Введение
Соединения бора - это соединения, содержащие элемент бор. В наиболее известных соединениях бор имеет формальное окислительное состояние +3. К ним относятся оксиды, сульфиды, нитриды и галоиды.
Галиды
Трихалиды имеют плоскую тригональную структуру. Эти соединения являются кислотами Льюиса, поскольку они легко образуют аддукты с донорами электронных пар, которые называются основаниями Льюиса. Например, фторид (F−) и трифторид бора (BF3) объединяются, чтобы получить анион тетрафторбората, BF4−. Трифторид бора используется в нефтехимической промышленности в качестве катализатора. Галиды вступают в реакцию с водой и образуют борную кислоту.
Борани
Бораны - химические соединения бора и водорода, с общей формулой BxHy. Эти соединения не встречаются в природе. Многие из боренов легко окисляются при контакте с воздухом, некоторые из них сильно. Базовый элемент BH3 называется бор, но он известен только в газообразном состоянии, и димеризируется, образуя диборан, B2H6. Более крупные бораны состоят из скоплений бора, которые являются полиэдрическими, некоторые из которых существуют в виде изомеров. Например, изомеры B20H26 основаны на слиянии двух 10-атомных кластеров. Наиболее важными боранами являются диборан B2H6 и два его продукта пиролиза, пентаборан B5H9 и декаборан B10H14. Известно большое количество анионных гидридов бора, например [B12H12]2−. Формальное число окисления в боранах положительное и основано на предположении, что водород считается как −1, как и в активных гидридах металлов. Среднее число окисления атомов бора - это просто отношение водорода к бору в молекуле. Например, в диборане B2H6 окислительное состояние бора составляет +3, но в декаборане B10H14 оно составляет 7/5 или +1,4. В этих соединениях окислительное состояние бора часто не является целым числом.
Нитриды
Нитриды бора отличаются разнообразием структур, которые они принимают. Они демонстрируют структуры, аналогичные различным аллотропам углерода, включая графит, алмаз и нанотрубки. В алмазоподобной структуре, называемой кубическим нитридом бора (торговое название Borazon), атомы бора существуют в тетраэдрической структуре атомов углерода в алмазе, но каждую четвертую связь B N можно рассматривать как координатную ковалентную связь, в которой два электрона пожертвованы атомом азота, который действует как основание Льюиса для связи с кислотным борным центром Льюиса. Кубический нитрид бора, среди прочего, используется в качестве абразива, поскольку его твердость сопоставима с алмазом (два вещества способны наносить царапины друг на друга). В соединении BN, аналоге графита, шестиугольный нитрид бора (h BN), положительно заряженные атомы бора и отрицательно заряженные атомы азота в каждой плоскости находятся рядом с противоположно заряженным атомом в следующей плоскости. Следовательно, графит и h BN имеют очень разные свойства, хотя оба являются смазочными материалами, поскольку эти плоскости легко проскальзывают друг мимо друга. Однако h BN является относительно плохим электрическим и тепловым проводником в плоских направлениях.
Химия органоборона
Известно большое количество органоборонных соединений, многие из которых полезны в органическом синтезе. Многие из них производятся при гидроборации, в которой используется диборан, B2H6, простой химический элемент бора. Органоборонные соединения обычно четырехугольные или тригональные, например, тетрафенилборат, [B(C6H5) 4− против трифенилбора, B(C6H5) 3. Однако, множественные атомы бора, реагирующие друг с другом, имеют тенденцию к образованию новых двенадцатигранных (12 боковых) и икосаэдральных (20 боковых) структур, полностью состоящих из атомов бора, или с различным количеством гетероатомов углерода. Органоборонные химические вещества используются в самых разных целях, от карбида бора (см. ниже), сложной очень твердой керамики, состоящей из анионов и катионов кластера углерода бора, до карборанов, химических соединений кластера углерода бора, которые могут быть галогенизированы для образования реактивных структур, включая карборанную кислоту, сверхкислоту. В качестве одного примера, карборане образуют полезные молекулярные частицы, которые добавляют значительное количество бора к другим биохимическим веществам для синтеза соединений, содержащих бор, для бор-нейтроновой терапии захвата рака.
Соединения B (I) и B (II)
Как и ожидалось из его гидридных кластеров, бор образует множество стабильных соединений с формальным окислительным состоянием менее трех. B2F4 и B4Cl4 хорошо охарактеризованы. Бинарные соединения металлического бора, металлические бориды, содержат бор в отрицательных окислительных состояниях. Пример - диборид магния (MgB2). Каждому атому бора присваивается формальный заряд -1, а магнию - +2. В этом материале борные центры являются треугольными плоскостями с дополнительной двойной связью для каждого бора, образуя листы, похожие на углерод в графите. Однако, в отличие от шестиугольного нитрида бора, у которого отсутствуют электроны в плоскости ковалентных атомов, делокализованные электроны в дибориде магния позволяют ему проводить электричество, подобное изоэлектронному графиту. В 2001 году было обнаружено, что этот материал является сверхпроводником при высокой температуре. Это сверхпроводник, находящийся в активной разработке. Проект в CERN по изготовлению кабелей MgB2 привел к созданию сверхпроводящих тестовых кабелей, способных нести 20 000 ампер для применения в чрезвычайно высоких токораспределительных приложениях, таких как предполагаемая версия большого адронного коллайдера с высокой светимостью. Некоторые другие металлические боры находят специальное применение в качестве твердых материалов для режущих инструментов. Часто бор в боридах имеет фракционные состояния окисления, такие как −1/3 в гексабориде кальция (CaB6). С структурной точки зрения наиболее характерными химическими соединениями бора являются гидриды. В эту серию входят кластерные соединения додекаборат , декаборан (B10H14) и карбораны , такие как C2B10H12 . Характерно, что такие соединения содержат бор с координационным числом более четырех.