硼酸、硼砂

    硼酸、硼砂 : 在硼的 氧化合物中最重要的产品有硼酸及其酸酐以 及四硼酸钠。
硼酸[H₃BO₃](boric acid) 硼酸也叫 做原硼酸或正硼酸。在工业上是向硼酸盐(主 要是硼砂) 加硫酸或盐酸等使其反应。

Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O→Na₂SO₄+4H₃BO₃

将杂质过滤分离出去,把滤液移到结晶 槽,经冷却利用溶解度之差,就得到粗硼酸 结晶。将其重结晶、干燥就得到成品。
硼酸无色透明,是具有珍珠光泽的片状 六边形结晶或白色粉末,熔点185℃,同时分 解。相对密度1.49。BO₃^3-是平面结构,这种结 构由氢键连接而成的分子层形成片状结晶。 熔点为184℃,加热则失水,在100℃为变偏 硼酸HBO₂,在150℃以上变为四硼酸,温度 再高则变为硼酸酐B₂O₃。在20℃下水可溶 3.992g/100g,在热水中极易溶解,在100℃ 为29g/100g。很易与醇类形成酯,例如和甲 醇反应就生成有挥发性的B(OCH₃)₃。水溶 液虽为弱酸,但和多元醇之间,尤其是可与 顺式结构位置上有二个羟基的醇形成酯型络 合离子,由于变为强酸就易于滴定,可用于 硼酸的定量。与皮肤接触有滑腻感,水溶液有 弱的杀菌能力,并用作食物防腐剂和消毒剂 等,如少量内服时呈现出和缓的生理作用,大 量服用时可引起休克影响到神经中枢 (致死 量: 成年人约20g,幼儿约5g)。
用途:可作为硼硅酸玻璃的原料、医药、 搪瓷、釉、颜料(翠络绿用原料),此外还可 以用作染料和化妆品的原料,以及制备硼和 硼酸盐。
(2)硼酸酐[B₂O₃] (boric oxide,boric anhgdride) 又称氧化硼,将硼酸加热烧红 就可以得到又硬又脆无色玻璃状的固态硼 酸酐。

2H₃BO₃→B₂O₃+3H₂O

据说密度为1.84g·cm^-3,熔点为577℃, 但很难得到准确的数据。虽然沸点在1500℃ 以上,但在1000℃,蒸气压就相当高,易于 从空气中吸收水分,溶解度为1.1g/100g (水,0℃) 15.7g/100g (水,100℃),溶于 水经偏硼酸变为硼酸。硼酸酐比三氧化二铝 的酸性强,是两性氧化物,可在硫酸、磷酸 中溶解,生成B (HSO₄)₃,BPO₄,但水解时 B₂O₃就沉淀出来。和氟在常温下就发光并激 烈反应生成三氟化硼BF₃和氧气。和其他卤 素不反应。用碱金属、镁、铝等虽可还原,但 是,就是和碳灼烧也不能还原。在高温下和 氨、氯化铵反应则生成氮化硼和氰化钾、尿 素高温加热也可生成氮化硼。和甲酸钠加热 则还原成硼。
用途:可作各种硼酸盐或氮化硼的原料, 氮化硼可用作具有传热性好、电绝缘性优异 的固体润滑剂而受到人们重视。
(3)四硼酸钠 [Na₂B₄O₇](borax) 十 水合物也叫做硼砂,这种水合物以白色半透 明矿石的形态存在,中国西藏出产的叫做原 硼砂。
制法: 将含硼酸盐的斜方硼砂加水,加 热溶解,过滤分离不溶物后,加入活性炭脱 色、过滤,将其溶液移到结晶槽,边搅拌边 冷却,硼砂以十水合物形态结晶出来。

用含钙的矿石 (钙硼石等) 时,将矿石 粉碎,和水一起装入压热器,加纯碱、碳酸 氢钠,在1.01×10⁵～3.02×10⁵Pa (1～ 3atm)下,在120～140℃大约反应3h后,过 滤。滤液再按斜方硼砂同样处理就可以作为 成品。
从水溶液里结晶出来的四硼酸钠,在 60℃以下时为十水合物,在60℃以上时就变 为五水合物,在350℃就成为无水物。十水合 物是无色无臭的结晶颗粒或粉末 (相对密度 约为1.7)。具有风化性。溶解度为4.7g/100g (水,20℃)。在甘油中虽可溶。但不溶于乙醇。 水溶液呈碱性。无水物的熔点为878℃。将结 晶加热逐渐地失去结晶水,溶解于结晶水中 显著地膨胀成为白色多孔质无水物,再熔融 成为玻璃状透明体。很易溶解金属氧化物,由 于金属种类的不同呈现的颜色也不一样,因 此作为硼砂球反应,是很重要的金属定性试 验法。
用途: 可用做玻璃纤维、釉 (搪瓷、陶 瓷器皿等),硼硅酸玻璃的原料,还可以作为 碱的标准物质用于酸的定量,或作为缓冲溶 液使用。其他还可以用作硼酸,过硼酸盐类的 原料,也用于医药、防腐剂 (但在食品方面 禁止使用) 等方面。