Борный ангидрид и его получение¶

Борный ангидрид (оксид бора(III), трёхокись бора, B₂O₃) — бинарное неорганическое соединение бора с кислородом, относящееся к классу кислотных оксидов. При обычных условиях представляет собой бесцветное стеклообразное или кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде с образованием борных кислот. Является важнейшим промежуточным продуктом в переработке борсодержащего сырья и исходным реагентом для синтеза элементарного бора и его соединений.

¶Физические и химические свойства

Молярная масса B₂O₃ составляет 69,62 г/моль. Соединение существует в двух основных формах:

• Стеклообразная (аморфная) — наиболее распространённая, получается при быстром охлаждении расплава; плотность около 1,8 г/см³, размягчается при 300–500 °C.
• Кристаллическая — образуется при медленной кристаллизации; температура плавления около 450 °C, кипения — порядка 1860 °C.

Борный ангидрид — типичный кислотный оксид. При взаимодействии с водой образует метаборную (HBO₂), ортоборную (H₃BO₃) и полиборные кислоты; реакция гидратации экзотермична. С оксидами металлов и основаниями образует соли — бораты. В расплавленном состоянии растворяет многие оксиды металлов, что используется в аналитической химии (сплавление с бурой). Обладает способностью к стеклообразованию.

¶Получение

Основные способы получения борного ангидрида основаны на термическом разложении борсодержащих соединений.

¶Разложение борной кислоты

Наиболее распространённый лабораторный метод — дегидратация ортоборной кислоты при нагревании:

H₃BO₃ → HBO₂ + H₂O (при ~100–140 °C)

2HBO₂ → B₂O₃ + H₂O (при 300–500 °C)

Суммарно: 2H₃BO₃ → B₂O₃ + 3H₂O. Процесс ведут в фарфоровых или платиновых тиглях; конечный продукт получается в виде стекловидной массы.

¶Разложение боратов

При прокаливании солей борных кислот — буры (Na₂B₄O₇·10H₂O) или других боратов — образуется смесь оксида бора с оксидами металлов. Для выделения чистого B₂O₃ смесь обрабатывают кислотой либо экстрагируют.

¶Промышленное окисление бора

В промышленности борный ангидрид получают окислением элементарного бора кислородом воздуха при высокой температуре:

4B + 3O₂ → 2B₂O₃

Также применяют высокотемпературную обработку борсодержащих минералов (например, датолита, колеманита) с последующим разделением продуктов.

¶Гидролиз галогенидов

Взаимодействие трихлорида или трибромида бора с водой приводит к образованию борной кислоты, которая затем дегидратируется:

2BCl₃ + 6H₂O → 2H₃BO₃ + 6HCl

Этот метод используют реже из-за дороговизны и агрессивности реагентов.

¶Применение

Борный ангидрид применяется в нескольких отраслях:

• Стекловарение — входит в состав боросиликатных стёкол, повышая их термическую и химическую стойкость.
• Синтез бора — служит сырьём для получения элементарного бора металлотермическим восстановлением.
• Аналитическая химия — используется при сплавлении проб для перевода труднорастворимых соединений в растворимые бораты.
• Электроника и оптика — применяется в производстве специальных стёкол и как легирующая добавка.
• Металлургия — входит в состав флюсов и защитных покрытий.

¶Меры предосторожности

Борный ангидрид при нагревании и особенно в расплавленном состоянии агрессивен по отношению к коже и слизистым оболочкам, вызывает химические ожоги. Пыль кристаллического B₂O₃ раздражает дыхательные пути. Работы проводят в вытяжных шкафах, с использованием защитных очков и перчаток. При попадании на кожу вещество необходимо немедленно смыть большим количеством воды.