庶女代嫁木言初txt:硼钢的相关知识

答：硼钢
boron steel

以硼为主要合金化元素的钢。又称硼处理钢。能改善钢的某些性能。硼在钢中的作用主要是提高钢的淬透性，其次可提高耐热钢的高温强度，蠕变强度，改善高速钢的红硬性和刀具的切削能力。硼还有很强的中子吸收能力，故原子能用钢也常加入硼。硼的淬透性效果（淬火时淬硬层的深浅）与钢中的含硼量、含碳量及钢的奥氏体化温度有关。最佳含硼量约0.0010％ ，过低或过高均不能产生最佳效果。通常随着含碳量的增加，硼的作用降低。在最佳奥氏体化温度下，硼的淬透性效果最大。硼钢主要作为结构钢使用。此外，还可用作弹簧钢、低合金高强度钢、冷变形钢、耐磨钢、耐热钢、原子能用钢等。

概述
硼及其化合物结构上复杂性和键型上多样性丰富和扩展了现有的共价键理论因此硼及其化合物的研究在无机化学发展中占有独特的地位 ,硼和硅在周期表中处于一条对角线上它们的离子极化力接近有许多性质相似
1 存在
自然界没有游离的硼它总是与氧化合形成含氧的矿石不过其丰度远比硅小硼的重要矿石有硼镁矿硬硼钙石硼砂和方硼石还有少量硼酸
常...

1. 硼
1.1概述
硼及其化合物结构上复杂性和键型上多样性丰富和扩展了现有的共价键理论因此硼及其化合物的研究在无机化学发展中占有独特的地位 ,硼和硅在周期表中处于一条对角线上它们的离子极化力接近有许多性质相似
1 存在
自然界没有游离的硼它总是与氧化合形成含氧的矿石不过其丰度远比硅小硼的重要矿石有硼镁矿硬硼钙石硼砂和方硼石还有少量硼酸
常见和常用的硼化合物有硼砂硼酸和三氧化二硼
2 硼的制备
用盐酸和硫酸处理四硼酸盐可制得硼酸 硼酸加热失水得到酸酐三氧化二硼
3 价电子构型
硼原子的价电子构型是2s22p1
4 B的成键性能
硼在化合物的分子中配位数为4还是3取决于杂化轨道的数目
5 多中心键
是指较多的原子靠较少的电子结合起来的一种离域共价键
6 硼原子成键有三大特征 A 共价性
B 缺电子
C 多面体习性
1.2单质硼的结构和性质
1结构
无定形硼为棕色粉末晶态硼迄今已知有8种同分异构体 ,晶态硼有多种变体它们都是以B12二十面体为基本结构单元这个二十面体由12个
B原子组成它有二十个等边三角形的面和12个顶角每个顶角有一个硼原子每个硼原子与邻近的5个硼原子等距离
2. 性质
由于B12二十面体的连接方式不同键不同所形成的硼晶体类型不同硼的硬度大熔点沸点高化学性质也不活泼 无定形硼和粉末状硼比较活泼能与许多非金属直接反应在室温下即与氟化合加热也与氯溴氧及硫等反应在更高的温度下还与碳氮或氨反应分别得到硬度很大的碳化硼B4C和氮化硼BN在加热条件下与水蒸气反应放出H2 它易在氧气中燃烧
4B+3O2=2B2O3
从硼的燃烧热及BO键的链能(56l一690kJ/mol)可知硼与氧的亲合力很强它能从许
多金属或非金属氧化物中夺取氧所以可作还原剂 硼还能与某些金属反应而生成硼化物
2与非金属作用
无定形硼在室温下与氟反应得到三氟化硼加热时也能与氯气溴硫和氮气反应分别得到三氯化硼三溴化硼三硫化硼和氮化硼它不与氢气作用
3与酸的作用
硼还能与某些金属反应而生成硼化物则不与盐酸作用但能被浓HNO3或H2SO4和王水所氧化
B+3HNO3=H3BO3+3NO2
2B+3H2SO4=2H3BO3+3SO2
4与强碱作用
无定形硼与NaOH有类似硅那样的反应
2B+NaOH=2Na3BO3+H2
5与金属作用
生成硼化物
3 硼的用途
A 生产硼钢
B 金属陶瓷
1.3硼烷乙硼烷的分子结构
一概述
1分类
硼烷有BnHn+4和BnHn+6两大类前者较稳定在常温下乙硼烷及四硼烷为气体硼五到八的硼烷为液体十硼烷以上都是固体
2 燃烧
硼烷多数有毒有气味不稳定在空气中激烈地燃烧且放出大量的热因此硼烷曾被考虑用作高能火箭的燃料
3 还原性
它们是强还原剂能与氧化剂反应与卤素反应生成卤化硼
4 分解
有些硼烷加热分解
2B2H6=B4H10+H2
5 乙硼烷的制备
可以用硼的氟化物和乙醚或二甲基乙醚溶液中与强还原剂反应制得
4BF3Et2O+3NaBH4=2B2H6+3NaBF4+4Et2O
二乙硼烷的分子结构
乙硼烷从组成上看它与乙烷相似但结构不一样它的结构直到60年代初利普斯康姆提出多中心键盘的理论以后才解决 在乙硼烷分子中共有14个轨道但只有12个价电子 在乙硼烷分子中有两种键硼氢键和氢桥键高硼烷中还有硼-硼键开口三中心键硼桥键闭合三中心键闭合硼键五种键型
1.4硼氢配合物
B2H6与LiH反应将得到一种B2H6的还原性更强的还原剂硼氢化锂过量的NaH与
BF3反应或让NaH与硼酸三甲脂反应可得到硼氢化钠
2LiH+B2H6=2LiBH4
4NaH+BF3=NaBH4+3NaF
4NaH+B(OCH3)3=NaBH4+3NaCH3O
它们都是白色盐型化合物晶体能溶于水或乙醇无毒化学性质稳定由于其分子中有BH4
-离子它们是极强的还原剂在反应中它们各有选择性且用量少操作简单对温度又无特殊要求在有机合成中副反应少这样就使得一些复杂的有机合成反应变得快机时简单并且产品质量好
1.5 卤化物和氟硼酸
硼的卤化物同硅的卤化物在组成上和物理性质方面极其相似它们都是共价化合物化学性质也很相似如三氯化硼和四氯化硅都强烈水解不过水解机理有些不同
BCl3(l)+3H2O(l)=H3BO3(s)+3HCl(aq)
BX3的制法与SiX4相同可以用硼与卤素或三氧化二硼与HF酸反应得到 BF3水解也得到与六氟硅酸相当的氟硼酸
4BF3+6H2O=3BF4+3H3O++H3BO3
1.6 硼酸和硼酸盐
一硼酸
1硼酸的分解
硼酸H3BO3为白色片状晶体微溶于水加热灼烧时起下列变化
H3BO3HBO2B2O3 B2O3溶于水放出少量的热在热的水蒸气中形成可挥发的偏硼酸在水中形成硼酸
2硼酸的结构
如果说构成二氧化硅酸和硅酸盐的基本结构单元是SiO4四面体那么构成三氧化二硼硼酸和多硼酸的基本结构单元是平面三角形的BO3见图1410 P602和四面体BO4在硼酸的晶体中每个硼原子用3个sp3杂化轨道与3个氢氧根中的氧原子以共价键相结合每个氧原子除以共价键与一个硼原于和一个氢原子相结合外还通过氢键同另一个硼酸分子
中的氢原于结合成片层结构层与层之间则以微弱的范德华力相吸引所以硼酸晶体是片状的有解理性可作润滑剂硼酸的这种缔合结构使它在冷水中的溶解度很小加热时由于晶体中的部分氢键断裂溶解度增大(373K时为276) 硼酸在加热过程中首先转变为HBO2(偏硼酸)继而其中的BO2结构单元开始通过氧原子连接起来出现B一O一B链形成链状或坏状的多硼酸根其组成可用实验式(BO2)n
n-表示
3硼酸的性质
硼酸是一个一元弱酸它之所以有酸性并不是因为它本身给出质子而是由于则是缺电子原子它加合了来自水分子的OH-(其中氧原子有孤电子对)而释出H+离子 利用硼酸的这种缺电子性质加入多羟基化合物(如甘油或甘露醇)生成的稳定配合物可使硼酸的酸性增强 常利用硼酸和甲醇或乙醇在浓硫酸存在的条件下生成挥发性硼酸酯燃烧所特有的绿色火鉴别硼酸根
H3BO3+3CH3OH=B(OCH3)3+3H2O
硼酸与强碱NaOH中和得到偏硼酸钠NaBO2在碱性较弱的条件下则得到四硼酸盐如硼砂而得不到单个BO33-离子的盐但反过来在任何一种硼酸盐的溶液中加酸时总是得到硼酸因为硼酸的溶解度小它容易从溶液中析出 硼酸被大量地用于玻璃和陶瓷工业因为它是弱酸对人体的受伤组织有和缓的防腐消毒作用为医药上常用的消毒剂之一硼酸也是减少排汗的收敛剂为疥子粉的成分之一
此外它还用于食物防腐 硼酸同硅酸相似可以缩合为链状或环状的多硼酸所不同的是在多硅酸中只有SiO4四面体这一种结构单元,而在多硼酸中有两种结构单元一种即前述BO3平面三角另一种系硼原子以sp3杂化轨道与氧原子结合而成的BO4四面体在多硼酸中最重要的是四硼酸实验证明四硼酸根离子[B4O4[OH]4]2-的结构
二硼酸盐 除IA族金属元素以外多数金属的硼酸盐不溶于水多硼酸盐与硅酸盐一样加热时容易玻璃化 .
1 硼砂
最常用的硼酸盐即硼砂硼砂是无色半透明的晶体或白色结晶粉末在它的晶体中B4O5(OH)4]2-离子通过氢键连接成链状结构链与链之间通过Na+离子以离子键结合水分子存在链之间所以硼砂的分子式按结构应写为Na2B4O5(OH)48H2O
1 制备
工业上用浓碱溶液分解硼镁矿得到偏硼酸钠然后在较浓的偏硼酸钠溶液中通入CO2
以降低溶液的pH值通过结晶分离即得到硼砂
Mg2B2O5H2O+2NaOH2NaBO2+2Mg(OH)2
4NaBO2+CO2+10H2ONa2B4O5(OH)48H2O+Na2CO3
2 性质
硼砂在干燥空气中容易风化加热到623673K时成为无水盐继续升温至1151K则熔为玻璃状物它风化时首先失去链之间的结晶水温度升高则链与链之间的氢键因失水而被破坏形成牢固的偏硼酸骨架
3 硼砂珠试验
硼砂同B2O3一样在焙融状态能溶解一些金属氧化物并依金属的不同而显出特征的颜色(硼酸也有此性质)例如
Na2B4O7+CoO2NaBO2Co(BO2)2(蓝宝石色)
因此在分析化学中可以用硼砂来作硼砂珠试验以鉴定金属离子此性质也被应用于搪瓷和玻璃工业(上釉着色并耐高温)和焊接金属(去金属表面的氧化物)硼妙还用于制特种光学玻璃和人造宝石硼砂的水溶掖由于水解而显强碱性所以硼砂除了前面提过的用途以外它还是肥皂和洗衣粉的填料
二过硼酸盐
将硼酸盐与过氧化氢反应或者让硼酸与碱金属的过氧化物反应都可以得到过硼酸盐
H3BO3+Na2O2+HCl+2H2O=NaBO24H2O+NaCl
过硼酸钠是强氧化剂水解时放出过氧化氢用于漂白羊毛丝革和象牙等物或加在洗衣粉中作漂白剂它是无色晶体加热失水后成为黄色固体 将硼砂与氯化铵一同加热再用盐酸热水处理可得到白色固体氮化硼BNBN具有石墨型结构层内的硼原子和氮原子均采取sp2杂化轨道相互结合BN耐腐蚀热稳定性好在32774K的高温下仍保持稳定的固体状态它的电阻大导热率大绝缘性能好
碳化物 硅化物 硼化物
碳硅硼与一些电负性比该元素小的元素形成碳化物硅化物和硼化物在这些二
元化合物中有一些熔点高硬度大高温下强度好和耐化学腐蚀的物质它们已成迄今新型
材料中的重要组成部分大有取代部分金属材料的趋势
二 2.1离子型化合物
电负性低的金属或它们的氧化物与碳强热得到离子型碳化物离子型碳化物又可进一步分为两类第一类由IAIIA铍除外族元素货币金属锌和镉以及一些镧系元素生成碳化物它们含有C22-离子与水反应会放出乙炔
CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)
第二类是由铍铝生成的碳化物Be2C和Al4C3它们与水反应生成甲烷
Al4C3(s)+12H2O(l)=4Al(OH)3(s)+3CH4(g)
Mg2Si(s)+4H+(qa)=2Mg2+(aq)+SiH4(g)
6MgB2+12H+(aq)=6Mg2+(aq)+B4H10+8B+H2(g)
2.2 金属型化合物
第IVBVBVIBVIIB及VIII族的d过渡元素的碳化物无为金属型化合物碳原子嵌在金属原子密堆积晶格中的多面体孔穴内这就要求金属的原子半径大于130pm以便使碳原子进入上述孔穴中有些过渡金属如铬锰钴镍的半径小于139pm碳原子进入这些金属晶格时晶格发生了变形所生成碳化物的性质介于离子型和金属型碳化物之间它们能被水和酸所水解生成烃类和氢气的混和物金属碳化物按组成又可分为MCM2C
M3C三类它们的导电性好熔点高有的熔点甚至超过原来的金属 过渡金属的硅化物属于非整数比化合物其组成式与元素的化合价无关其中含硅量高的耐酸在高温下抗氧性好 硼几乎与所有金属生成金属型化合物金属硼化物的结构与金属互化物结构相似随着组成中的硼原子数目增多其结构就越复杂这些化合物一般都很硬且耐高温抗化学
侵蚀通常它们都具有特殊的物理和化学性质
2.3共价型化合物
这类化合物主要是一些碳化物如SiCB4C前者为无色晶体具有金刚石的结构所以又名金刚砂B4C为黑色的固体它的结构较复杂但也是共价键相结合的三维网格晶体同SiC一样B4C硬度大熔点高具有化学隋性