Anidride borica

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Anidride borica
Kristallstruktur Bortrioxid.png
B2O3powder.JPG
Nome IUPAC
triossido di diboro
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareB2O3
Massa molecolare (u)69.6182 g/mol
Aspettosolido bianco
Numero CAS1303-86-2
Numero EINECS215-125-8
PubChem518682
SMILES
B(=O)OB=O
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)2460 (20 °C)
Costante di dissociazione acida (pKa) a K~ 4
Solubilità in acqua11 g/l (10 °C)
33 g/l (20 °C)
~ 36 g/l (25 °C)
157 g/l (100 °C)
Temperatura di fusione450 °C (723 K)
Temperatura di ebollizione1860 °C (~2133 K)
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)-1254
ΔfG0 (kJ·mol−1)-832
S0m(J·K−1mol−1)80.8
C0p,m(J·K−1mol−1)66.9 J/mol K
Proprietà tossicologiche
LD50 (mg/kg)3163 mg/kg
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
tossico a lungo termine
pericolo
Frasi H360
Consigli P201 - 202 - 281 - 308+313 - 405 - 501 [1]

L'anidride borica (o triossido di diboro) è uno degli ossidi del boro. È un solido bianco e vetroso con la formula B2O3. Si trova quasi sempre sotto forma vitrea (amorfa); tuttavia, può essere cristallizzato dopo un'estesa ricottura (cioè sotto riscaldamento prolungato).

Si pensa che l'ossido di boro vetroso (γ-B2O3) sia composto da anelli di borossolo che sono anelli a sei membri composti da un'alternanza di boro a 3 coordinate e ossigeno a 2 coordinate. A causa della difficoltà di costruire modelli disordinati alla densità corretta con molti anelli di borossolo, questa visione è stata inizialmente controversa, ma tali modelli sono stati recentemente costruiti e mostrano proprietà in eccellente accordo con i dati sperimentali[2][3]. È ora riconosciuto, da studi sperimentali e teorici[4][5][6][7][8] che la frazione di atomi di boro appartenenti agli anelli di borossolo nel B2O3 vetroso è compresa tra 0,73 e 0,83, con 0,75 corrispondente a un rapporto 1:1 tra unità ad anello e unità non ad anello. Il numero di anelli di borossolo decade allo stato liquido con l'aumentare della temperatura[9].

La forma cristallina (si veda la struttura nell'infobox[10]) è composta esclusivamente da triangoli BO3. Questa rete trigonale, simile al quarzo, subisce una trasformazione simile alla coesite in monoclina a diversi gigapascal (9,5 GPa)[11].

Preparazione[modifica | modifica wikitesto]

L'anidride borica viene prodotta trattando il borace con acido solforico in un forno a fusione. A temperature superiori a 750 °C, lo strato di ossido di boro fuso si separa dal solfato di sodio. Viene quindi decantato, raffreddato e ottenuto con una purezza del 96–97%[12].

Un altro metodo è il riscaldamento dell'acido borico sopra ~ 300 °C. L'acido borico inizialmente si decompone in vapor d'acqua, (H2O(g)) e acido metaborico (HBO2) a circa 170 °C, e un ulteriore riscaldamento oltre i 300 °C produrrà più vapore e anidride borica. Le reazioni sono:

L'acido borico va al corrispondente microcristallino anidro in un letto fluido riscaldato[13]. La velocità di riscaldamento accuratamente controllata evita la gommatura durante l'evoluzione dell'acqua. L'ossido di boro fuso attacca i silicati. I tubi grafitati internamente tramite decomposizione termica dell'acetilene vengono passivati[14].

Da un punto di vista cinetico la cristallizzazione dell' fuso a pressione ambiente è fortemente sfavorevole. Le condizioni di soglia per la cristallizzazione del solido amorfo sono 10 kbar e ~200 °C[15]. La sua struttura cristallina proposta nei gruppi spaziali enantiomorfi P31 (gruppo nº144); P32 (gruppo nº145)[16][17] (ad esempio γ-glicina) è stata rivista nei gruppi spaziali enantiomorfi P3121 (gruppo nº152);P3221 (gruppo nº154)[18](ad esempio, α-quarzo).

L'anidride borica si formerà anche quando il diborano (B2H6) reagisce con l'ossigeno nell'aria o con tracce di umidità:

[19]

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ scheda dell'anidride borica su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
  2. ^ (EN) Ferlat, G., Charpentier, T., Seitsonen, A.P., Takada, A., Lazzeri, M., Cormier, L., Calas, G. e Mauri. F., Boroxol Rings in Liquid and Vitreous B2O3 from First Principles, in Phys. Rev. Lett., vol. 101, n. 6, 2008, p. 065504, DOI:10.1103/PhysRevLett.101.065504.
  3. ^ (EN) G. Ferlat, A. P. Seitsonen, M. Lazzeri e F. Mauri, Hidden polymorphs drive vitrification in B2O3, in Nature Materials Letters, vol. 11, n. 11, 2012, pp. 925–929, DOI:10.1038/NMAT3416.
  4. ^ (EN) I. Hung, Determination of the bond-angle distribution in vitreous B2O3 by rotation (DOR) NMR spectroscopy, in Journal of Solid State Chemistry, vol. 182, n. 9, 2009, pp. 2402–2408, DOI:10.1016/j.jssc.2009.06.025.
  5. ^ (EN) A. K. Soper, Boroxol rings from diffraction data on vitreous boron trioxide, in J. Phys.: Condens. Matter, vol. 23, n. 36, 2011, p. 365402, DOI:10.1088/0953-8984/23/36/365402.
  6. ^ (EN) C. Joo, The ring structure of boron trioxide glass, in Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 261, 1–3, 2000, pp. 282–286, DOI:10.1016/s0022-3093(99)00609-2.
  7. ^ (EN) J. W. Zwanziger, The NMR response of boroxol rings: a density functional theory study, in Solid State Nuclear Magnetic Resonance, vol. 27, 1–2, 2005, pp. 5–9, DOI:10.1016/j.ssnmr.2004.08.004.
  8. ^ (EN) M. Micoulaut, The structure of vitreous B2O3 obtained from a thermostatistical model of agglomeration, in Journal of Molecular Liquids, vol. 71, 2–3, 1997, pp. 107–114, DOI:10.1016/s0167-7322(97)00003-2.
  9. ^ (EN) Alderman, O.L G., Ferlat, G., Baroni, A., Salanne, M., Micoulaut, M., Benmore, C.J., Lin, A., Tamalonis, A. e Weber, J.K.R., Liquid B2O3 up to 1700K: X-ray diffraction and boroxol ring dissolution (PDF), in Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 27, n. 45, 2015, p. 455104, DOI:10.1088/0953-8984/27/45/455104.
  10. ^ (EN) Gurr, G.E., Montgomery, P.W., Knutson, C.D. e Gorres, B.T., The Crystal Structure of Trigonal Diboron Trioxide, in Acta Crystallographica B, vol. 26, n. 7, 1970, pp. 906–915, DOI:10.1107/S0567740870003369.
  11. ^ (EN) Brazhkin, V.V., Katayama, Y., Inamura, Y., Kondrin, M.V., Lyapin, A.G., Popova, S.V. e Voloshin, R.N., Structural transformations in liquid, crystalline and glassy B2O3 under high pressure, in JETP Letters, vol. 78, n. 6, 2003, pp. 393–397, DOI:10.1134/1.1630134.
  12. ^ (EN) P. Patnaik, Handbook of Inorganic Chemical Compounds, McGraw-Hill, 2003, p. 119, ISBN 978-00-70-49439-8. URL consultato il 6 giugno 2009.
  13. ^ (EN) Kocakuşak, S., Akçay, K., Ayok, T., Koöroğlu, H.J., Koral, M., Savaşçi, Ö.T. e Tolun, R., Production of anhydrous, crystalline boron oxide in fluidized bed reactor, in Chemical Engineering and Processing, vol. 35, n. 4, 1996, pp. 311–317, DOI:10.1016/0255-2701(95)04142-7.
  14. ^ (EN) Morelock, C.R., Research Laboratory Report #61-RL-2672M, General Electric, 1961.
  15. ^ (EN) Aziz, M.J., Nygren, E., Hays, J.F. e Turnbull, D., Crystal Growth Kinetics of Boron Oxide Under Pressure, in Journal of Applied Physics, vol. 57, n. 6, 1985, p. 2233, DOI:10.1063/1.334368.
  16. ^ (EN) G.E. Gurr, P.W. Montgomery, C.D. Knutson e B.T. Gorres, The crystal structure of trigonal diboron trioxide, in Acta Crystallographica B, vol. 26, n. 7, 1970, pp. 906–915, DOI:10.1107/S0567740870003369.
  17. ^ (EN) S.L. Strong, A.F. Wells e R. Kaplow, On the crystal structure of B2O3, in Acta Crystallographica B, vol. 27, n. 8, 1971, pp. 1662–1663, DOI:10.1107/S0567740871004515.
  18. ^ (EN) H. Effenberger, C.L. Lengauer e E. Parthé, Trigonal B2O3 with Higher Space-Group Symmetry: Results of a Reevaluation, in Monatshefte für Chemie, vol. 132, n. 12, 2001, pp. 1515–1517, DOI:10.1007/s007060170008.
  19. ^ (EN) AirProducts, Diborane Storage & Delivery (PDF), 2011. URL consultato il 21 agosto 2013 (archiviato dall'url originale il 4 febbraio 2015).

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