三氧化二硼

三氧化二硼（化学式：Template:化學式）又称氧化硼，是硼最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体，一般以无定形的状态存在，很难形成晶体，但在高强度退火后也能结晶。它是已知的最难结晶的物质之一。

结构

玻璃状氧化硼（g-B₂O₃）很可能是一种由许多三角形BO₃单元通过共用氧原子部分有序连接而成的网络结构，其中以硼氧相间的六元环B₃O₃占优势。该六元环中，硼原子为三配位，氧原子为二配位。该玻璃体在325－450 °C时软化，其密度随受热情况而有一个变化范围。加热时，玻璃体氧化硼结构中的无序度增加。超过450 °C时会产生有极性的－B＝O基。高于1000 °C时，氧化硼蒸气则全部由B₂O₃单体组成，其结构为角形的 O＝B－O－B＝O。

常压下使液态的氧化硼在200－250 °C范围内结晶，可以形成普通的六方晶系氧化硼（α-B₂O₃），其结构（见右图）几乎全部由三角形的BO₃单元组成。

在22000atm和400 °C时，α-B₂O₃转变为高温高压型的单斜晶体β-B₂O₃。该转变过程类似于石英在高压下到柯石英的转化。除此之外，β-B₂O₃也可以由液态氧化硼在40000atm和600 °C时结晶得到。

β-B₂O₃的体积模量很大（K = 180 GPa）。g-B₂O₃和β-B₂O₃的维氏硬度分别为1.5GPa和16GPa。

制备

虽然硼在空气和氧气中燃烧都可以直接产生三氧化二硼，但三氧化二硼主要是通过硼酸脱水制取的。在200－400 °C对硼酸真空脱水，可以得到非常干燥的三氧化二硼。如果在大气中脱水，即使加热到1000 °C，也很难去除最后剩下的痕量水。

${\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{H}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

硼酸则可通过硼砂和硫酸共热反应制取。

化学性质

氧化硼是酸性氧化物，熔融时可以溶解许多碱性的金属氧化物，生成有特征颜色的玻璃状硼酸盐和偏硼酸盐（玻璃）。这是硼砂珠试验定性鉴别金属的原理。例如：

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{(}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}$（蓝色）

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}$（黄色）

氧化硼可以被碱金属、铝和镁还原为单质硼：

${\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{B}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{O}$

反应后用盐酸处理反应混合物，MgO、B₂O₃和Mg溶于盐酸，过滤后得到粗硼。氧化硼在高温时不能为碳还原（高温下可以形成碳化硼）。高温下氧化硼与碳和氯气反应，可以得到三氯化硼：

${\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{O}$

600 °C时，氧化硼与氨反应可以得到氮化硼（BN），与氢化钙反应则得到六硼化钙（CaB₆）。

氧化硼是硼酸的酸酐，溶于水时会放出大量热生成偏硼酸和硼酸：

${\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)}$， $\mathrm{\Delta }{\mathrm{H}}^{\mathrm{o}}\mathrm{=}\mathrm{-}\mathrm{1}\mathrm{9}\mathrm{9}\mathrm{.}\mathrm{2}\mathrm{k}\mathrm{J}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

${\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

应用

氧化硼可以用作：

• 制取其他硼化合物（如碳化硼）的原料；
• 制造Template:Link-en的原料；
• 有机合成中的酸性催化剂；
• 搪瓷、陶瓷釉料的助熔剂；
• 玻璃纤维生产过程中的添加剂；
• 制造化合物半导体（如砷化镓、磷化镓、砷化铟）时的液封剂等。

参见

• 硼酸
• 一氧化二硼
• 低氧化硼