硼的基本特性

中文名：硼

元素符號：B

英文名：Boron

別 稱：Borfast; Boron atom

分子量：10.81

CAS登錄號：7440-42-8

EINECS登錄號：231-151-2

熔點：2180℃

沸點：3650℃

安全性描述S24/25：防止皮膚和眼睛接觸

危險性符號：R22

危險性描述：吞咽有害

硼的來源

硼的應用由來已久，最早可追溯到公元前200年，古埃及、古羅馬、古巴比倫都曾使用過硼砂。古代阿拉伯人也發(fā)現(xiàn)可用硼砂來做焊接中的助熔劑，于是西方人將硼命名為Boron，源于阿拉伯文，原意是“焊劑”。

含量分布硼約占地殼組成的0.001%，它在自然界中主要礦石是硼砂和白硼鈣石等。中國西藏自治區(qū)許多含硼鹽湖，蒸發(fā)干涸后有大量硼砂晶體堆積。硼在自然界中的含量相當豐富。天然產(chǎn)的硼砂（Na?B?O?·10H?O），在中國古代就已作為藥物，叫做蓬砂或盆砂，可能是從西藏傳到印度，再從印度傳到歐洲去的。太平太平硼-10酸

物理性質

單質硼為黑色或深棕色粉末，熔點2076℃。沸點3927℃。單質硼有多種同素異形體，無定形硼為棕色粉末，晶體硼呈灰黑色。晶態(tài)硼較惰性，無定形硼則比較活潑。單質硼的硬度近似于金剛石，有很高的電阻，但它的導電率卻隨著溫度的升高而增大，高溫時為良導體。室溫時為弱導電體；高溫時則為良導體。

硼共有14種同位素，其中只有兩個是穩(wěn)定的。在自然界中主要以硼酸和硼酸鹽的形式存在。

化學性質
化學元素周期表第Ⅲ族（類）主族元素，符號B，原子序數(shù)5。
硼易被空氣氧化，由于三氧化二硼膜的形成而阻礙內(nèi)部硼繼續(xù)氧化。常溫時能與氟反應，不受鹽酸和氫氟酸水溶液的腐蝕。硼不溶于水，粉末狀的硼能溶于沸硝酸和硫酸，以及大多數(shù)熔融的金屬如銅、鐵、錳、鋁和鈣。

(1)與非金屬作用

高溫下B能與N?、O?、S、X?等單質反應，例如它能在空氣中燃燒生成B?O?和少量BN，在室溫下即能與F?發(fā)生反應，但它不與H?、稀有氣體等作用。

(2)B能從許多穩(wěn)定的氧化物（如SiO?，P?O?，H?O等）中奪取氧而用作還原劑。

例如在赤熱下，B與水蒸氣作用生成硼酸和氫氣：2B+6H?O=高溫=2H?BO?+3H?

(3)與酸作用

硼不與鹽酸作用，但與熱濃H?SO?，熱濃HNO?作用生成硼酸：

2B+3H?SO?(濃)==2H?BO?+3SO?↑

B+3HNO?(濃)==H?BO?+ 3NO?↑

(4)與強堿作用

在氧化劑存在下，硼和強堿共熔得到偏硼酸鹽：

2B+2NaOH+3KNO?==2NaBO?+3KNO?+H?O

(5)與金屬作用

高溫下硼幾乎能與所有的金屬反應生成金屬硼化物。它們是一些非整比化合物，組成中B原子數(shù)目越多，其結構越復雜。

無定形硼用于生產(chǎn)硼鋼，硼鋼的抗沖擊性能好，又因為B有吸收中子的特性，硼鋼不僅是制造噴氣發(fā)動機的優(yōu)質鋼材，還用于制造原子反應堆的控制棒。

主要用途

①構成生命

硼元素是核糖核酸形成的必需品，而核糖核酸是生命的重要基礎構件。夏威夷大學宇航局天體生物學研究所的博士后研究員詹姆斯-斯蒂芬森稱：“硼對于地球上生命的起源可能很重要，因為它可以使核酸穩(wěn)定，核酸是核糖核酸的重要成分。在早期生命中，核糖核酸被認為是脫氧核糖核酸的信息前體。”

②工業(yè)用途

硼是一種用途廣泛的化工原料礦物，主要用于生產(chǎn)硼砂、硼酸和硼的各種化合物以及元素硼，是冶金、建材、機械、電器、化工、輕毛、核工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等部門的重要原料。

目前硼的用途有300多種，新的用途還在開發(fā)中。但硼主要用于玻璃工業(yè)、陶瓷工業(yè)、洗滌劑和農(nóng)業(yè)肥料，上述四種用途約占全球硼消費量的3/4。

玻璃纖維制造業(yè)是硼最重要的最終用途，約占硼消費量的1/3。硼酸鈉是中空玻璃纖維尺寸制造中的關鍵成分，可以降低玻璃的熔點，提高玻璃的隔熱性能。它是北美更大的絕緣玻璃纖維市場。硼酸鹽在連續(xù)絲束和紡織纖維玻璃的生產(chǎn)中也起著重要的作用。氧化硼可以降低液態(tài)玻璃的溫度，提高透明度。還可以降低液態(tài)玻璃的表面張力，使其表面更加光滑。2001年，玻璃纖維絲織物產(chǎn)品對硼的需求明顯下降，主要原因是經(jīng)濟不景氣導致產(chǎn)品庫存高企。2002年下半年，幾種連續(xù)玻璃纖維絲織物的市場將會復蘇。

制造洗滌劑是硼的重要用途之一，尤其是在歐洲。由于替代產(chǎn)品(過碳酸鈉)的出現(xiàn)，該市場近年來面臨著激烈的競爭。2002年陶瓷工業(yè)對硼的需求繼續(xù)增長，占全球硼消費量的15%。硼酸鹽可以增強陶瓷產(chǎn)品的光澤和牢固性，以及抗劃傷性和抗化學侵蝕性。硼硅酸鹽玻璃消耗10%的氧化硼產(chǎn)量。添加了硼酸鹽的玻璃提高了耐熱性和機械強度，還提高了耐水腐蝕性和耐化學腐蝕性。近年來，由于塑料和鋼化玻璃等替代產(chǎn)品的出現(xiàn)，硅酸鹽玻璃的發(fā)展趨于緩慢。

③生理功能

有關硼的吸收代謝科學界了解得并不充分，硼在膳食中很容易吸收，并大部分由尿排出，在血液中是與氧結合，為H?BO?或B(OH)?，硼酸與有機化合物的羥基形成酯化物。動物與人的血液中硼的含量很低，并與膳食中鎂的攝入有關，鎂攝入低時，血液中硼的含量就增加。硼可在骨中蓄積，但尚不清楚是何種形式。

硼普遍存在于蔬果中，是維持骨的健康和鈣、磷、鎂正常代謝所需要的微量元素之一。對停經(jīng)后婦女防止鈣質流失、預防骨質疏松癥具有功效，硼的缺乏會加重維生素D的缺乏；另一方面，硼也有助于提高男性睪丸甾酮分泌量，強化肌肉，是運動員不可缺少的營養(yǎng)素。硼還有改善腦功能，提高反應能力的作用。雖然大多數(shù)人并不缺硼，但老年人有必要適當注意攝取。
硼的生理功能還未確定，存在兩種假說解釋硼缺乏時出現(xiàn)的明顯而不同的反應，以及已知硼的生化特性。一種假說是，硼是一種代謝調節(jié)因子，通過競爭性抑制一些關鍵酶的反應，來控制許多代謝途徑。另一種是，硼具有維持細胞膜功能穩(wěn)定的作用，因而，它可以通過調整調節(jié)性陰離子或陽離子的跨膜信號或運動，來影響膜對激素和其他調節(jié)物質的反應。

④植物生理

硼是高等植物特有的必需元素，而動物、真菌與細菌均不需要硼。硼能與游離狀態(tài)的糖結合，使糖容易跨越質膜，促進糖的運輸。植物各器官間硼的含量以花更高，花中又以柱頭和子房更高。硼對植物的生殖過程有重要的影響，與花粉形成、花粉管萌發(fā)和受精有密切關系。缺硼時，花藥和花絲萎縮，花粉發(fā)育不良。油菜和小麥出現(xiàn)的“花而不實”現(xiàn)象與植物硼酸缺乏有關。缺硼時根尖、莖尖的生長點停止生長，側根、側芽大量發(fā)生，其后側根、側芽的生長點又死亡，從而形成簇生狀。甜菜的褐腐病、馬鈴薯的卷葉病和蘋果的縮果病等都是缺硼所致。

單體硼、硼粉、無定形元素硼生產(chǎn)方法

1、高純元素硼制造方法中有鹵化硼(如BCl3、BBr3)氫氣還原法。氫化鈉還原法先是在氫化反應器中由氫氣和金屬鈉制得氫化鈉,然后加入帶有攪拌器和冷凝器的反應器中,稍加熱后緩緩滴加三氟化硼乙醚絡合物,生成的乙硼烷氣體經(jīng)干燥、精制后送入電加熱的石英玻璃裂解器中,在高溫下裂解析出元素硼。

2、硼纖維通常采用氣相化學沉積法。將連續(xù)通入反應管的鎢絲直接通電加熱到1000～1200℃。在反應管中通入Ba3和H2的混合氣體,在鎢絲的表面引起反應,形成硼纖維。