非金屬無機化合物氧化硼新型鐵磁材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究

玻璃狀氧化硼(g-B2O3)很可能是一種由許多三角形BO3單元通過共用氧原子部分有序連接而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中以硼氧相間的六元環(huán)B3O3占優(yōu)勢。該六元環(huán)中，硼原子為三配位，氧原子為二配位。該玻璃體在325-450 °C時軟化，其密度隨受熱情況而有一個變化范圍。加熱時，玻璃體氧化硼結(jié)構(gòu)中的無序度增加。超過450 °C時會產(chǎn)生有極性的-B=O基。高于1000 °C時，氧化硼蒸氣則全部由B2O3單體組成，其結(jié)構(gòu)為角形的 O=B-O-B=O。

常壓下使液態(tài)的氧化硼在200-250 °C范圍內(nèi)結(jié)晶，可以形成普通的六方晶系氧化硼(α-B2O3)，其結(jié)構(gòu)(見右圖)幾乎全部由三角形的BO3單元組成。

在22000atm和400 °C時，α-B2O3轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏盒偷膯涡本wβ-B2O3。該轉(zhuǎn)變過程類似于石英在高壓下到柯石英的轉(zhuǎn)化。除此之外，β-B2O3也可以由液態(tài)氧化硼在40000atm和600 °C時結(jié)晶得到。

β-B2O3的體積模量很大(K = 180 GPa)。g-B2O3和β-B2O3的維氏硬度分別為1.5GPa和16GPa。

氧化硼是酸性氧化物，熔融時可以溶解許多堿性的金屬氧化物，生成有特征顏色的玻璃狀硼酸鹽和偏硼酸鹽(玻璃)。這是硼砂珠試驗定性鑒別金屬的原理。例如:

CuO+B2O3→Cu(BO2)2(藍色)Fe2O3+3B2O3→2Fe(BO2)3(黃色)氧化硼可以被堿金屬、鋁和鎂還原為單質(zhì)硼:

B2O3+3Mg→2B+3MgO

反應(yīng)后用鹽酸處理反應(yīng)混合物，MgO、B2O3和Mg溶于鹽酸，過濾后得到粗硼。氧化硼在高溫時不能為碳還原(高溫下可以形成碳化硼)。高溫下氧化硼與碳和氯氣反應(yīng)，可以得到三氯化硼:

B2O3+3C+3Cl2→2BCl3+3CO

600 °C時，氧化硼與氨反應(yīng)可以得到氮化硼(BN)，與氫化鈣反應(yīng)則得到六硼化鈣(CaB6)。氧化硼是硼酸的酸酐，溶于水時會放出大量熱生成偏硼酸和硼酸:

B2O3(s)+H2O(g)→2HBO2(g) △H°=-199.2kJ/mol

B2O3+3H2O→2H3BO3

【制備】 雖然硼在空氣和氧氣中燃燒都可以直接產(chǎn)生三氧化二硼，但三氧化二硼主要是通過硼酸脫水制取的。在200-400 °C對硼酸真空脫水，可以得到非常干燥的三氧化二硼。如果在大氣中脫水，即使加熱到1000 °C，也很難去除最后剩下的痕量水。

H3BO3→HBO2+H2O

2HBO2→B2O3+H2O

硼酸則可通過硼砂和硫酸共熱反應(yīng)制取。

【用途】

用于制取元素硼和精細硼化合物。也可與多種氧化物化合制成具有特征顏色的硼玻璃、光學(xué)玻璃、耐熱玻璃、儀器玻璃及玻璃纖維、光線防護材料等。還可用作油漆的耐火阻烯添加劑和干燥劑。

玻璃成分中的B2O3的作用如下:

形成玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種物質(zhì)。添加到石英玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，能減小黏度而對熱膨脹和化學(xué)耐久性無任何負面影響。是耐熱玻璃和化學(xué)玻璃器皿的成分之一。

【其他】

吸濕性極強。

【安全性】 用內(nèi)襯二層聚乙烯塑料袋的聚乙烯塑料桶包裝。每桶凈重25kg。包裝上要有"嚴防潮濕"標志。貯存在通風(fēng)、干燥的庫房中。各層聚乙烯塑料袋要分別扎緊,聚乙烯塑料桶加蓋蓋緊。貯運時要嚴格防潮,防雨淋,不可與酸類接觸。失火時,可用砂土和二氧化碳滅火器撲救。氧化硼經(jīng)動物實驗可知,其毒性較低,因而規(guī)定了與其他低毒的一般粉塵相同的允許濃度值為10mg/m3。