無(wú)機(jī)材料-硼的綜合作用
化學(xué)先生 / 2019-05-18
據(jù)記載，早在古代埃及時(shí)制造玻璃就已使用硼砂作熔劑，但是硼酸的化學(xué)成分在19世紀(jì)初還是個(gè)謎。1807年英國(guó)化學(xué)家戴維報(bào)告了用電解法在兩白金面之間電解濕酸以及在一個(gè)金屬管中用鉀還原酸制得了。1809年法國(guó)化學(xué)家蓋目薩克和錫鈉爾德用金屬鉀還原無(wú)水硼酸B2O3取得了單質(zhì)硼明。哪的命名源自阿拉伯文，原意指明秒“ Borax”及相似的化合物“ Borate。
硼在國(guó)外常被列為稀有元素，但我國(guó)卻有豐富的硼砂礦，所以硼在我國(guó)是豐產(chǎn)元素。
說(shuō)到元素，大家可能不會(huì)感到陌生，醫(yī)院里常用的消毒水硼酸，工業(yè)上用的硼砂都是大家經(jīng)常接觸到的硼的化合物。
硼是與生物世界息息相關(guān)元素。甜菜、小麥、稻谷、蘋果、柑橘等，都離不開硼，哪是保證它們茁狀生長(zhǎng)的“維生素”。在我們的日常生活中也常常遇到，比如五顏六色的瓷器、彩色電視機(jī)等都有明的一份功勞。更引人注目的是近年來(lái)硼進(jìn)入了尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域尤其在航天事業(yè)上，硼發(fā)揮了杰出的作用，被譽(yù)為無(wú)機(jī)材料的后起之秀。
硼在化學(xué)元素周期表中排在第五號(hào)，它的原子半徑很小，原子最外層有三個(gè)電子，被核正電荷緊緊吸引，很難丟失，所以硼總是趨向于得到電子。它是一個(gè)非金屬元素，在鋁、硅之中更像硅。單質(zhì)研的晶體是正二十面體，每個(gè)面是等邊三角形。在化學(xué)反應(yīng)中，硼總是傾向于以這種多面體的習(xí)性形成化合物，而哪的這種復(fù)雜成鍵特征，用一般的化學(xué)鍵理論是無(wú)法解釋的。正是由于元素的這種結(jié)構(gòu)，使它能夠形成多種形式的化合物，如烷、碳哪烷、有機(jī)金屬硼烷等。無(wú)怪乎有人說(shuō):硼化學(xué)幾乎可以和碳的化學(xué)(有機(jī)化學(xué))相媲美。曾經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域做出過(guò)突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家李普斯昆獲得了19％6年諾貝爾獎(jiǎng)。然而，化學(xué)家在開辟這個(gè)新領(lǐng)域的征途中曾歷盡艱辛早在1881年，人們就試圖制取單個(gè)的明氫化合物，但是，這些物質(zhì)太活了很容易受水的進(jìn)攻，在空氣中可以自動(dòng)燃燒。直到1912年，德國(guó)化學(xué)家史托克首次發(fā)明了用金屬汞制成的低溫真空操作儀器。オ獲得了一個(gè)個(gè)氫化合物。史托克為化學(xué)奮斗了整整20年。不幸的是，由于長(zhǎng)期與汞打交道，史托克和他的同事們得了求慢性中毒癥、頭痛、肢體麻本、精神疲倦、記憶減退、喪失視覺(jué)。他們以現(xiàn)身說(shuō)法向人們大聲疾呼:小心求中毒。從此以后，人們對(duì)汞的毒害作用予以了足夠的重視。
硼有八種同素異形體。晶體狀態(tài)的硬度特別高，和金剛石接近，化學(xué)性質(zhì)也特別穩(wěn)定，只有在高溫下才與氧、氯、硫發(fā)生反應(yīng)。硼在自然界主要以化合物形式存在，硼占地殼總重量的0.001％。我國(guó)有著豐富的硼礦資源，在西藏的湖泊中就有大量的硼砂固體。16世紀(jì)50年代，西藏的明砂曾經(jīng)壟斷世界市場(chǎng)。
游離態(tài)的硼用途不太大。在工業(yè)上，在鋁、銅等金屬里加上百萬(wàn)分之一的硼，可以改善這些金屬的機(jī)械性能。硼砂的用途要廣得多。硼的化合物早期主要應(yīng)用在治金、陶瓷、造紙、玻璃、食品等工業(yè)部門。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，硼元素成了航天事業(yè)不可缺少的材料。硼烷是比較理想的高能燃料，每千克硼烷的燃燒熱值高達(dá)15000千卡。作為火箭的動(dòng)力，可以把幾十噸重的人造天體送到九霄云外。硼纖維的抗張強(qiáng)度為每平方厘米75千克之多。它耐高溫、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕，所以它可以用來(lái)做火箭的噴嘴、衛(wèi)星的天線支承桿、設(shè)備平臺(tái)的支承桿，還可以制造航天飛機(jī)的推力結(jié)構(gòu)架。硼的有機(jī)化合物作為耐高溫黏合劑，曾用于登月的阿波羅飛船。用這種黏合劑黏合的密封部件與傳統(tǒng)的鉚合、焊接、拴合相比，不僅黏得牢固，而且大大減輕部件重量。
大家知道，我們?nèi)粘Ｉ铍x不開電，同樣，在太空飛行的衛(wèi)星、飛船等也都離不開電。這些人造天體上用的太陽(yáng)能電池一般都是用硅硼磷作P-N結(jié)，這種“發(fā)電站”比其他材料做成的電池壽命長(zhǎng)。為了解決地球上的能源危機(jī)，有人還設(shè)想在地球的同步軌道上建造太陽(yáng)能電站，然后用微波傳送給地球。實(shí)現(xiàn)這個(gè)美好的愿望，也少不了元素硼。
在原子能工業(yè)和治金工業(yè)上的應(yīng)用也是出類拔苯的。硼的同位素是優(yōu)良的中子吸收劑，可以作為核反應(yīng)堆的控制棒。三氟化明還可以制成核反應(yīng)堆的中子計(jì)數(shù)器。人們通過(guò)中子計(jì)數(shù)器可以隨時(shí)得到熱核反應(yīng)的信息。在治金工業(yè)中，翻還可以代替鉬、絡(luò)、鎳等貴重的金屬。在鋼里接入十萬(wàn)分之幾的哪，造出的不銹鋼，強(qiáng)度可以大大提高。這種不銹鋼是制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃汽輪機(jī)高強(qiáng)度零件的好材料。在銅和鋁中入萬(wàn)分之幾的硼，可以大大提高導(dǎo)電性。氫化棚的硬度比金剛石還高，熔點(diǎn)達(dá)3000℃以上，是很好的高溫、抗腐蝕材料。
硼元素是人體內(nèi)的微量元素之一。雖然它的營(yíng)養(yǎng)功能至今還沒(méi)有結(jié)論性的證據(jù)，但它是細(xì)胞不可少的成分。
硼是莊稼、果樹的親密朋友。農(nóng)業(yè)化學(xué)家在研究油菜的生長(zhǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有塊農(nóng)田油菜苗植株樓小，光開花不結(jié)果，最后枯菱。施用八兩硼砂后，油菜的生長(zhǎng)卻面目一新，枝粗苗壯，產(chǎn)量成倍地增長(zhǎng)。甜菜缺硼就會(huì)喪失對(duì)細(xì)菌的抵抗力，發(fā)生腐心病幼苗死亡;棉花缺明會(huì)發(fā)生落桃現(xiàn)象;大豆缺硼，根瘤菌不能很好地固氮;蘋果缺硼，果肉中會(huì)稀有元素磁出現(xiàn)堅(jiān)硬的斑塊，果皮會(huì)出現(xiàn)陷和壞死。科學(xué)研究證明，豆科植物、十字花植物、麻類、果樹等都需要微量的，而這種微量的營(yíng)養(yǎng)元素是氮磷鉀不能代替的。在植物體內(nèi)硼參與碳水化合物的轉(zhuǎn)化和運(yùn)輸、調(diào)節(jié)水分以及氧化還原反應(yīng)的過(guò)程，它又是開花結(jié)果和生長(zhǎng)點(diǎn)再生所必需的營(yíng)養(yǎng)成分。所以，目前已普遍受到農(nóng)業(yè)化學(xué)家的重視。
這里應(yīng)當(dāng)指出的是，硼的許多化合物是有毒的，必須引起人們的充分重視。在1906年俄國(guó)就禁止用明的化合物保存食品。硼酸的致死量是4克，而氫化合物有劇毒，乙哪烷的毒性與光氣不相上下。得了硼中毒癥就會(huì)食欲不振、吐、咳嗽、發(fā)炎，頭痛等。不過(guò)只要我們科學(xué)地使用它，駕馭它，硼不會(huì)給人類帶來(lái)嚴(yán)重的危害。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)，初露頭角的硼元素必將開出更加絢麗多彩的花朵，結(jié)出更加豐碩的果實(shí)。我國(guó)有豐富的硼礦，它在我國(guó)建設(shè)中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
.jpg "無(wú)機(jī)材料-硼的綜合作用")
.jpg "無(wú)機(jī)材料-硼的綜合作用")
.jpg "無(wú)機(jī)材料-硼的綜合作用")
閩ICP備15011996號(hào)-4
|
閩公網(wǎng)安備35040002000218號(hào)
|