元素介绍
名称 中文名称:硼 英文别名:Boron,amorphous CAS号:7440-42-8[1] 元素符号:B 相对原子质量:10.811 性状:黑色或深棕色粉末。在常温时为弱导体,而在高温时导电良好。痕量碳的搀合物能使传导率提高。在空气中氧化时由于三氧化二硼膜的形成,而起自身限制作用,当温度在1000℃以上时,氧化层才蒸发。常温时能与氟反应。不受盐酸和氢氟酸水溶液的影响。与熔化的过氧化钠,或一种碳酸钠和硝酸钾熔化混合物能剧烈反应。粉末能溶于沸硝酸和硫酸,以及大多数熔融的金属如铜、铁、锰、铝和钙。不溶于水。相对密度2.350。熔点约2300℃。沸点3658℃。 储存:密封保存。 用途:耐高温合金工业。温度表。催化剂。陶器。植物营养剂。半导体。核化学中用作中子吸收剂。详细介绍
硼属于非金属元素,符号B(boron) 原子体积:(立方厘米/摩尔)4.6 元素在海水中的含量:(ppm)4.41 元素在太阳中的含量:(ppm) 0.002 地壳中含量:(ppm)950 莫氏硬度:9.3 氧化态: Main B+3 Other 化学键能:(kJ /mol)
元素周期性质
化学键 | 键能(kJ/mol) |
B-H | 381 |
B-H-B | 439 |
B-C | 372 |
B-O | 523 |
B-F | 644 |
B-Cl | 444 |
B-B | 335 |

用途

硼:黑色(晶体)/棕色(无定形)
P/Pa | 1 | 10 | 100 | 1 k | 10 k | 100 k |
at T/K | 2348 | 2562 | 2822 | 3141 | 3545 | 4072 |
发现过程
1808年,英国的戴维和法国的盖?吕萨克、泰纳,用钾还原硼酸而制得硼。性状特点
硼在室温下比较稳定,即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用。硼能和卤族元素直接化合,形成卤化硼。硼在600~1000°C可与硫、锡、磷、砷反应;在1000~1400°C与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质,常具有特殊的性质。 它是最外层少于4个电子的仅有的非金属元素。其单质有无定形和结晶形两种。前者呈棕黑色到黑色的粉末。后者呈乌黑色到银灰色,并有金属光泽。硬度与金刚石相近。无定形的硼密度2.3克/厘米3,(25-27℃);晶形的硼密度2.31克/厘米3,熔点2300℃,沸点2550℃,。在室温下无定形硼在空气中缓慢氧化,在800℃左右能自燃。硼与盐酸或氢氟酸,即使长期煮沸,也不起作用。它能被热浓硝酸和重铬酸钠与硫酸的混合物缓慢侵蚀和氧化。过氧化氢和过硫酸铵也能缓慢氧化结晶硼。上述试剂与无定形硼作用激烈。与碱金属碳酸盐和氢氧化物混合物共熔时,所有各种形态的硼都被完全氧化。氯、溴、氟与硼作用而形成相应的卤化硼。约在600℃硼与硫激烈反应形成一种硫化硼的混合物。硼在氮或氨气中加热到1000℃以上则形成氮化硼,温度在1800-2000℃是硼和氢仍不发生反应,硼和硅在2000℃以上反应生成硼化硅。在高温时硼能与许多金属和金属氧化物反应,生成金属硼化物。硼在600~1000°C可与硫、锡、磷、砷反应;在1000~1400°C与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质,常具有特殊的性质。 元素来源:在自然界中,硼只以其化合物形式存在着(像在硼砂、硼酸中,在植物和动物中只存在有痕量的硼),通常由电解熔融的氟硼酸钾和氯化钾或热还原它的其他化合物(如氧化硼)制得 制备方法有:硼的氧化物用活泼金属热还原;用氢还原硼的卤化物;用碳热还硼砂;电解熔融硼酸盐或其他含硼化合物;热分解硼的氢化合物上述方法所得初产品均应真空除气或控制卤化,才可制得高纯度的硼。 元素用途:它主要用于冶金(如为了增加钢的硬度)及核子学中,因为它吸收中子能力强 由于硼在高温时特别活泼,因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性,硼还用于原子反应堆和高温技术中。棒状和条状硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质,可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。硼的化合物在农业、医药、玻璃工业等方面用途很广。天然含硼的化合物硼砂(Na?B4O7?10H?O)早为古代医药学家所知悉。我国西藏是世界上盛产硼砂的地方。 1702年法国医生霍姆贝格首先从硼砂制得硼酸,称为salsedativum,即镇静盐。1741年法国化学家帕特指出,硼砂与硫酸作用除生成硼酸外,还得到硫酸钠。1789年拉瓦锡把硼酸基列入元素表。1808年英国化学家戴维和法国化学家盖吕萨克、泰纳各自获得单质硼。硼的拉丁名称为 boracium,元素符号为B。这一词来自borax(硼砂)。 硼的应用比较广泛。硼与塑料或铝合金结合,是有效的中子屏蔽材料;硼钢在反应堆中用作控制棒;硼纤维用于制造复合材料等。应用
冶金
硼与塑料或铝合金结合,是有效的中子屏蔽材料;硼钢在反应堆中用作控制棒;硼纤维用于制造复合材料等。由于硼在高温时特别活泼,因此被用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强固性,硼还用于原子反应堆和高温技术中。棒状和条状硼钢在原子反应堆中广泛用作控制棒。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质,可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。含硼添加剂可以改善冶金工业中烧结矿的质量,降低熔点、减小膨胀,提高强度硬度。硼及其化合物也是冶金工业的助溶剂和冶炼硼铁硼钢的原料,加入硼化钛、硼化锂、硼化镍,可以冶炼耐热的特种合金。建材 硼酸盐、硼化物是搪瓷、陶瓷、玻璃的重要组分,具有良好的耐热耐磨性,可增强光泽,调高表面光洁度等。轻工
硼酸,硼酸锌可用于防火纤维的绝缘材料,是很好的阻燃剂,也应用于漂白、媒染等方面;偏硼酸钠用于织物漂白。此外,硼及其化合物可用于油漆干燥剂,焊接剂,造纸工业含汞污水处理剂等。化工
用作良好的还原剂,氧化剂,溴化剂,有机合成的掺合材料,高压高频电及等离子弧的绝缘体,雷达的传递窗等。核工业
用作原子反应堆中的控制棒,火箭燃料,火箭发动机的组成物及高温润滑剂,原子反应堆的结构材料等。农业
用作杀虫剂,防腐剂,催化剂,含硼肥料等。高新材料方面
硼化镁作为高温超导材料,价格低廉,导电率高;稀土硼化物已经成功用于雷达、航空航天、冶金、环保等20多个军事和高科技领域。硼化物金属陶瓷具有高温耐磨擦性能,良好的抛光性能和抗化学腐蚀性能。含硼推进剂是高能洁净推进剂。主要硼产品
硼化物 三溴化硼 二硼化钛 二硼化铬 氮化硼 99.99%六方氮化硼 99.9%六方氮化硼 硼合金 硼铜合金 硼钢合金 硼化物 (1)三溴化硼: 无色或稍带黄色的发烟液体,有强烈的刺激性臭味。临界温度300℃,折射率1.5312。 (2)二硼化钛: 二硼化钛为灰白色六方形晶体或粉末,无味。其熔点2980℃,密度4.5~4.52,硬度(Hi)3600。它具有优良的抗氧化性及导电性能。平均粒径D=4~8μ。 (3) 二硼化铬: 熔点1760℃,抗氧化性能好,高温强度大。硼与人体健康
食物来源
黄豆、葡萄干、杏仁、花生、榛子、枣、葡萄酒、蜂密,酒类,例如苹果酒和啤酒。代谢吸收
有关硼的吸收代谢目前还未充分了解,膳食中很容易吸收,并大部分由尿排出,在血液中是与氧结合,为H3BO3,和B(OH)4,硼酸与有机化合物的羟基形成酯化物。动物与人的血液中硼的含量很低,并与膳食中镁的摄入有关,镁摄入低时,血液中硼的含量就增加。硼可在骨中蓄积,但尚不清楚是何种形式。生理功能
硼普遍存在于蔬果中,是维持骨的健康和钙、磷、镁正常代谢所需要的微量元素之一。对停经后妇女防止钙质流失、预防骨质疏松症具有功效,硼的缺乏会加重维生素D的缺乏;另一方面,硼也有助于提高男性睾丸甾酮分泌量,强化肌肉,是运动员不可缺少的营养素。硼还有改善脑功能,提高反应能力的作用。虽然大多数人并不缺硼,但老年人有必要适当注意摄取。 硼的生理功能还未确定,目前有两种假说解释硼缺乏时出现的明显而不同的反应,以及已知硼的生化特性。一种假说是,硼是一种代谢调节因子,通过竞争性抑制一些关键酶的反应,来控制许多代谢途径。另一种是,硼具有维持细胞膜功能稳定的作用,因而,它可以通过调整调节性阴离子或阳离子的跨膜信号或运动,来影响膜对激素和其他调节物质的反应。被提出可能有的功能
1.维持骨质密度。 2.预防骨质疏松。 3.加速骨折的愈合。 4.减轻风湿性关节炎症状。需要人群
更年期女性,骨病患者应补充硼元素。生理需要
目前尚未确定,但膳食中硼的摄入为0.5-3.5mg/d,需要量大于0.3mg/d。值得注意的是,当硼以硼酸类以外的形态应用时会致命,尤其在皮肤或黏膜有破损时,情况将更加严重。过量表现
硼、硼酸、硼砂都是低毒类蓄积性毒物,每天口服100mg,可引起慢性中毒,肝、肾脏受到损坏,脑和肺出现水肿。硼缺乏症
1.生长发育缓慢可能与硼的缺乏有关。 2.缺硼可能引起骨质疏松与硼化 (Boronized)同位素
(原子质量单位:10.811(7))共有14个同位素,其中有两个是稳定的。符号 | 质子 | 中子 | 质量(u) | 半衰期 | 原子核自旋 | 相对丰度 | 相对丰度的变化量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
6B | 5 | 1 | 6.04681(75)# | ||||
7B | 5 | 2 | 7.02992(8) | 350(50)×10-24s
[1.4(2) MeV] | (3/2-) | ||
8B | 5 | 3 | 8.0246072(11) | 770(3) ms | 2+ | ||
9B | 5 | 4 | 9.0133288(11) | 800(300)×10-21s
[0.54(21) keV] | 3/2- | ||
10B | 5 | 5 | 10.0129370(4) | 稳定 | 3+ | 0.199(7) | 0.18929-0.20386 |
11B | 5 | 6 | 11.0093054(4) | 稳定 | 3/2- | 0.801(7) | 0.79614-0.81071 |
12B | 5 | 7 | 12.0143521(15) | 20.20(2) ms | 1+ | ||
13B | 5 | 8 | 13.0177802(12) | 17.33(17) ms | 3/2- | ||
14B | 5 | 9 | 14.025404(23) | 12.5(5) ms | 2- | ||
15B | 5 | 10 | 15.031103(24) | 9.87(7) ms | 3/2- | ||
16B | 5 | 11 | 16.03981(6) | <190×10-12 s
[<0.1 MeV] | 0- | ||
17B | 5 | 12 | 17.04699(18) | 5.08(5) ms | (3/2-) | ||
18B | 5 | 13 | 18.05617(86)# | <26 ns | (4-)# | ||
19B | 5 | 14 | 19.06373(43)# | 2.92(13) ms | (3/2-)# |
硼的具体介绍
硼,BORON,源自硼砂borax和碳carbon,1808年发现,硼是一种非金属,化合物以硼砂(四硼酸钠)和硼酸最为著名,后者是起清洁杀菌作用,对眼睛有益处的一种酸。美国的各种工业每年对硼的需要量,都在240,000t以上。在农业上,硼即可制成肥料,也是一种很好的除草剂。硼的发现简史
尽管人们很久以前就和硼打交道,如古代埃及制造玻璃时已使用硼砂作熔剂,古代炼丹家也使用过硼砂,但是硼酸的化学成分19世纪初还是个谜。 1808年,英国化学家戴维(Sir Humphry Davy,1778―1829)在用电解的方法发现钾后不久,又用电解熔融的三氧化二硼的方法制得棕色的硼。同年法国化学家盖-吕萨克(Joseph-Louis Gray-Lussac ,1778―1850)和泰纳(Louis Jacques Thenard,1777―1857)用金属钾还原无水硼酸制得单质硼。 硼被命名为Boron,它的命名源自阿拉伯文,原意是“焊剂”的意思。说明古代阿拉伯人就已经知道了硼砂具有熔融金属氧化物的能力,在焊接中用做助熔剂。硼的元素符号为B,中译名为硼。直至1981年,人们才认识到硼不仅是植物,而且是动物合人类所必须的元素。当时报道的一项早期研究结果提示了硼的必要性,在这项研究中发现,给雏鸡喂饲维生素D不足但并不完全缺乏的饲料时,硼能够改善其骨骼钙化。单质硼
单质硼有多种同素异形体,无定形硼为棕色粉末,晶体硼呈灰黑色.单质硼的硬度近似于金刚石,有很高的电阻,但它的导电率却随着温度的升高而增大。关于单质硼,我们作如下介绍: 单质硼的结构 单质硼的性质 单质硼的制备单质硼的结构
晶态单质硼有多种变体,它们都以B12正二十面体为基本的结构单元。这个二十面体由12个B原子组成,20个接近等边三角形的棱面相交成30条棱边和12个角顶,每个角顶为一个B原子所占据。 由于B12二十面体的连接方式不同,键也不同,形成的硼晶体类型也不同。我们仅介绍其中最普通的一种α-菱形硼。 α-菱形硼是由B12单元组成的层状结构,这是α-菱形硼晶格的俯视图和三中心键情况。由图中可以清楚的看到,α-菱形硼晶体中既有普通的σ键,又有三中心两电子键。许多B原子的成键电子在相当大的程度上是离域的,这样的晶体属于原子晶体,因此晶态单质硼的硬度大,熔点高,化学性质也不活泼。 在α-菱形硼晶格中,每个二十面体通过处在腰部的6个B原子以三中心两电子键与在同一平面内的相邻的6个二十面体连接起来,(图中虚线三角形表示三中心两电子键,键距203pm)。这种二十面体组成的片层,层面结合靠的是二十面体的上下各3 个B原子以6个正常的B―B共价键(即两中心两电子键,键长171pm)同上下两层的6个附近的二十面体相连接,3个在上一层,3个在下一层。 在硼的二十面体结构单元中,B12的36个电子是如下分配的:在二十面体内有13个分子轨道,用去26个电子;每个二十面体同上下相邻的6个二十面体形成6个两中心两电子共价键,用去了6个电子;在二十面体腰部的6个B原子与同平面上周围相邻的6个三中心两电子键,用去了6×2/3=4个电子。结果总电子数是26+6+4=36,所有的电子都已用于形成复杂的多面体结构。 一个三中心两电子键是由3个B原子以各自的一个sp杂化轨道重叠形成的,重叠的交角是120,形成了特有的[]三角棱面,这种闭合的三中心键的分子轨道能级图如下: 三个杂化原子形成一个成键分子轨道和两个反键分子轨道,在这个成键分子轨道里有一对电子。硼的成键特征
硼是周期表第三主族唯一的非金属元素,B原子的价电子结构是2s2 2p1,它能提供成键的电子是2s2p,还有一个空轨道。这种B原子的价电子少于价轨道数的缺电子情况,但硼与同周期的金属元素锂,铍相比原子半径小,电离能高,电负性大,以形成共价键分子为特征。 在硼原子以sp2杂化形成的共价分子中,余下的一个空轨道可以作为路易斯酸,接受外来的孤对电子,形成以sp3杂化的四面体构型的配合物。例如三氟化硼与氨气分子形成的配合物;若没有合适的外来电子,可以自相聚合形成缺电子多中心键,例如三中心二电子氢桥键,三中心二电子硼桥键,三中心二电子硼键,如下图所示。 需要注意的是桥键与三中心二电子间的不同。硼桥键中心的硼原子是P轨道与两个杂化轨道的重叠,氢桥键中心的氢原子是S轨道与两个杂化轨道的重叠,而三中心二电子硼键为三个杂化轨道的组合重叠。