделении воды.

Оксид бора также образуется при реакции диборана (B 2 H 6 ) с кислородом воздуха или следами влаги:

2B 2 H 6 (г) + 3O 2 (г) → 2 B 2 O 3 (г) + 6H 2 (г)
B 2 H 6 (г) + 3H 2 O(г) → B 2 O 3 (т) + 6H 2 (г) [22]

Реакции

Расплавленный оксид бора разрушает силикаты. Контейнеры могут быть пассивированы изнутри слоем графитированного углерода, полученного термическим разложением ацетилена. [23]

Приложения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Гурр, GE; Монтгомери, PW; Кнутсон, CD; Горрес, БТ (1970). «Кристаллическая структура тригонального триоксида дибора». Акта Кристаллографика Б. 26 (7): 906–915. дои : 10.1107/S0567740870003369.
  2. ^ Высокотемпературная коррозия и химия материалов: материалы мемориального симпозиума Пера Кофстада. Труды Электрохимического общества. Электрохимическое общество. 2000. с. 496. ИСБН 978-1-56677-261-7.
  3. ^ Аб Патнаик, П. (2003). Справочник неорганических химических соединений. МакГроу-Хилл. п. 119. ИСБН 978-0-07-049439-8. Проверено 6 июня 2009 г.
  4. ^ abcd Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0060». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ «Оксид бора». Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ Л. Маккалок (1937): «Кристаллический оксид бора». Журнал Американского химического общества , том 59, выпуск 12, страницы 2650–2652. дои : 10.1021/ja01291a05
  7. ^ И.Вишневецкий и М.Эпштейн (2015): «Солнечное карботермическое восстановление глинозема, магнезии и бория в вакууме». Солнечная энергия , том 111, страницы 236-251 doi :10.1016/j.solener.2014.10.039
  8. ^ Ферла, Г.; Шарпантье, Т.; Сейтсонен, АП; Такада, А.; Лаццери, М.; Кормье, Л.; Калас, Г.; Маури. Ф. (2008). «Бороксоловые кольца в жидкости и стекловидном теле B 2 O 3 из первых принципов». Физ. Преподобный Летт . 101 (6): 065504. Бибкод : 2008PhRvL.101f5504F. doi :10.1103/PhysRevLett.101.065504. ПМИД  18764473.
  9. ^ Ферла, Г.; Сейтсонен, АП; Лаццери, М.; Маури, Ф. (2012). «Скрытые полиморфы стимулируют витрификацию B 2 O 3 ». Письма из природных материалов . 11 (11): 925–929. arXiv : 1209.3482 . Бибкод : 2012NatMa..11..925F. дои : 10.1038/NMAT3416. PMID  22941329. S2CID  11567458.
  10. ^ Хунг, И.; и другие. (2009). «Определение распределения валентных углов в стекловидном теле B 2 O 3 методом вращательной (DOR) ЯМР-спектроскопии». Журнал химии твердого тела . 182 (9): 2402–2408. Бибкод : 2009JSSCh.182.2402H. дои : 10.1016/j.jssc.2009.06.025.
  11. ^ Сопер, АК (2011). «Бороксоловые кольца по данным дифракции стекловидного триоксида бора». J. Phys.: Condens. Иметь значение . 23 (36): 365402. Бибкод : 2011JPCM...23.5402S. дои : 10.1088/0953-8984/23/36/365402. PMID  21865633. S2CID  5291179.
  12. ^ Джу, К.; и другие. (2000). «Кольцевая структура стекла из триоксида бора». Журнал некристаллических твердых тел . 261 (1–3): 282–286. Бибкод : 2000JNCS..261..282J. дои : 10.1016/s0022-3093(99)00609-2.
  13. ^ Цванцигер, JW (2005). «ЯМР-отклик колец бороксола: исследование теории функционала плотности». Твердотельный ядерный магнитный резонанс . 27 (1–2): 5–9. дои : 10.1016/j.ssnmr.2004.08.004. ПМИД  15589722.
  14. ^ Микуло, М. (1997). «Структура стекловидного тела B 2 O 3 , полученная на основе термостатистической модели агломерации». Журнал молекулярных жидкостей . 71 (2–3): 107–114. дои : 10.1016/s0167-7322(97)00003-2.
  15. ^ Олдерман, ОЛГ Ферлат, Г. Барони, А. Саланн, М. Миколо, М. Бенмор, К. Дж. Лин, А. Тамалонис, А. Вебер, JKR (2015). «Жидкий B2O3 до 1700K: дифракция рентгеновских лучей и растворение бороксолового кольца» (PDF) . Физический журнал: конденсированное вещество . 27 (45): 455104. Бибкод : 2015JPCM...27S5104A. дои : 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, БТ (1970). «Кристаллическая структура тригонального триоксида дибора». Акта Кристаллографика Б. 26 (7): 906–915. дои : 10.1107/S0567740870003369.
  17. ^ Стронг, СЛ; Уэллс, А.Ф.; Каплоу, Р. (1971). «О кристаллической структуре B 2 O 3 ». Акта Кристаллографика Б. 27 (8): 1662–1663. дои : 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, MJ; Нигрен, Э.; Хейс, Дж. Ф.; Тернбулл, Д. (1985). «Кинетика роста кристаллов оксида бора под давлением». Журнал прикладной физики . 57 (6): 2233. Бибкод : 1985JAP....57.2233A. дои : 10.1063/1.334368.
  20. ^ Бражкин, В.В.; Катаяма, Ю.; Инамура, Ю.; Кондрин, М.В.; Ляпин, А.Г.; Попова С.В.; Волошин, Р.Н. (2003). «Структурные превращения в жидком, кристаллическом и стеклообразном B2O3 под высоким давлением». Письма ЖЭТФ . 78 (6): 393–397. Бибкод : 2003JETPL..78..393B. дои : 10.1134/1.1630134. S2CID  189764568.
  21. ^ Коджакушак, С.; Акчай, К.; Айок, Т.; Коёроглу, HJ; Корал, М.; Саваши, О. 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.
  22. ^ ЭйрПродуктс (2011). «Хранение и доставка диборана» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 февраля 2015 г. Проверено 21 августа 2013 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  23. ^ Морлок, CR (1961). «Отчет научно-исследовательской лаборатории №61-РЛ-2672М». Дженерал Электрик. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )

Внешние ссылки