为什么人们会说硼是一种奇特的化学元素?

发表时间:2022-10-11 访问量:23755

      它诞生于宇宙空间,但这种很轻的元素却不是在恒星内部产生的,恒星里形成了一些比硼重得多的元素,比如碳、氧、甚至是铁,但却没有硼。硼来自超新星爆发和宇宙射线的散裂辐射。

      另一个有趣的现象是,硼是石字旁,但它却是一种类金属元素,也就是说硼的一些物理和化学性质本质上介于金属与非金属之间,因此有些人也将硼、硅、锗、砷等称为“准金属元素”。

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硼结晶(β-菱面体)它坚硬且散发着金属光泽

      再一个就是,硼元素在宇宙中的丰度很低,在太阳系和地壳中也属于低丰度的元素,但它在自然界中的含量却相当丰富,我们并不难在地面上找到硼,在许多化合物及矿物中都能看到硼的存在,并且硼的化合物产品大部分很便宜。

      你很难提炼到纯的硼,它以各种各样的分身出现,你却无法看清它素颜的样子。

      有硼自远方来,这“硼友”挺乱。

硼无定形

      前面一节我们提到了硼在地面上主要是以化合物的形式存在,由于在这些化合物中有许多像碳等难熔物质的污染,加上硼自身独特的理化性质,人们很难提取到纯的硼。至今为止人们提纯出来的硼也存在许多种同素异形体。

硼的无定形粉末相

      硼有晶相和非晶相,晶相里分α-R、α-T、β-R、β-T和γ相;非晶相分粉末相和玻相。除此之外硼还有高压超导相、二维形式的相和硼球烯。

      以此为基础,硼又有菱面体、四方体、正交体和半随机之分,这么一组合起来,硼就有许多种复杂的形态和各种颜色。

      硼原子的价电子结构为2s²2p¹,它能提供成键的电子是2s²p,还有一个空轨道。在硼原子以sp²杂化形成的共价分子中,余下的一个空轨道可以接受外来的孤对电子,形成以sp³杂化的四面体构型的配合物。

      有时候你看到它是像一块一块的金属碎片、有的像生锈的铁粉、有的似一堆熔融的金属废渣。

      难以相信,这一堆渣也是提纯后的硼,有资料说这是“混合相”

硼的同位素

      硼总共有13种同位素,其中两种为天然且稳定的同位素:硼-10硼-11

      硼-10被称为“富硼”,有意思的是这里的富并不代表它的含量高,恰恰相反,硼-10在自然界中的含量只占19.9%,“富硼”Enriched boron翻译成“强化硼”更合适些。

      硼-11被称为“贫硼”,它在自然界中的含量为80.1%,所以“贫硼”不表示它稀少,而是“贫化硼”Depleted boron。

      富硼的原子核中有5个质子和5个中子,它容易从外界吸收一个中子,从而生成锂离子、α粒子并发射伽马射线,在核反应堆中,富硼的这个特点常常被用来当“刹车片”用。与此相对应,贫硼就不容易受到辐射的影响。

      由硼-10制成的硼钢棒可以控制核反应堆的温度

      硼-11未来也许可以当成一种清洁核聚变的燃料,因为当硼-11被能量约为500 keV的质子撞击时,它会产生三个α粒子和8.7 MeV的能量,这些α粒子可以直接转化为电能,并且只要一关机,辐射就停止,不会担心有中子放射污染。

      从这个角度看,多年以后硼也许会成为抢手的战略资源呢!


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