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硼为亲氧元素,在自然界中无游离硼存在,它总是以化合物形式存在于硼酸、硼砂、斜方硼砂、四水硼砂、斧石、硅硼钙石、钠硼解石、白硼钙石、硼镁石、硬硼酸钙石、方硼石和硼镁铁矿等硼酸盐与硼硅酸盐矿物中。我国是世界上硼资源最多的之一,储量居世界第4位;吉林、辽宁的硼储量共占全国硼总储量的65%。颍州颍州硼-10酸
硼的天然同位素有两种,名称、符号及所占百分率分别是:硼11(11B)占 80.22%,硼10(10B)占19.78%。另外还有12种人造放射性同位素,它们的质量数是6~9和12~19。
硼的同素异形体,粗分之有无定形硼和晶体硼两种;细分之光晶体硼就有16种。
物理性质
硼的原子半径(共价半径)82.0pm,离子半径20pm(+3)、35pm(+1); 原子量10.811,原子体积4.84cm3/mol;密度2.34g/cm3,硬度9.5°;比热容 1030J硼的晶体结构类型为原子晶体/(kg·K),熔点2180℃,沸点、3650℃六方晶系;电阻率。无定形硼为棕色粉末状1.8×1012μΩ/cm。。晶体硼
呈银灰色,是由12个硼原子组成的正二十面体,硬度仅次于金刚石。电阻率虽然很高,但它不仅能导电,而且特点奇异,在常温下为弱导电体,在高温下为良导电体。有顺磁性,无超导性。
化学性质
硼的价电子构型2s22p1,电负性2.0,电子亲和能23.16kJ/mol,电离能800kJ/mol,标准电极势-0.370V,氧化数+3、+1,常见化合价为+3。硼有3个价层电子,它是最外主层电子不到半满的非金属元素。化学反应中与金属元素相似,一般都是共用电子对偏离自己,使氧化数为正值。结晶硼室温下相当稳定,只能与氟反应;只有在高温下才能与氮、氧、氯、硫、溴、碘等非金属元素反应;无定形硼比较活泼,在空气中缓慢氧化,在高温下几乎能与绝大多数金属元素反应,生成非整比硼化物;在赤热条件下与水蒸气反应,生成偏硼酸和氢气。而且,硼与氢间接反应可以形成20多种硼烷。
硼为两性元素,既溶于强碱并与之反应生成偏硼酸盐,又溶于热浓硝酸和热浓硫酸,并与之反应生成硼的含氧酸,而卤化硼溶于水,又可形成硼的无氧酸。而且溶于水生成硼酸,氧化物为弱酸性,易溶于水,化合成硼酸。
硼的化合物类型,主要是硼化物、硼酸盐以及硼与氢、氧、卤素的化合物。代表性化合物有:氧化硼(B2O3)、氯化硼 (BCl3)、硫化硼 (B2S3)、硼酸
(H3BO3)、硼化锆 (ZrB2)、氮化硼 (BN)、高硼酸钠 (Na2B4O7)、乙硼烷(B2H6)等。
在核反应方面,硼10和硼11在人造87号元素钫、95号元素镅、97号元素锫和103号元素铹时,都分别充当过“炮弹”的角色。人造的12种放射性同位素, 都可以通过核辐射衰变为其他元素,其半衰期范围,从7B的350ys到8B的770ms。
主要用途
①晶体硼和氧化硼都很硬,前者用来制作切削工具和钻头,后者可以制作人造宝石。
②硼有“金属材料的维生素”之称,炼钢时在钢水中掺入万分之几的硼,便可代替钼、铬、镍等贵重金属制作不锈钢,而且强度更好,具有优良的力学性能; 在铜或铝的熔液中掺入万分之几的硼,可使二者的导电性能更好。
③以金属硼化物为基体的陶瓷,用于制作火箭喷嘴、高温轴承、高温电极和电触点。
④单质硼在原子能工业中是高效的中子吸收剂,氟化硼用于制作核反应堆的计数器,硼掺入铝合金制作中子屏蔽材料。硼烷在航天工业中可作为火箭的燃料, 三乙基硼用作火箭推进剂。
⑤钕铁硼磁性材料用于制造电子计算机磁盘驱动器、办公自动化设备的小马达、视频照相机和录像机等音像设备的马达,还用于音频扬声器和医学上用的磁共振成像系统。
⑥碳化硼、氮化硼均可制作耐高温、抗腐蚀的陶瓷和陶瓷纤维,用于航天航空、汽车工业,也用于加工宝石、刀具、轴承、喷砂嘴和防弹材料。用硼酸锌制作的纤维绝缘材料,既可作为防火的阻燃剂,又可应用于漂白和媒染。
⑦硼是植物生长、开花、结果的必需元素。土壤中缺少硼,豆科植物根瘤菌的生成就发生困难,亚麻、大麻、苜蓿等作物就停止生长,甜菜烂根、棉花落铃、向日葵瘪粒;而且,硼也是人体骨骼不可缺少的元素,适量摄入硼可降血脂、抗炎症、抗凝血、抗肿瘤,尤其可降低前列腺癌的发病率。
硼的制取途径 把碘化硼放在灼热的钽丝上热解,可得到纯度达99.95%的晶体硼。