ثلاثي أكسيد البورون

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

أكسيد البورون الثلاثي أو ثنائي أكسيد البورون الثلاثي هو أكسيد البورون ذو الصيغة B₂O₃ . وهو مادة صلبة شفافة عديمة اللون، غالباً ما تكون زجاجية (غير متبلورة)، ولا يمكن بلورتها إلا بصعوبة بالغة. ويُسمى أيضاً أكسيد البوريك [ 6 ] أو بوريا [ 7 ] . وله العديد من التطبيقات الصناعية الهامة، لا سيما في صناعة السيراميك كمادة صهر للطلاءات والمينا، وفي إنتاج الزجاج .

بناء

يوجد لثلاثي أكسيد البورون ثلاثة أشكال معروفة، واحد غير متبلور واثنان متبلوران.

شكل غير متبلور

يُعد الشكل غير المتبلور (γ - B₂O₃ ) الأكثر شيوعًا. ويُعتقد أنه يتكون من حلقات البوروكسول ، وهي حلقات سداسية تتكون من ذرات بورون ثلاثية التناسق وذرات أكسجين ثنائية التناسق بالتناوب.

نظراً لصعوبة بناء نماذج غير منتظمة بالكثافة الصحيحة مع العديد من حلقات البوروكسول، كان هذا الرأي مثيراً للجدل في البداية، ولكن تم مؤخراً بناء نماذج من هذا النوع، وقد أظهرت خصائص تتوافق بشكل ممتاز مع النتائج التجريبية. [ 8 ] [ 9 ] من المعروف الآن ، من خلال الدراسات التجريبية والنظرية، [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] أن نسبة ذرات البورون التي تنتمي إلى حلقات البوروكسول في زجاج B₂O₃ تتراوح بين 0.73 و0.83، حيث 0.75 = 3/4 ، وهو ما يتوافق مع نسبة 1:1 بين الوحدات الحلقية وغير الحلقية. يتناقص عدد حلقات البوروكسول في الحالة السائلة مع ارتفاع درجة الحرارة. [ 15 ] [ 16 ]

الشكل البلوري ألفا

يتكون الشكل البلوري (α- B₂O₃ ) حصريًا من مثلثات BO₃ . كان يُعتقد في البداية أن بنيته البلورية هي المجموعات الفراغية المتماثلة P3₁ ( #144 ) وP3₂ ( #145)، مثل γ-جليسين؛ [ 17 ] [ 18 ] ولكن تم تعديله لاحقًا إلى المجموعات الفراغية المتماثلة P3₁₂₁ (#152) وP3₂₂₁ ( #154) في النظام البلوري الثلاثي ، مثل α- كوارتز [ 19 ].

تُعدّ عملية تبلور أكسيد البورون α- B₂O₃ من الحالة المنصهرة عند الضغط الجوي غير مواتية حركيًا بشكل كبير (قارن بين كثافتي السائل والبلورة). ويمكن الحصول عليها من خلال التلدين المطوّل للمادة الصلبة غير المتبلورة عند درجة حرارة 200 درجة مئوية تقريبًا وتحت ضغط لا يقل عن 10 كيلوبار. [ 20 ] [ 1 ] 

الشكل البلوري بيتا

تخضع الشبكة الثلاثية لتحول يشبه تحول الكوسيت إلى أحادي الميل β - B2O3 عند عدة جيجاباسكال (9.5 جيجاباسكال). [ 21 ]

تحضير

يُنتج ثالث أكسيد البورون بمعالجة البوراكس بحمض الكبريتيك في فرن صهر . عند درجات حرارة أعلى من 750  درجة مئوية، تنفصل طبقة أكسيد البورون المنصهر عن كبريتات الصوديوم . ثم يُصفّى ويُبرّد ويُحصل عليه بنقاوة تتراوح بين 96 و97%. [ 3 ]

هناك طريقة أخرى تتمثل في تسخين حمض البوريك إلى ما يزيد عن 300 درجة مئوية تقريبًا  . يتحلل حمض البوريك مبدئيًا إلى بخار ماء (H₂O ( g) ) وحمض ميتابوريك (HBO₂ ) عند حوالي 170  درجة مئوية، ويؤدي التسخين الإضافي إلى ما يزيد عن 300  درجة مئوية إلى إنتاج المزيد من البخار وثلاثي أكسيد البورون. التفاعلات هي:

H₃BO₃ → HBO₂ + H₂O​​​​
2 HBO 2 → B 2 O 3 + H 2 O

يتحول حمض البوريك إلى أكسيد البورون اللامائي ذي البنية الميكروكريستالية في طبقة مميعة ساخنة. [ 22 ] ويمنع معدل التسخين المتحكم فيه بدقة حدوث التكتل مع تصاعد الماء.

سيتكون أكسيد البورون أيضًا عندما يتفاعل ثنائي البوران ( B2H6 ) مع الأكسجين الموجود في الهواء أو كميات ضئيلة من الرطوبة:

2B 2 ح 6 (ز) + 3O 2 (ز) → 2 ب 2 يا 3 (ق) + 6 ح 2 (ز)
B 2 H 6 (g) + 3H 2 O(g) → B 2 O 3 (s) + 6H 2 (g) [ 23 ]

ردود الفعل

يهاجم أكسيد البورون المنصهر السيليكات. ويمكن تخميل الحاويات من الداخل بطبقة من الكربون الجرافيتي يتم الحصول عليها عن طريق التحلل الحراري للأسيتيلين. [ 24 ]

التطبيقات

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 غور، جي إي؛ مونتغمري، بي دبليو؛ كنوتسون، سي دي؛ غوريس، بي تي (1970). "البنية البلورية لثلاثي أكسيد ثنائي البورون ثلاثي التناظر". أكتا كريستالوغرافيكا ب . 26 (7): 906-915 . Bibcode : 1970AcCrB..26..906G . doi : 10.1107/S0567740870003369 .
  2. ↑ التآكل في درجات الحرارة العالية وكيمياء المواد: وقائع ندوة بير كوفستاد التذكارية. وقائع الجمعية الكهروكيميائية . الجمعية الكهروكيميائية. 2000. ص 496. ISBN  978-1-56677-261-7.
  3. 1 2 باتنايك، ب. (2003). دليل المركبات الكيميائية غير العضوية . ماكجرو هيل. ص 119. ISBN  978-0-07-049439-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-06-06 .
  4. 1 2 3 4 دليل الجيب الخاص بالمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حول المخاطر الكيميائية. "#0060" . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH).
  5. ↑ "أكسيد البورون" . تركيزات تشكل خطراً فورياً على الحياة أو الصحة . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية .
  6. ↑ ل. ماكولوتش (1937): "أكسيد البوريك البلوري". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، المجلد 59، العدد 12، الصفحات 2650-2652. doi : 10.1021/ja01291a05
  7. ↑ إ. فيشنفيتسكي وم. إبستين (2015): "الاختزال الكربوني الشمسي للألومينا والمغنيسيا والبوريا تحت الفراغ". الطاقة الشمسية ، المجلد 111، الصفحات 236-251، doi : 10.1016/j.solener.2014.10.039
  8. ↑ فيرلات، ج.؛ شاربنتييه، ت.؛ سيتسونين، أ.ب.؛ تاكادا، أ.؛ لازيري، م.؛ كورمييه، ل.؛ كالاس، ج.؛ موري، ف. (2008). "حلقات البوروكسول في أكسيد البورون السائل والزجاجي من المبادئ الأولى". مجلة Physical Review Letters ، 101 ( 6) 065504. Bibcode : 2008PhRvL.101f5504F . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.065504 . PMID 18764473 . 
  9. ↑ فيرلات، ج.؛ سيتسونين، أ.ب.؛ لازيري، م.؛ ماوري، ف. (2012). "الأشكال المتعددة الخفية تحفز التزجيج في B₂O₃ " . رسائل مواد الطبيعة . 11 (11): 925-929 . arXiv : 1209.3482 . Bibcode : 2012NatMa..11..925F . doi : 10.1038/NMAT3416 . PMID : 22941329. S2CID : 11567458 .  
  10. ↑ هونغ، آي. وآخرون (2009). "تحديد توزيع زوايا الروابط في أكسيد البورون الزجاجي ( B₂O₃ ) باستخدام مطيافية الرنين النووي المغناطيسي الدوراني (DOR)". مجلة كيمياء الحالة الصلبة . 182 (9): 2402-2408 . Bibcode : 2009JSSCh.182.2402H . doi : 10.1016/j.jssc.2009.06.025 . 
  11. ↑ سوبر، أ.ك. (2011). "حلقات البوروكسول من بيانات حيود ثلاثي أكسيد البورون الزجاجي" . مجلة الفيزياء: المادة المكثفة . 23 (36) 365402. رمز Bibcode : 2011JPCM...23.5402S . doi : 10.1088 / 0953-8984/23/36/365402 . PMID 21865633. S2CID 5291179 .  
  12. ↑ جو، سي.؛ وآخرون (2000). "بنية الحلقة لزجاج أكسيد البورون الثلاثي". مجلة المواد غير المتبلورة . 261 ( 1-3 ): 282-286 . Bibcode : 2000JNCS..261..282J . doi : 10.1016/s0022-3093(99)00609-2 . 
  13. ↑ زوانزيغر، جيه دبليو (2005). "استجابة الرنين المغناطيسي النووي لحلقات البوروكسول: دراسة باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية". الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة . 27 ( 1-2 ): 5-9 . Bibcode : 2005SSNMR..27....5Z . doi : 10.1016/j.ssnmr.2004.08.004 . PMID 15589722 . 
  14. ↑ ميكولاوت، م. (1997). "بنية أكسيد البورون الزجاجي B₂O₃ المستخلصة من نموذج إحصائي حراري للتكتل". مجلة السوائل الجزيئية . 71 ( 2-3 ): 107-114 . doi : 10.1016/s0167-7322(97)00003-2 .
  15. ↑ ألديرمان، أو إل جي فيرلات، جي. باروني، أ. سالان، إم. ميكولاوت، إم. بنمور، سي جيه لين، أ. تامالونيس، أ. ويبر، جيه كيه آر (2015). "أكسيد البورون السائل حتى 1700 كلفن: حيود الأشعة السينية وتحلل حلقة البوروكسول" ( ملف PDF) . مجلة الفيزياء: المادة المكثفة . 27 (45) 455104. رمز Bibcode : 2015JPCM...27S5104A . doi : 10.1088/0953-8984/27/45/455104 . PMID 26499978. S2CID 21783488 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  16. ↑ ألديرمان، أوليفر (2025-02-03). "إذابة حلقة البوروكسول في أكسيد البورون المنصهر والزجاجي باستخدام طرق الفرق بين حيود النيوترونات والأشعة السينية" . مجلة الفيزياء الكيميائية . 162 (5): 054502. doi : 10.1063/5.0248235 .
  17. ↑ غور، جي إي؛ مونتغمري، بي دبليو؛ كنوتسون، سي دي؛ غوريس، بي تي (1970). "البنية البلورية لثلاثي أكسيد ثنائي البورون ثلاثي التناظر". أكتا كريستالوغرافيكا ب . 26 (7): 906-915 . Bibcode : 1970AcCrB..26..906G . doi : 10.1107/S0567740870003369 .
  18. ↑ سترونغ، إس إل ؛ ويلز، إيه إف؛ كابلو، آر. ( 1971). "حول التركيب البلوري لـ B₂O₃ " . أكتا كريستالوغرافيكا ب . 27 (8): 1662-1663 . Bibcode : 1971AcCrB..27.1662S . doi : 10.1107/S0567740871004515 .
  19. ^ إيفينبرجر، هـ. لينجاور، CL؛ بارثي، إي. (2001). “Trigonal B 2 O 3 مع تماثل أعلى للمجموعة الفضائية: نتائج إعادة التقييم”. Monatshefte für Chemie . 132 (12): 1515-1517 . دوى : 10.1007 / s007060170008 . S2CID 97795834 . 
  20. ↑ عزيز، إم جيه؛ نايغرين، إي؛ هايز، جيه إف؛ تورنبول، دي. (1985). "حركية نمو بلورات أكسيد البورون تحت الضغط" . مجلة الفيزياء التطبيقية . 57 (6): 2233. Bibcode : 1985JAP....57.2233A . doi : 10.1063/1.334368 .
  21. ↑ برازكين، ف. ف.؛ كاتاياما، ي.؛ إينامورا، ي.؛ كوندرين، م. ف.؛ ليابين، أ. ج.؛ بوبوفا، س. ف.؛ فولوشين، ر. ن. (2003). "التحولات البنيوية في أكسيد البورون السائل والبلوري والزجاجي تحت ضغط عالٍ" . رسائل JETP . 78 (6): 393-397 . Bibcode : 2003JETPL..78..393B . doi : 10.1134/1.1630134 . S2CID 189764568 . 
  22. ↑ كوجاكوشاك، س.؛ أكشاي، ك.؛ أيوك، ت.؛ كوروغلو، هـ. ج.؛ كورال، م.؛ سافاشجي، أ. ت.؛ تولون، ر. (1996). "إنتاج أكسيد البورون البلوري اللامائي في مفاعل ذي طبقة مميعة". الهندسة الكيميائية والمعالجة . 35 (4): 311-317 . Bibcode : 1996CEPPI..35..311K . doi : 10.1016/0255-2701(95)04142-7 .
  23. ↑ شركة إير برودكتس (2011). "تخزين وتوصيل ثنائي البوران" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 4 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2013 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  24. ↑ مورلوك، سي آر (1961). "تقرير مختبر الأبحاث رقم 61-RL-2672M". جنرال إلكتريك.{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=