三氧化二硼

三氧化二硼
别名	三氧化二硼、硼酸酐、硼酐
识别
CAS号	1303-86-2
PubChem	518682
ChemSpider	452485
SMILES	O=BOB=O;
InChI	1/B2O3/c3-1-5-2-4;
InChIKey	JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYAI
EINECS	215-125-8
ChEBI	30163
RTECS	ED7900000
性质
化学式	B2O3
摩尔质量	69.6182 g·mol⁻¹
外观	白色蜡状固体
密度	2.460 g/cm3 (液态); 2.55 g/cm3 (三方); 3.11–3.146 g/cm3 (单斜)
熔点	450 °C
沸点	1680 °C
溶解性（水）	2.2 g/100 mL
溶解性	在甲醇中部分可溶
pKa	~ 4
危险性
欧盟分类	Repr. Cat. 2
	致死量或浓度：
LD50（中位剂量）	3150 mg/kg （小鼠口服）
相关物质
其他阴离子	硫化硼; 硒化硼; 碲化硼
其他阳离子	氧化铝; 氧化镓; 氧化铟; 氧化铊
相关化学品	一氧化二硼
	若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

三氧化二硼（化学式：B₂ O₃）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。^[1]^[2]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）^[3]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。^[4]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。^[5]

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。

{\rm {H_{3}BO_{3}\rightarrow HBO_{2}+H_{2}O\,}}

{\rm {2HBO_{2}\rightarrow B_{2}O_{3}+H_{2}O\,}}

硼酸则可通过硼砂和硫酸共热反应制取。^[6]^[5]

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：

{\rm {CuO+B_{2}O_{3}\rightarrow Cu(BO_{2})_{2}\,}}

（蓝色）

{\rm {Fe_{2}O_{3}+3B_{2}O_{3}\rightarrow 2Fe(BO_{2})_{3}\,}}

（黄色）

氧化硼可以被碱金属、铝和镁还原为单质硼：

{\rm {B_{2}O_{3}+3Mg\rightarrow 2B+3MgO\,}}

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：

{\rm {B_{2}O_{3}+3C+3Cl_{2}\rightarrow 2BCl_{3}+3CO\,}}

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：

{\rm {B_{2}O_{3}(s)+H_{2}O(g)\rightarrow 2HBO_{2}(g)\,}}

，

{\rm {\Delta H^{o}=-199.2kJ/mol\,}}

{\rm {B_{2}O_{3}+3H_{2}O\rightarrow 2H_{3}BO_{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；
制造硼硅酸盐玻璃（英语：Borosilicate glass）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

参考资料

^ Eckert, H. Prog. NMR Spectrosc., 24 (1992) 159-293.
^ S.-J. Hwang, C. Femandez, J.P. Amoureux, J. Cho, S.W. Martin & M. Pruski. "Quantitative study of the short range order in B,O, and B,S, by MAS and two-dimensional triple-quantum MAS ¹¹B NMR" Solid State Nuclear Magnetic Resonance 8 (1997) 109-121
^ G.E. Gurr, P.W. Montgomery, C.D. Knutson, B.T.Gorres "The Crystal Structure of Trigonal Diboron Trioxide" Acta Cryst. B26 (1970) 906-915
^ V. V. Brazhkin et al. "Structural transformations in liquid, crystalline and glassy B₂O₃ under high pressure" JETPh Lett. 78 (2003) 845 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
^ ^5.0 ^5.1 V. A. Mukhanov, O. O. Kurakevich, and V. L. Solozhenko "On the Hardness of Boron (III) Oxide" of Superhard Materials 30 (2008) 71
^ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8

[1] Eckert, H. Prog. NMR Spectrosc., 24 (1992) 159-293.

[2] S.-J. Hwang, C. Femandez, J.P. Amoureux, J. Cho, S.W. Martin & M. Pruski. "Quantitative study of the short range order in B,O, and B,S, by MAS and two-dimensional triple-quantum MAS ¹¹B NMR" Solid State Nuclear Magnetic Resonance 8 (1997) 109-121

[3] G.E. Gurr, P.W. Montgomery, C.D. Knutson, B.T.Gorres "The Crystal Structure of Trigonal Diboron Trioxide" Acta Cryst. B26 (1970) 906-915

[4] V. V. Brazhkin et al. "Structural transformations in liquid, crystalline and glassy B₂O₃ under high pressure" JETPh Lett. 78 (2003) 845 （页面存档备份，存于互联网档案馆）

[hardness-5] 5.0 ^5.1 V. A. Mukhanov, O. O. Kurakevich, and V. L. Solozhenko "On the Hardness of Boron (III) Oxide" of Superhard Materials 30 (2008) 71

[6] Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8

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