三氧化二硼

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三氧化二硼（化學式：B₂O₃）又稱氧化硼，是硼最主要的氧化物。它是一種白色蠟狀固體，一般以無定形的狀態存在，很難形成晶體，但在高強度退火後也能結晶。它是已知的最難結晶的物質之一。

三氧化二硼
別名	三氧化二硼、硼酸酐、硼酐
識別
CAS號	1303-86-2  Y
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
性質
化學式	B2O3
莫耳質量	69.6182 g·mol⁻¹
外觀	白色蠟狀固體
密度	2.460 g/cm3 (液態) 2.55 g/cm3 (三方) 3.11–3.146 g/cm3 (單斜)
熔點	450 °C
沸點	1680 °C
溶解性（水）	2.2 g/100 mL
溶解性	在甲醇中部分可溶
pKa	~ 4
危險性
歐盟分類	Repr. Cat. 2
致死量或濃度：
LD50（中位劑量）	3150 mg/kg （小鼠口服）
相關物質
其他陰離子	硫化硼 硒化硼 碲化硼
其他陽離子	氧化鋁 氧化鎵 氧化銦 氧化鉈
相關化學品	一氧化二硼
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

結構

玻璃狀氧化硼（g-B₂O₃）很可能是一種由許多三角形BO₃單元通過共用氧原子部分有序連接而成的網絡結構，其中以硼氧相間的六元環B₃O₃占優勢。該六元環中，硼原子為三配位，氧原子為二配位。^[1][2]該玻璃體在325－450 °C時軟化，其密度隨受熱情況而有一個變化範圍。加熱時，玻璃體氧化硼結構中的無序度增加。超過450 °C時會產生有極性的－B＝O基。高於1000 °C時，氧化硼蒸氣則全部由B₂O₃單體組成，其結構為角形的 O＝B－O－B＝O。

常壓下使液態的氧化硼在200－250 °C範圍內結晶，可以形成普通的六方晶系氧化硼（α-B₂O₃），其結構（見右圖）^[3]幾乎全部由三角形的BO₃單元組成。

在22000atm和400 °C時，α-B₂O₃轉變為高溫高壓型的單斜晶體β-B₂O₃。^[4]該轉變過程類似於石英在高壓下到柯石英的轉化。除此之外，β-B₂O₃也可以由液態氧化硼在40000atm和600 °C時結晶得到。

β-B₂O₃的體積模量很大（K = 180 GPa）。g-B₂O₃和β-B₂O₃的維氏硬度分別為1.5GPa和16GPa。^[5]

製備

雖然硼在空氣和氧氣中燃燒都可以直接產生三氧化二硼，但三氧化二硼主要是通過硼酸脫水製取的。在200－400 °C對硼酸真空脫水，可以得到非常乾燥的三氧化二硼。如果在大氣中脫水，即使加熱到1000 °C，也很難去除最後剩下的痕量水。

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

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

硼酸則可通過硼砂和硫酸共熱反應製取。^[6][5]

化學性質

氧化硼是酸性氧化物，熔融時可以溶解許多鹼性的金屬氧化物，生成有特徵顏色的玻璃狀硼酸鹽和偏硼酸鹽（玻璃）。這是硼砂珠試驗定性鑑別金屬的原理。例如：

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

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

氧化硼可以被鹼金屬、鋁和鎂還原為單質硼：

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

反應後用鹽酸處理反應混合物，MgO、B₂O₃和Mg溶於鹽酸，過濾後得到粗硼。氧化硼在高溫時不能為碳還原（高溫下可以形成碳化硼）。高溫下氧化硼與碳和氯氣反應，可以得到三氯化硼：

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

600 °C時，氧化硼與氨反應可以得到氮化硼（BN），與氫化鈣反應則得到六硼化鈣（CaB₆）。

氧化硼是硼酸的酸酐，溶於水時會放出大量熱生成偏硼酸和硼酸：

${\displaystyle {\rm {B_{2}O_{3}(s)+H_{2}O(g)\rightarrow 2HBO_{2}(g)\,}}}$， ${\displaystyle {\rm {\Delta H^{o}=-199.2kJ/mol\,}}}$

${\displaystyle {\rm {B_{2}O_{3}+3H_{2}O\rightarrow 2H_{3}BO_{3}\,}}}$

應用

氧化硼可以用作：

• 製取其他硼化合物（如碳化硼）的原料；
• 製造硼矽酸鹽玻璃（英語：Borosilicate glass）的原料；
• 有機合成中的酸性催化劑；
• 搪瓷、陶瓷釉料的助熔劑；
• 玻璃纖維生產過程中的添加劑；
• 製造化合物半導體（如砷化鎵、磷化鎵、砷化銦）時的液封劑等。

參見

• 硼酸
• 一氧化二硼
• 低氧化硼