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硼族元素

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硼族元素ns2np1 B为非金属单质，Al、Ga、In、Tl是金属

B，Al，Ga（+3）

In （+1，+3）

Tl（+1）

最大配位数：B： 4 HBF4

其他 6 Na3AlF6

金属性：总的变化规律是由上而下逐渐增强

不规则变化的IIIＡ族金属的熔点;镓的反常熔点与其存在Ga2有关!

元素 Al Ga In Tl

m.p./℃ 660 30 157 303

存在和提取 天然资源 提取

Ｂ 硼砂等硼酸盐 金属镁还原

Ａl 铝土矿（Al2O3·xH2O） 电解

４Ａl（s）＋３Ｏ２（g）=２Ａl２Ｏ３（g） molKJHOr/3339

硼（Boron）

单质硼有多种同素异形体，基本结构单元为B12二十面体;二十面体连接的方式不同导致至少三种晶体

单质硼的性质

无定形硼比较活泼，室温下与F2 反应，与Cl2, Br2, O2, S 等反应需加热，高温下与C, N2 反应生成碳化物和氮化物，以几个反应较重要：

2B + 6H2O  2B(OH)3+ 3H2

B + 3HNO3 =H3BO3 + 3NO2

2B + 2OH- + 2H2O= 2BO2- + 3H2

单质硼的制备方法:酸法和碱法两种

1酸法:Mg2B2O5·H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4虽可直接得H3BO3,但需耐酸设备等苛刻条件

2碱法:Mg2B2O5·H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)2

(浓) ↓

浓的水溶液

↓通CO2调碱度

4NaBO2+CO2+10H2O=2Na2B4O7·10H2O+NaCO3

硼砂

↓溶于水，用H2SO4调酸度

Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O= 4H3BO3+ Na2SO4

溶解度小

↓Δ脱水

2 H3BO3 =B2O3 + 3H2O

↓Mg

B2O3+3Mg =3MgO+2B (粗硼)

粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的B2O3

↓用HCl, NaOH, HF (l) 处理

纯硼( 95 % ~ 98 % )

↓I2

BI3

↓钽丝（1000~1300K）

2BI3 =2B+3I2（>99.95%)

3电解B2O3 :在KBF4 中的融体可得晶态硼。

用途：无定形硼可用于生产硼钢。硼钢主要用于制造喷气发动机和核反应堆的控制棒。前一种用途基于其优良的抗冲击性，后一种用途基于硼吸收中子的能力。

硼化合物性质：

1共价性

2缺电子——除了作为电子对受体易与电子对供体形成σ配键以外，还有形成多中心键的特征;(硼的化学性质主要表现在其缺电子性上!)

3多面体习性——晶态硼和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片而成笼状或巢状等结构。

硼的卤化物（BF3 /BCl3 /BBr3）

B为sp3杂化形式

制备：除BI3外的BX3均可由卤素与B2O3或Ｂ直接反应制得.

B2O3(s) + 3CaF2(s) + 6H2SO4(l) = 2BF3(g)

+ 3[H3O]+[HSO4]-(soln) + CaSO4(s)

2 B2O3+ 6 HCl= 2 BCl3+ 3H2O

B2O3 + 3Cl2+ 3 C = 2 BCl3+ 3CO

BX3的成键特征

BF3(g) BCl3(l) BBr3(l) BI3(s)

熔点(K) 146 166 227 316

沸点(K) 172 285 364 483

键长(pm)(实测)131 174 189 210

共价半径和(pm)153 180 195 214

键能(kJ·mol－1)646 444 368 267

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硼族元素

硼族元素

211 第十五章 硼族元素

Chapter 15 The Boron Family Elements

Boron (B) Aluminum (Al) Gallium (Ga) Indium (In) Thallium (Tl)

Electron configuration：ns2np1

§15-1 硼及其化合物

Boron and its Compounds

一、General Properties

1．硼的化学性质与Si有某些相似之处（对角线相似原则），通常硼呈现+3氧化态，负氧化态的情况很少。硼与金属形成非化学计量的化合物（nonstoichiometric compounds），M4B、M2B、MB、M3B4、MB2、MB6等。

(1) B2O3与SiO2都是固态酸性氧化物，Al2O3是两性，CO2是气态酸性;

(2) H3BO3与H4SiO4都是很好的酸；

(3) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似；

(4) 硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质，而AlH3是固态。

2．在自然界中，硼以硼砂（borax）：Na2B4O7·10H2O，四水硼砂（kernite）：Na2B4O7·4H2O，天然硼酸 ( sassolite）：H3BO3存在。

3．硼在自然界中丰度之所以低，是因为LiHeB734210105n，所以硼材料可作为核反

应堆的减速剂和生物防护。

二、The Simple Substance

1．Boron has several allotropic forms. 无定形硼为棕色粉末， The crystals of boron are black.

高熔沸点（m.p. 2300℃，b.p. 2550℃）

单质硼有多种复杂的晶体结构，其中最普通的一种是  菱形硼，其基本结构单元为正二十面体的对称几何构型，然后由B12的这种二十面体的布起来组成六方晶系的  菱形硼。

第十五章硼族元素

第十五章硼族元素

211 第十五章 硼族元素

Chapter 15 The Boron Family Elements

Boron (B) Aluminum (Al) Gallium (Ga) Indium (In) Thallium (Tl)

Electron configuration：ns2np1

§15-1 硼及其化合物

Boron and its Compounds

一、General Properties

1．硼的化学性质与Si有某些相似之处（对角线相似原则），通常硼呈现+3氧化态，负氧化态的情况很少。硼与金属形成非化学计量的化合物（nonstoichiometric compounds），M4B、M2B、MB、M3B4、MB2、MB6等。

(1) B2O3与SiO2都是固态酸性氧化物，Al2O3是两性，CO2是气态酸性;

(2) H3BO3与H4SiO4都是很好的酸；

(3) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似；

(4) 硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质，而AlH3是固态。

2．在自然界中，硼以硼砂（borax）：Na2B4O7·10H2O，四水硼砂（kernite）：Na2B4O7·4H2O，天然硼酸 ( sassolite）：H3BO3存在。

3．硼在自然界中丰度之所以低，是因为LiHeB734210105n，所以硼材料可作为核反

应堆的减速剂和生物防护。

二、The Simple Substance

1．Boron has several allotropic forms. 无定形硼为棕色粉末， The crystals of boron are black.

高熔沸点（m.p. 2300℃，b.p. 2550℃）

单质硼有多种复杂的晶体结构，其中最普通的一种是  菱形硼，其基本结构单元为正二十面体的对称几何构型，然后由B12的这种二十面体的布起来组成六方晶系的  菱形硼。

硼族元素及其化合物

硼族元素及其化合物

硼族元素及其化合物

一、硼的性质

硼（Boron）是一种族IIIb的元素，在化学元素周期表中第五位，原子序数为5，原子质量为10.81、硼元素是一种半金属元素，具有金属质地，保持着类似硅的结构。硼具有极强的抗氧化、加热稳定性、腐蚀性，使其有着优良的电性能，适用于电子设备中的导电成份，还拥有稳定的介电性能，是线路板制作的上佳材料。

二、硼的化合物

（1）氢氧化硼

氢氧化硼（H₂BO₃）是硼元素的最常见的化合物。它是一种无色粉末状的晶体，熔点为350℃，有特殊的稀酸味，非常溶于水，但在碳酸钠、碳酸氢钠水溶液中极难溶解。氢氧化硼是一种电解质，是用作电缆、电池和电磁浮动的主要材料。

（2）硼酸

硼酸（HBO₂）是硼的重要的化合物之一，其有机半氧化物的形式为H₃BO₃，通常以白色粉末的形式存在，溶于水，不溶于二氯甲烷，拥有特殊的稀酸性味道。硼酸有着广泛的应用，主要用作农药、洗涤剂、轻工业中制作消光剂、染料、防腐剂和焊条等。

（3）硼酸钠

硼酸钠（Na₂B₂O₄·2H₂O）是一种水溶性的硼酸盐，主要用作染料、洗涤剂、消光剂、增塑剂、绝缘剂、涂料等。

硼族元素 2

硼族元素 2

. 硼族元素

硼族元素基本性质

第ⅢA族包括硼、铝、镓、铟和铊五种元素。其中除硼是非金属元素外，其余的都是金属元素，且其金属性随着原子序数的增加而增强。

硼族元素的一些基本性质列于下表中。

性 质 硼(B) 铝(Al) 镓(Ga) 铟(In) 铊(Tl)

原 子 序 数 5 13 31 49 81

原 子 量 10.81 26.98 69.72 114.82 204.38

价电子构型 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1

主要氧化态 +3,0 +3,0 +3,(+1),0 +3,+1,0 (+3),+1,0

共价半径(pm) 88 125 125 150 155

离子半径(pm)M+

M3+ -

23 -

51 -

62 132

81 144

95

第一电离势(kJ/mol) 800.6 577.6 578.8 558.3 589.3

电 负 性 2.04 1.61 1.81 1.78 2.04

硼族元素的特性

本族元素原子的价电子层结构为ns2np1，常见氧化态为+3和+1，随原子序数的递增，ns2电子对趋于稳定，特别是6s上的2个电子稳定性特别强。使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳定性依

. 次增强，其还原性依次减弱。例如：Tl(Ⅲ)是很强的氧化剂，而Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。

+Ⅲ氧化态的硼族元素具有相当强的形成共价键的倾向。硼因原子半径较小，电负性较大，使其共价倾向最强，其它的硼族元素成键时表现为极性共价键。