Struktura tlenku boru (B2O3), właściwości, nazewnictwo i zastosowania



The tlenek boru lub bezwodnik borowy jest związkiem nieorganicznym, którego wzór chemiczny to B2O3. Jako pierwiastki borowe i tlenowe bloku p układu okresowego, a nawet więcej głów ich odpowiednich grup, różnica elektroujemności między nimi nie jest bardzo wysoka; dlatego należy się spodziewać, że B2O3 mieć charakter kowalencyjny.

B2O3 jest przygotowywany przez rozpuszczenie boraksu w stężonym kwasie siarkowym w piecu do topienia i w temperaturze 750 ° C; termicznie odwadniający kwas borowy, B (OH)3, w temperaturze około 300 ° C; lub może być również utworzony jako produkt reakcji diboranu (B2H6) z tlenem.

Tlenek boru może mieć półprzezroczysty wygląd szklisty lub krystaliczny; Te ostatnie można uzyskać przez mielenie w postaci proszku (górny obraz).

Chociaż na pierwszy rzut oka może się wydawać, że jest to B2O3 jako jeden z najbardziej złożonych tlenków nieorganicznych; nie tylko ze strukturalnego punktu widzenia, ale także ze względu na zmienne właściwości nabywane przez szkła i ceramikę, do których są dodawane do matrycy.

Indeks

  • 1 Struktura tlenku boru
    • 1.1 Jednostka BO3
    • 1.2 Struktura krystaliczna
    • 1.3 Struktura szklista
  • 2 Właściwości
    • 2.1 Wygląd fizyczny
    • 2.2 Masa cząsteczkowa
    • 2.3 Smak
    • 2.4 Gęstość
    • 2.5 Temperatura topnienia
    • 2.6 Temperatura wrzenia
    • 2.7 Stabilność
  • 3 Nazewnictwo
  • 4 zastosowania
    • 4.1 Synteza trihalogenków boru
    • 4.2 Środek owadobójczy
    • 4.3 Rozpuszczalnik tlenków metali: tworzenie szkieł, ceramiki i stopów boru
    • 4.4 Spoiwo
  • 5 referencji

Struktura tlenku boru

Jednostka BO3

B2O3 jest ciałem kowalencyjnym, więc teoretycznie w jego strukturze nie ma jonów B3+ ani O2-, ale łącza B-O. Bor, zgodnie z teorią wiązania walencyjnego (VTE), może tworzyć tylko trzy wiązania kowalencyjne; w tym przypadku trzy łącza B-O. W konsekwencji oczekiwana geometria musi być trygonalna, BO3.

Cząsteczka BO3 ma niedobór elektronów, zwłaszcza atomów tlenu; jednak kilka z nich może oddziaływać ze sobą w celu dostarczenia wspomnianego niedoboru. Więc trójkąty BO3 łączą się, dzieląc most tlenowy i są rozmieszczone w przestrzeni jako trójkątne sieci rzędów, których płaszczyzny są zorientowane na różne sposoby.

Struktura krystaliczna

Górny obraz pokazuje przykład wspomnianych rzędów z trójkątnymi jednostkami BO3. Jeśli przyjrzysz się uważnie, nie wszystkie twarze płaszczyzn wskazują na czytelnika, ale na inną stronę. Orientacje tych ścian mogą być odpowiedzialne za sposób definiowania B2O3 w określonej temperaturze i ciśnieniu.

Gdy sieci te mają wzór strukturalny dalekiego zasięgu, jest to krystaliczna bryła, którą można zbudować z komórki elementarnej. Tu właśnie mówi się, że B2O3 Ma dwa krystaliczne polimorfy: α i β.

Α-B2O3 występuje przy ciśnieniu otoczenia (1 atm) i mówi się, że jest niestabilny kinetycznie; w rzeczywistości jest to jeden z powodów, dla których tlenek boru jest prawdopodobnie związkiem trudnej krystalizacji.

Inny polimorf, β-B2O3, uzyskiwany jest przy wysokich ciśnieniach w zakresie GPa; dlatego jego gęstość musi być większa niż gęstość α-B2O3.

Struktura szklista

Sieci BO3 naturalnie mają tendencję do przyjmowania amorficznych struktur; są to te, które nie mają wzoru opisującego cząsteczki lub jony w ciele stałym. Syntetyzując B2O3 jego przeważająca forma jest amorficzna i nie krystaliczna; słusznie: to ciało stałe bardziej szkliste niż krystaliczne.

Mówi się wtedy, że B2O3  jest szklisty lub amorficzny, gdy jego sieci BO3 Są brudne. Nie tylko to, ale także zmieniają sposób, w jaki się spotykają. Zamiast ułożyć je w geometrii trygonalnej, łączą się one w celu stworzenia tego, co naukowcy nazywają pierścieniem boroksolu (górny obraz).

Zwróć uwagę na oczywistą różnicę między jednostkami trójkątnymi i sześciokątnymi. Trójkątne charakteryzują B2O3 krystaliczny i sześciokątny do B2O3 szklisty Innym sposobem odniesienia do tej fazy bezpostaciowej jest szkło borowe lub wzór: g-B2O3 („g” pochodzi od słowa glassy, ​​w języku angielskim).

Tak więc sieci G-B2O3 składają się z pierścieni boroksolu, a nie jednostek BO3. Jednak g-B2O3 może krystalizować do α-B2O3, co oznaczałoby wzajemną konwersję pierścieni do trójkątów, a także określa stopień osiągniętej krystalizacji.

Właściwości

Wygląd fizyczny

Jest to bezbarwne i szkliste ciało stałe. W formie krystalicznej jest biały.

Masa cząsteczkowa

69,6182 g / mol.

Smak

Nieco gorzki

Gęstość

-Krystaliczny: 2,46 g / ml.

-Ciało szkliste: 1,80 g / ml.

Temperatura topnienia

Nie ma w pełni zdefiniowanej temperatury topnienia, ponieważ zależy od tego, jak jest krystaliczny lub szklisty. Czysto krystaliczna postać topi się w 450 ° C; jednakże szklista forma topi się w zakresie temperatur od 300 do 700 ° C.

Temperatura wrzenia

Ponownie, zgłaszane wartości nie pasują do tej wartości. Najwyraźniej ciekły tlenek boru (stopiony z kryształów lub szkła) wrze w 1860 ° C.

Stabilność

Musi być utrzymywany w stanie suchym, ponieważ pochłania wilgoć i przekształca się w kwas borowy, B (OH)3.

Nomenklatura

Tlenek boru można nazwać innymi sposobami, takimi jak:

-Trójtlenek diboro (nomenklatura systematyczna).

-Tlenek boru (III) (nomenklatura zapasów).

-Tlenek borowy (tradycyjna nomenklatura).

Używa

Niektóre zastosowania tlenku boru to:

Synteza trihalogenków boru

Od B2O3 można syntetyzować trihalogenki boru, BX3 (X = F, Cl i Br). Związki te są kwasami Lewisa i dzięki nim możliwe jest wprowadzenie atomów boru do pewnych cząsteczek w celu uzyskania innych pochodnych o nowych właściwościach.

Środek owadobójczy

Stała mieszanina z kwasem borowym, B2O3-B (OH)3, reprezentuje formułę, która jest stosowana jako domowy środek owadobójczy.

Rozpuszczalnik tlenków metali: tworzenie szkła, ceramiki i stopów boru

Ciekły tlenek boru jest zdolny do rozpuszczania tlenków metali. Z tej powstałej mieszaniny, po ochłodzeniu, otrzymuje się ciała stałe przez bor i metale.

W zależności od ilości B2O3 zastosowane, podobnie jak technika i rodzaj tlenku metalu, można uzyskać bogatą gamę szkieł (borokrzemianów), ceramiki (azotki i węgliki boru) oraz stopów (jeśli stosuje się tylko metale).

Ogólnie rzecz biorąc, szkło lub ceramika nabierają większej siły i wytrzymałości, a także większej trwałości. W przypadku okularów są one wykorzystywane do soczewek optycznych i teleskopów oraz do urządzeń elektronicznych.

Spoiwo

W konstrukcji pieców do topienia stali stosuje się cegły ogniotrwałe z podłożem magnezowym. W nich tlenek boru stosuje się jako spoiwo, pomagając utrzymać je ściśle związane.

Referencje

  1. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2019). Trójtlenek boru. Źródło: en.wikipedia.org
  3. PubChem. (2019). Tlenek borowy. Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  4. Rio Tinto. (2019). Tlenek Borix. 20 Mule Team Borax. Źródło: borax.com
  5. A. Mukhanov, O. O. Kurakevich i V. L. Solozhenko. (s.f.). O twardości tlenku boru (III). LPMTMCNRS, Université Paris Nord, Villetaneuse, Francja.
  6. Hansen T. (2015). B2O3 (Tlenek borowy). Źródło: digitalfire.com