Оксид бора

Оксид бора
-
Общие
Систематическое наименование	Оксид бора​(III)​
Традиционные названия	оксид бора, сесквиоксид бора; окись бора, борный ангидрид
Хим. формула	B2O3
Рац. формула	B2O3
Физические свойства
Состояние	бесцв. стекловидная масса
Молярная масса	69.6182 г/моль
Плотность	1.85 (стекл.); 2.460 г/мл3 (жид.)
Термические свойства
Температура
• плавления	480 °C
• кипения	1860 °C
Химические свойства
Растворимость
• в воде	2.2 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	[1303-86-2]
Безопасность
Предельная концентрация	5 мг/м3
ЛД50	3160 мг/кг (мыши, перорально) 1868 мг/кг (мыши, внутрибрюшинно)
Токсичность	низкая
NFPA 704	0 2 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Окси́д бо́ра (сесквиоксид бора, борный ангидрид) $\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ — 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 $\mathrm{B}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ (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 $\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$, который получают осторожным отщеплением воды от метаборной кислоты $\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$, 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 $(\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_n$. Дальнейшее оводнение приводит к образованию ортоборной кислоты $\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{B}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$.

Расплавленный $\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ хорошо растворяет оксиды многих элементов. С оксидами металлов образует соли бораты.

• $\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ является кислотным ангидридом, проявляя также очень слабые признаки амфотерности:

$\mathsf{2}{\mathsf{B}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{P}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{1}\mathsf{0}}\mathsf{\to }\mathsf{4}\mathsf{B}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}$

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

• С соляной кислотой реагирует при нагревании ($\mathrm{t}>100{\phantom{A}}^{\circ }\mathrm{C}$):

  ${\mathsf{B}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\stackrel{t^{\circ }}{\to }\mathsf{2}\mathsf{B}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

• 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):

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

• При нагревании оксида бора с элементарным бором выше 1000^о в парах существуют термически устойчивые линейные молекулы O=B—B=O. При быстром охлаждении паров ниже 300^о может быть получен белый твёрдый полимер состава $(\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_n$, не имеющий определённой точки плавления и сильно реакционноспособный. Под давлением в 60 тыс. ат. и температуре 1500^о оксид бора взаимодействует с элементарным бором по реакции:

${\mathsf{B}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{B}\mathsf{\to }\mathsf{3}{\mathsf{B}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Этот низший оксид бора имеет графитоподобную слоистую структуру.

Получение

Образуется при нагревании бора в атмосфере кислорода или на воздухе

$\mathsf{4}\mathsf{B}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\to }\mathsf{2}{\mathsf{B}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}},$

А также при обезвоживании борной кислоты:

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

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.

Литература

• Карапетьянц М. Х. Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия 1994
• Реми Г. «Курс неорганической химии» М.: Иностранная литература, 1963