硼

【硼】元素符号B，原子序数5，原子量10.81，外国电子排布式2s²2p¹，位于第二周期第ⅢA族。天然存在的硼由两种稳定的同位素硼-10(19.78％)和硼-11(80.22％)组成。硼有无定形和结晶形两种单质，无定形硼为棕黑色或黑色粉末；结晶形硼为乌黑色或银灰色有光泽，硬度与金刚石相近。共价半径82皮米，离子半径20皮米，电离势800.0千焦/摩尔，电负性2.0，主要氧化数+3。无定形硼密度2.3克/厘米³，晶形硼密度2.31克/厘米³，熔点2300℃，沸点2550℃。晶态硼已知有八种同素异形体。单质硼晶体是由B-12正二十面体的基本结构单元组成的。结晶硼属于原子晶体，因此，结晶硼的硬度大，熔点、沸点高，化学性质不够活泼。

无定形硼的化学性质比较活泼，室温时在空气中缓慢氧化，700℃以上能燃烧，生成氧化硼B₂O₃并放出大量的热，常温下跟氟化合生成三氟化硼BF₃，加热时跟氯、溴、硫等化合，高温时还与碳、氮或氨反应，分别得到硬度很大的碳化硼B₄C、氮化硼(BN)；加热时跟水蒸气反应生成氢氧化硼并放出氢气。

硼与水反应

 




硼和氧的亲和力很强，它能从许多金属氧化物或非金属氧化物中夺取氧，所以硼可做还原剂。硼跟某些金属化合生成金属硼化物。硼很难和氢化合。硼不跟盐酸和氢氟酸反应。但可被浓硫酸或浓硝酸氧化

B+3HNO₃=H₃BO₃+3NO₂↑

2B+3H₂SO₄=2H₃BO₃+3SO₂↑

硼跟氢氧化钠溶液反应生成偏硼酸钠并放出氢气

2B+2NaOH+2H₂O=2NaBO₂+3H₂↑

硼跟硅在2000℃以上时反应生成硼化硅。过氧化氢或过硫酸铵能缓慢氧化结晶硼，热浓硝酸和重铬酸钠与硫酸的混合物也能缓慢地氧化晶态硼。上述试剂跟无定形硼反应激烈。跟碱金属碳酸盐和氢氧化物混合共熔时，各种形态的硼都能被完全氧化。由于硼在高温时化性很活泼，因此被用做冶金时的除气剂，煅铁热处理时，硼能增加合金钢的高温强固性。因硼有吸收中子的特性，棒状或条状硼钠在原子反应堆中用做控制棒，由于硼有低密度、高强度和高熔点等特性，可用来制导弹和火箭的结构材料。制发动机启动装置和变压器热断电器。热电偶中也用到硼。用硼、钴、钛、镍可制成耐高温超硬质金属陶瓷。硼在自然界中丰度不大，没有游离态，主要矿物有硼砂和硼镁矿。1808年，英国戴维和法国的盖吕萨克、泰纳、用钾还原硼酸制得硼。通常将三氧化二硼及卤化硼用氢气或活泼金属还原：

硼的制取

将氢气和三溴化硼或三氯化硼的混合气体通过1200～1400℃的钨丝或钽丝可得到硼：

硼的制取

电解熔融的KBF₄，可以得到更纯的硼。

晶体硼结构