无机材料-硼的综合作用
化学先生 / 2019-05-18
据记载，早在古代埃及时制造玻璃就已使用硼砂作熔剂，但是硼酸的化学成分在19世纪初还是个谜。1807年英国化学家戴维报告了用电解法在两白金面之间电解湿酸以及在一个金属管中用钾还原酸制得了。1809年法国化学家盖目萨克和锡钠尔德用金属钾还原无水硼酸B2O3取得了单质硼明。哪的命名源自阿拉伯文，原意指明秒“ Borax”及相似的化合物“ Borate。
硼在国外常被列为稀有元素，但我国却有丰富的硼砂矿，所以硼在我国是丰产元素。
说到元素，大家可能不会感到陌生，医院里常用的消毒水硼酸，工业上用的硼砂都是大家经常接触到的硼的化合物。
硼是与生物世界息息相关元素。甜菜、小麦、稻谷、苹果、柑橘等，都离不开硼，哪是保证它们茁状生长的“维生素”。在我们的日常生活中也常常遇到，比如五颜六色的瓷器、彩色电视机等都有明的一份功劳。更引人注目的是近年来硼进入了尖端科学技术领域尤其在航天事业上，硼发挥了杰出的作用，被誉为无机材料的后起之秀。
硼在化学元素周期表中排在第五号，它的原子半径很小，原子最外层有三个电子，被核正电荷紧紧吸引，很难丢失，所以硼总是趋向于得到电子。它是一个非金属元素，在铝、硅之中更像硅。单质研的晶体是正二十面体，每个面是等边三角形。在化学反应中，硼总是倾向于以这种多面体的习性形成化合物，而哪的这种复杂成键特征，用一般的化学键理论是无法解释的。正是由于元素的这种结构，使它能够形成多种形式的化合物，如烷、碳哪烷、有机金属硼烷等。无怪乎有人说:硼化学几乎可以和碳的化学(有机化学)相媲美。曾经在这个领域做出过突出贡献的科学家李普斯昆获得了19％6年诺贝尔奖。然而，化学家在开辟这个新领域的征途中曾历尽艰辛早在1881年，人们就试图制取单个的明氢化合物，但是，这些物质太活了很容易受水的进攻，在空气中可以自动燃烧。直到1912年，德国化学家史托克首次发明了用金属汞制成的低温真空操作仪器。オ获得了一个个氢化合物。史托克为化学奋斗了整整20年。不幸的是，由于长期与汞打交道，史托克和他的同事们得了求慢性中毒症、头痛、肢体麻本、精神疲倦、记忆减退、丧失视觉。他们以现身说法向人们大声疾呼:小心求中毒。从此以后，人们对汞的毒害作用予以了足够的重视。
硼有八种同素异形体。晶体状态的硬度特别高，和金刚石接近，化学性质也特别稳定，只有在高温下才与氧、氯、硫发生反应。硼在自然界主要以化合物形式存在，硼占地壳总重量的0.001％。我国有着丰富的硼矿资源，在西藏的湖泊中就有大量的硼砂固体。16世纪50年代，西藏的明砂曾经垄断世界市场。
游离态的硼用途不太大。在工业上，在铝、铜等金属里加上百万分之一的硼，可以改善这些金属的机械性能。硼砂的用途要广得多。硼的化合物早期主要应用在治金、陶瓷、造纸、玻璃、食品等工业部门。随着现代科学技术的发展，硼元素成了航天事业不可缺少的材料。硼烷是比较理想的高能燃料，每千克硼烷的燃烧热值高达15000千卡。作为火箭的动力，可以把几十吨重的人造天体送到九霄云外。硼纤维的抗张强度为每平方厘米75千克之多。它耐高温、耐腐蚀、寿命长、质量轻，所以它可以用来做火箭的喷嘴、卫星的天线支承杆、设备平台的支承杆，还可以制造航天飞机的推力结构架。硼的有机化合物作为耐高温黏合剂，曾用于登月的阿波罗飞船。用这种黏合剂黏合的密封部件与传统的铆合、焊接、拴合相比，不仅黏得牢固，而且大大减轻部件重量。
大家知道，我们日常生活离不开电，同样，在太空飞行的卫星、飞船等也都离不开电。这些人造天体上用的太阳能电池一般都是用硅硼磷作P-N结，这种“发电站”比其他材料做成的电池寿命长。为了解决地球上的能源危机，有人还设想在地球的同步轨道上建造太阳能电站，然后用微波传送给地球。实现这个美好的愿望，也少不了元素硼。
在原子能工业和治金工业上的应用也是出类拔苯的。硼的同位素是优良的中子吸收剂，可以作为核反应堆的控制棒。三氟化明还可以制成核反应堆的中子计数器。人们通过中子计数器可以随时得到热核反应的信息。在治金工业中，翻还可以代替钼、络、镍等贵重的金属。在钢里接入十万分之几的哪，造出的不锈钢，强度可以大大提高。这种不锈钢是制造喷气发动机和内燃汽轮机高强度零件的好材料。在铜和铝中入万分之几的硼，可以大大提高导电性。氢化棚的硬度比金刚石还高，熔点达3000℃以上，是很好的高温、抗腐蚀材料。
硼元素是人体内的微量元素之一。虽然它的营养功能至今还没有结论性的证据，但它是细胞不可少的成分。
硼是庄稼、果树的亲密朋友。农业化学家在研究油菜的生长时，发现有块农田油菜苗植株楼小，光开花不结果，最后枯菱。施用八两硼砂后，油菜的生长却面目一新，枝粗苗壮，产量成倍地增长。甜菜缺硼就会丧失对细菌的抵抗力，发生腐心病幼苗死亡;棉花缺明会发生落桃现象;大豆缺硼，根瘤菌不能很好地固氮;苹果缺硼，果肉中会稀有元素磁出现坚硬的斑块，果皮会出现陷和坏死。科学研究证明，豆科植物、十字花植物、麻类、果树等都需要微量的，而这种微量的营养元素是氮磷钾不能代替的。在植物体内硼参与碳水化合物的转化和运输、调节水分以及氧化还原反应的过程，它又是开花结果和生长点再生所必需的营养成分。所以，目前已普遍受到农业化学家的重视。
这里应当指出的是，硼的许多化合物是有毒的，必须引起人们的充分重视。在1906年俄国就禁止用明的化合物保存食品。硼酸的致死量是4克，而氢化合物有剧毒，乙哪烷的毒性与光气不相上下。得了硼中毒症就会食欲不振、吐、咳嗽、发炎，头痛等。不过只要我们科学地使用它，驾驭它，硼不会给人类带来严重的危害。
随着现代科学技术的发展，可以预见，初露头角的硼元素必将开出更加绚丽多彩的花朵，结出更加丰硕的果实。我国有丰富的硼矿，它在我国建设中将会发挥越来越大的作用。
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