Оксид бора

Оксид бора (сесквиоксид бора, борный ангидрид) B 2 O 3 {displaystyle {ce {B2O3}}} — бинарное неорганическое химическое соединение бора с кислородом, ангидрид борной кислоты, бесцветное, довольно тугоплавкое, стекловидное или кристаллическое вещество, диэлектрик.

Стеклообразный оксид бора имеет слоистую структуру (расстояние между слоями 0,185 нм), в слоях атомы бора расположены внутри равносторонних треугольников BO 3 {displaystyle {ce {BO3}}} (d В—О=0,145 нм). Эта модификация плавится в интервале температур 325—450 °C и обладает высокой твёрдостью. Она получается при нагревании бора на воздухе 700 °C или обезвоживанием ортоборной кислоты. Кристаллический B 2 O 3 {displaystyle {ce {B2O3}}} , который получают осторожным отщеплением воды от метаборной кислоты HBO 2 {displaystyle {ce {HBO2}}} , существует в двух модификациях — с гексагональной кристаллической решёткой, при 400 °C и 2200 МПа переходящей в моноклинную.

Свойства

• Борный ангидрид гигроскопичен, он бурно растворяется в воде, образуя вначале различные метаборные кислоты общей формулы ( HBO 2 ) n {displaystyle {ce {(HBO2)_n}}} . Дальнейшее оводнение приводит к образованию ортоборной кислоты H 3 BO 3 {displaystyle {ce {H3BO3}}} .

Расплавленный B 2 O 3 {displaystyle {ce {B2O3}}} хорошо растворяет оксиды многих элементов. С оксидами металлов образует соли бораты.

• B 2 O 3 {displaystyle {ce {B2O3}}} является кислотным ангидридом, проявляя также очень слабые признаки амфотерности:

2 B 2 O 3 + P 4 O 10 → 4 B P O 4 {displaystyle {mathsf {2B_{2}O_{3}+P_{4}O_{10} ightarrow 4BPO_{4}}}} B 2 O 3 + 3 H 2 O → 2 H 3 B O 3 {displaystyle {mathsf {B_{2}O_{3}+3H_{2}O ightarrow 2H_{3}BO_{3}}}}

• С соляной кислотой реагирует при нагревании ( t > 100 ∘ C {displaystyle {ce {t>100^{circ }C}}} ): B 2 O 3 + 6 H C l   → t ∘     2 B C l 3 + 3 H 2 O {displaystyle {mathsf {B_{2}O_{3}+6HCl {xrightarrow {t^{circ } }} 2BCl_{3}+3H_{2}O}}}

• Сам оксид бора не восстанавливается углеродом даже при температуре белого каления, однако разлагается, если одновременно ввести в реакцию вещества, способные заместить кислород (хлор или азот):

B 2 O 3 + 3 C + 3 C l 2 → 2 B C l 3 + 3 C O {displaystyle {mathsf {B_{2}O_{3}+3C+3Cl_{2} ightarrow 2BCl_{3}+3CO}}}

• При нагревании оксида бора с элементарным бором выше 1000о в парах существуют термически устойчивые линейные молекулы O=B—B=O. При быстром охлаждении паров ниже 300о может быть получен белый твёрдый полимер состава ( B 2 O 2 ) n {displaystyle {ce {(B2O2)_n}}} , не имеющий определённой точки плавления и сильно реакционноспособный. Под давлением в 60 тыс. ат. и температуре 1500о оксид бора взаимодействует с элементарным бором по реакции:

B 2 O 3 + 4 B → 3 B 2 O {displaystyle {mathsf {B_{2}O_{3}+4B ightarrow 3B_{2}O}}} Этот низший оксид бора имеет графитоподобную слоистую структуру.

Получение

Образуется при нагревании бора в атмосфере кислорода или на воздухе

4 B + 3 O 2 → 2 B 2 O 3 , {displaystyle {mathsf {4B+3O_{2} ightarrow 2B_{2}O_{3},}}}

А также при обезвоживании борной кислоты:

2 H 3 B O 3 → B 2 O 3 + 3 H 2 O . {displaystyle {mathsf {2H_{3}BO_{3} ightarrow B_{2}O_{3}+3H_{2}O.}}}

Применение

• Флюсы для стекла и эмали.

• Исходный материал для синтеза других соединений бора, таких как карбид бора.

• Добавка, используемая в стекловолокне (оптических волокнах).

• Используется в производстве боросиликатного стекла.

• Используется в качестве кислотного катализатора в органическом синтезе.

Биологическая роль

Токсикология

Оксид бора B2O3 (сесквиоксид бора; ангидрид борной кислоты) по степени воздействия на организм человека относится к веществам 3-го класса опасности ("умеренно-опасное" химическое вещество).

Высокотоксичен для насекомых.

Предельно допустимая концентрация оксида бора в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м3.

Реактив пожаро- и взрывобезопасен.

Вдыхание пыли оксида бора, судя по всему, может вызвать раздражение слизистых оболочек.

В больших концентрациях оксид бора может обладать гонадотропным или гепатотоксическим действием.