BORIUMOXIDE (B2O3): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2026

Het booroxide of boorzuuranhydride is een anorganische verbinding waarvan de chemische formule B ₂ O _{3 is} . Aangezien boor en zuurstof elementen zijn van het p-blok van het periodiek systeem, en nog meer hoofden van hun respectievelijke groepen, is het elektronegativiteitsverschil tussen hen niet erg groot; daarom wordt verwacht dat B ₂ O ₃ covalent van aard is.

B ₂ O ₃ wordt bereid door borax op te lossen in geconcentreerd zwavelzuur in een smeltoven en bij een temperatuur van 750 ° C; het thermisch dehydrateren van boorzuur, B (OH) ₃ , bij een temperatuur van ongeveer 300 ° C; of het kan ook worden gevormd als een product van de reactie van diboraan (B ₂ H ₆ ) met zuurstof.

Boriumoxide poeder. Bron: materiaalwetenschapper op Engelse Wikipedia

Booroxide kan een semi-transparant glasachtig of kristallijn uiterlijk hebben; dit laatste kan door vermaling worden verkregen in poedervorm (afbeelding boven).

Hoewel het op het eerste gezicht misschien niet zo lijkt, wordt B ₂ O ₃ beschouwd als een van de meest complexe anorganische oxiden; niet alleen vanuit structureel oogpunt, maar ook vanwege de variabele eigenschappen die worden verkregen door glas en keramiek waaraan dit wordt toegevoegd aan hun matrix.

Boriumoxide structuur

BO-eenheid

B ₂ O ₃ is een covalente vaste stof, dus in theorie zijn er geen B ³⁺ of O ² -ionen in zijn structuur , maar BO-bindingen. Borium kan volgens de valentiebindingstheorie (TEV) slechts drie covalente bindingen vormen; in dit geval drie BO-koppelingen. Als gevolg hiervan moet de verwachte geometrie trigonaal zijn, BO ₃ .

BO ₃ molecule een tekort aan elektronen, met name zuurstofatomen; Verschillende van hen kunnen echter met elkaar interageren om voornoemd gebrek te voorzien. De BO _3- driehoeken worden dus verbonden door een zuurstofbrug te delen en worden in de ruimte verdeeld als netwerken van driehoekige rijen met hun vlakken op verschillende manieren georiënteerd.

Kristal structuur

Kristallijne structuur van booroxide. Bron: Orci

Een voorbeeld van dergelijke rijen met driehoekige BO _3- eenheden wordt getoond in de bovenstaande afbeelding . Als je goed kijkt, wijzen niet alle gezichten van de plannen naar de lezer, maar de andere kant op. De oriëntaties van deze vlakken kunnen verantwoordelijk zijn voor hoe B ₂ O ₃ wordt gedefinieerd bij een bepaalde temperatuur en druk.

Wanneer deze netwerken een structureel patroon over lange afstanden hebben, is het een kristallijne vaste stof die kan worden opgebouwd uit zijn eenheidscel. Hier wordt gezegd dat B ₂ O ₃ twee kristallijne polymorfen heeft: α en β.

Α-B ₂ O ₃ wordt geproduceerd bij omgevingsdruk (1 atm), en wordt gezegd kinetisch onstabiel te zijn; dit is in feite een van de redenen dat booroxide waarschijnlijk een moeilijk te kristalliseren verbinding is.

De andere polymorf, β-B ₂ O ₃ , wordt verkregen bij hoge drukken in het GPa-bereik; daarom moet de dichtheid groter zijn dan die van α-B ₂ O ₃ .

Glasachtige structuur

Boroxol ring. Bron: CCoil

BO _3- netwerken hebben van nature de neiging om amorfe structuren aan te nemen; Dit zijn, ze missen een patroon dat de moleculen of ionen in de vaste stof beschrijft. Wanneer B ₂ O ₃ wordt gesynthetiseerd, is de overheersende vorm amorf en niet kristallijn; met de juiste woorden: het is een vaste stof die meer glasachtig dan kristallijn is.

Van B ₂ O ₃ wordt dan gezegd dat het glasachtig of amorf is wanneer de BO _3- netwerken verstoord zijn. Niet alleen dit, maar ze veranderen ook de manier waarop ze samenkomen. In plaats van gerangschikt te zijn in een trigonale geometrie, worden ze uiteindelijk aan elkaar gekoppeld om te creëren wat onderzoekers een boroxolring noemen (bovenste afbeelding).

Let op het duidelijke verschil tussen driehoekige en zeshoekige eenheden. De driehoekige karakteriseren het kristallijne B ₂ O ₃ en de hexagonale het glasachtige B ₂ O ₃ . Een andere manier om naar deze amorfe fase te verwijzen is boriumglas, of door een formule: gB ₂ O ₃ (de 'g' komt van het woord glazig, in het Engels).

Zo zijn gB ₂ O _3- netwerken samengesteld uit boroxolringen en niet uit BO _3- eenheden . GB ₂ O ₃ kan echter kristalliseren tot α-B ₂ O ₃ , wat een onderlinge omzetting van ringen in driehoeken zou impliceren, en zou ook de bereikte kristallisatiegraad bepalen.

Eigendommen

Fysiek uiterlijk

Het is een kleurloze, glasachtige vaste stof. In zijn kristallijne vorm is het wit.

Moleculaire massa

69,6182 g / mol.

Smaak

Een beetje bitter

Dichtheid

-Kristallijn: 2,46 g / ml.

-Vitreus: 1,80 g / ml.

Smeltpunt

Het heeft geen volledig gedefinieerd smeltpunt, omdat het afhangt van hoe kristallijn of glasachtig het is. De puur kristallijne vorm smelt bij 450 ° C; de glasachtige vorm smelt echter in een temperatuurbereik van 300 tot 700 ° C.

Kookpunt

Nogmaals, de gerapporteerde waarden komen niet overeen met deze waarde. Blijkbaar kookt vloeibaar booroxide (gesmolten uit zijn kristallen of uit zijn glas) bij 1860ºC.

Stabiliteit

Het moet droog worden gehouden, omdat het vocht absorbeert en wordt omgezet in boorzuur, B (OH) ₃ .

Nomenclatuur

Boriumoxide kan op andere manieren worden genoemd, zoals:

-Diboortrioxide (systematische nomenclatuur).

-Boron (III) oxide (voorraadnomenclatuur).

-Boriumoxide (traditionele nomenclatuur).

Toepassingen

Enkele van de toepassingen voor booroxide zijn:

Synthese van boortrihalogeniden

Boortrihalogeniden, BX ₃ (X = F, Cl en Br), kunnen worden gesynthetiseerd uit B ₂ O ₃ . Deze verbindingen zijn Lewis-zuren en daarmee is het mogelijk om booratomen in bepaalde moleculen te introduceren om andere derivaten met nieuwe eigenschappen te verkrijgen.

Insecticide

Een vast mengsel met boorzuur, B ₂ O _3- B (OH) ₃ , vertegenwoordigt een formule die wordt gebruikt als huishoudelijk insecticide.

Oplosmiddel voor metaaloxiden: vorming van glas, keramiek en boorlegeringen

Vloeibaar booroxide is in staat metaaloxiden op te lossen. Uit dit resulterende mengsel worden, eenmaal afgekoeld, vaste stoffen verkregen die zijn samengesteld uit boor en metalen.

Afhankelijk van de gebruikte hoeveelheid B ₂ O ₃ , evenals de techniek en het type metaaloxide, kan een rijke verscheidenheid aan glas (borosilicaten), keramiek (boornitriden en carbiden) en legeringen (indien gebruikt) worden verkregen. alleen metalen).

In het algemeen krijgen glas of keramiek meer weerstand en sterkte, en ook een grotere duurzaamheid. In het geval van brillen worden ze uiteindelijk gebruikt voor optische en telescooplenzen en voor elektronische apparaten.

Binder

Bij de constructie van staalsmeltovens worden vuurvaste stenen op magnesiumbasis gebruikt. Boriumoxide wordt gebruikt als bindmiddel en helpt ze stevig bij elkaar te houden.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Boortrioxide. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2019). Boorzuur oxide. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rio Tinto. (2019). Borix oxide. 20 Mule Team Borax. Hersteld van: borax.com
5. A. Mukhanov, OO Kurakevich en VL Solozhenko. (sf). Over de hardheid van boor (III) oxide. LPMTMCNRS, Université Paris Nord, Villetaneuse, Frankrijk.
6. Hansen T. (2015). B ₂ O ₃ (boorzuuroxide). Hersteld van: digitalfire.com