1. 三氧化二硼和硼酸

晶体B₂O₃为无色，是最难结晶的物质之一，粉末状为白色。

单质B在空气中燃烧可获得B₂O₃，硼酸在加热的条件下脱水也可得到B₂O₃，但产物均呈玻璃状。硼酸只有在较低的温度下极其缓慢地脱水才能获得B₂O₃晶体。

B₂O₃为硼酸的酸酐，易溶于水生成硼酸。

B₂O₃+3H₂O=2H₃BO₃

因此，粉末状B₂O₃可用作吸水剂。

B₂O₃为酸性氧化物，与金属氧化物在高温下作用得到有特征颜色的偏硼酸盐，称为硼珠实验。例如

偏硼酸盐中，Cu(BO₂)₂为蓝色，Fe(BO₂)₃为黄色，Cr(BO₂)₃为绿色，Mn(BO₂)₂为紫色，Ni(BO₂)₂为绿色。
以硼砂为原料，用硫酸调节硼砂溶液的酸度，可从母液中析出硼酸晶体。

Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O=4H₃BO₃+Na₂SO₄

天然的硼镁矿和硫酸直接反应也可制备硼酸。

Mg₂B₂O₅·H₂O+2H₂SO₄=2H₃BO₃+2MgSO₄

H₃BO₃晶体为无色，具有片层状结构。中心B原子采取sp²杂化，每个B(OH)₃分子通过分子间的氢键形成片层状结构，如图13-12所示。

H₃BO₃是一元弱酸。其呈酸性的机理归因于中心B的缺

电子性。中心B原子未参加杂化的空p轨道可以接受H₂O解

离出的OH^-中氧的电子对，形成[B(OH)₄]^-，从而破坏了水的

解离平衡，使溶液中的H⁺的浓度大于OH^-的浓度而显酸性。

图13-12 硼酸的片层状结构

B(OH)₃+H₂O=[B(OH)₄]^-+H+ Ka^Θ=5.4×10^-10

[B(OH)₄]^-于呈正四面体结构，如图13-13(a)所示。

H₃BO₃在100℃脱水生成偏硼酸HBO₂。

在硼酸中加入多元醇(如甘油)，可使硼酸的酸性增强。这主要因为硼酸与甘油等多元醇结合形成较稳定的硼酸酯[图13-13(b)]，硼酸更容易解离出H⁺，因而增加了硼酸的酸性。

图13-13 [B(OH)₄]^-和硼酸酯的结构式

硼酸溶液与乙醇混合后加入硫酸，生成易挥发的硼酸乙酯(C₂H₅O)₃B，点燃后可观察到绿色火焰，这一性质可用来鉴定硼酸。

B(OH)₃+3C₂H₅OH=B(C₂H₅O)₃+3H₂O

2. 硼砂

硼砂为白色的、具有玻璃光泽的晶体。化学组成为Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O，其阴离子结构如图13-14(a)所示，由2个BO₃三角形与2个BO₄四面体交替联结而成。硼砂易风化失去结晶水，加热时最终可失去8个结晶水以及羟基脱去2个水，因此，硼砂化学组成也可以写成Na₂B₄O₇·10H₂O，其阴离子结构如图13-14(b)所示。

[B₄O₇]2-由2个[BO₂]^-和1个B₂O₃组成，因而实验室可用硼砂代替B₂O₃进行硼珠实验。

Na₂B₄O₇·10H₂O+CuO=Cu(BO₂)₂+2NaBO₂+10H₂O

硼砂为二元碱，可作为酸碱滴定的基准物。硼砂水解生成等物质的量的弱酸H₃BO₃和它的盐[B(OH)₄]^-，形成了pH=9.24的缓冲体系，因此，硼砂溶液可作为缓冲溶液。

图13-14 [B₄O₅(OH)₄]^2-和[B₄O₇]^2-结构

工业上以天然硼镁矿为原料生产硼砂。

NaBO₂称为偏硼酸钠，可与H₂O₂反应生成过硼酸钠，该反应的实质是过氧链的转移反应，即偏硼酸钠的一个O原子被过氧链-O-O-取代。

硼砂是重要的化工原料，广泛用于制备瓷釉、硬质玻璃(硼硅酸盐)、泡沫保温材料、洗涤产品、化妆品及阻燃剂等。

相关链接：硼的氢化物

文章来源：《无机化学核心教程（第二版）》

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