硼酸盐晶体及其溶液结构研究现状
18共边硼酸盐的结构和性质
共边硼酸盐的结构和性质金士锋，蔡格梅，王皖燕，许燕萍，陈小龙1（北京凝凝态物理国家实验室，中国科学院物理研究所，北京，100190）摘要共边连接的硼氧基团只是在极端高压的条件下才偶尔出现，这种结构类型的存在违反了传统硼酸盐结构化学的基本假设。
目前，我们第一次在常压硼酸盐晶体中观察到了这种结构类型。
与以往的高压共边硼酸盐晶体不同，文中的常压共边晶体可以稳定的存在到它的熔点。
其孔道状结构中的碱金属离子甚至可以自由移动。
关键字：硼酸盐，晶体结构，离子交换1. 引言硼酸盐（Borates）晶体作为无机化学领域的一个重要分枝，在非线性光学，荧光材料，激光晶体材料等领域有广泛而重要的应用。
同时，复杂多样的硼酸盐结构类型也激发了广大化学工作者的研究兴趣，近50年来，相关工作者已经发现了数以千计的新型晶体，使该领域成为培育新型功能晶体的温床[1-3]。
作为硼酸盐结构化学的支柱，人们针对已发现的硼酸盐化合物概括了这样几条定律：1，硼氧基团存在BO3和BO4两种构型；2，BO3和BO4基团间仅能通过共顶点连接；3，共顶点连接的BO3和BO4基团构成阴离子集团[4-9]。
其中，B-O基团间的共顶点连接是pauli第三和第四定律的直接推论[10,11]，在硅酸盐，磷酸盐等领域也存在同样的现象[12-15]。
之前，人们只是在极高压条件下可以获得具有共边连接（Edge-sharing）的硼酸盐晶体[16]，但是这些高压相都是常压下的非稳相，因而这些现象只是被当作极端条件下对原有硼酸盐结构化学的扩充。
在本文中，我们将介绍一个常压下合成的新型硼酸盐晶体KZnB3O6，该晶体不仅是第一个具有硼氧集团共边连接的常压晶体，而且也是唯一能够在常压下稳定存在到熔点的共边连接硼酸盐晶体。
这个化合物的发现表明，高压并不是这种新奇结构类型的决定性条件，而且对存在了几十年的硼酸盐基本连接规则，人们还需要深入探讨。
2. 样品制备和实验表征本文中的KZnB3O6粉晶材料通过固态反应的方法制备。
硼酸研究报告
硼酸研究报告硼酸是一种无机化合物，化学式为H3BO3，属于弱酸。
它具有很多应用领域，例如玻璃、陶瓷、农业、医疗、阻燃材料等等。
在这篇研究报告中，我们将探讨硼酸的性质、制备方法、应用和环境影响等方面。
一、硼酸的性质硼酸呈白色或无色晶体，易溶于水，微溶于乙醇和丙酮。
它是一种弱酸，pKa为9.24，可以中和碱，生成硼酸盐。
硼酸具有一定的腐蚀性，可以腐蚀金属。
二、硼酸的制备方法硼酸的制备方法有多种，以下是其中的两种方法。
1. 硼酸的化学合成法将硼矿石（硼酸钠）与浓硫酸反应，生成硼酸和硫酸钠：Na2B4O7·10H2O + H2SO4 → 4H3BO3 + Na2SO4 + 5H2O这种方法可以生产大量的硼酸。
将硼矿石在高温下加热，使其蒸发并凝结成硼酸：然后将B2O3溶于水中，加入少量的酸，即可生成硼酸。
这种方法适用于小规模生产。
三、硼酸的应用硼酸广泛应用于农业、医疗、玻璃制造等领域。
1. 农业硼酸用作植物营养素，能够促进植物生长和发育，增加作物产量。
此外，硼酸还可以用作杀菌剂和防腐剂。
2. 医疗硼酸用作药物原料，可以制成消炎、镇痛和抗生素等药品。
此外，硼酸还可以用于治疗骨质疏松和关节炎等疾病。
3. 玻璃制造硼酸可以加入玻璃制造中，提高玻璃的质量和抗冲击性能。
此外，硼酸还可以调节玻璃的折射率，使其更透明。
四、硼酸的环境影响硼酸对环境的影响比较小。
然而，在过量使用或不当处理硼酸时，可能会对环境造成污染。
例如，硼酸可以在地下水中积累，导致水污染。
因此，需要在使用硼酸时采取适当的措施，如正确储存和处理。
同时，应该控制硼酸的使用量，减少其对环境的影响。
总之，硼酸是一种重要的化学物质，具有广泛的应用领域。
在使用硼酸时，需要注意环境保护，做到科学合理利用。
我国硼酸生产工艺现状
我国硼酸生产工艺现状[点击量：1936］［作者：admin］ [日期：2011-02—23]生产硼酸的工艺方法很多。
就目前的情况看，大体有硫酸法、盐酸法、碳铵法、硝酸法、多硼酸钠法、硫酸硼砂法等。
但真正用于工业生产的，不外乎硫酸法,硫酸硼砂法、硝酸硼砂法等。
生产硼酸并不像人们想象的那么简单.就一步法而言,我国目前的工艺水平相对较低，尚有诸多技术问题没有彻底解决，其中焦点问题是收率问题、质量问题及母液的综合利用问题。
国内用硫酸法处理硼镁矿石制取硼酸的企业有六十余家,但真正能全面解决上述问题的并不多。
一些研究机构虽然也长期致力于硼化物生产新工艺的开发与研究，但要么产品过于超前,与近、中期市场需求严重脱节；要么理论色彩过浓，与生产实践距离较大，注重于纸上谈兵式的夸夸其谈,忽视了硼工业的现实技术需求,以致无助于我国硼工业的科技进步.这是影响我国硼酸生产企业经济效益的关键因素之一.一、我国硼酸工业的工艺状况我国的硼酸工业起步于上个世纪50年代中期，50多年来发展迅速。
到2010年底，产能已接近20万吨水平，基本满足了国民经济建设、人民生活对硼产品的需求。
目前我国所采用的硼酸生产方法可分为两步法和一步法。
应该说,我国的硼酸工业首先是从两步法开始的。
两步法工艺是将经预处理的矿粉与纯碱、CO2反应，首先制得工业硼砂，然后以硫酸或硝酸与硼砂溶液反应，经酸化制得工业硼酸，副产品为芒硝或硝酸钠。
硫酸法工艺由于受原料价格及生产成本等因素的影响，目前已不多采用。
近几年来,随着硝酸钠需求量的增长，硝酸法工艺发展迅速，已成为两步法工艺的主流。
一步法工艺是以无机酸，如硫酸、盐酸、硝酸等为分解剂，直接与含硼矿物，如硼镁矿、硼砂矿、硬硼钙石矿、钠硼解石矿等反应制取工业硼酸的工艺过程。
目前国内采用较多的是硫酸法工艺。
该工艺的固有弱点是：设备腐蚀严重，对矿石品位要求较高，不适宜于处理低品位硼矿，硼收率低,产品质量不稳定，母液无可靠的利用途径等.该工艺也因此被认为是一种淘汰工艺。
硼酸盐晶体结构与性能关系的价键理论研究进展
硼酸盐晶体结构与性能关系的价键理论研究进展刘瑞元;卿德林;彭亮;李永寿【期刊名称】《盐湖研究》【年(卷),期】2012(020)003【摘要】Because of its various crystal structure types,excellent physical and chemical properties,borate is widely used in many sectors of national economy. With the in-depth understanding of the crystal, the importance of the realtionship between crystal structure and properties is self-evident Though quantum chemical calculations with an important role in the study of crystal,chemical bond analysis method has its advantages for the simplicity and can quantitatively describe the realtionship between crystal and properties, especially in the study of complex systems. This study has been made a simple description of complex system' s dielectric chemical bond theory, analyzed the research methods of the relationship between the borate crystal structure and properties, and done an outlook in the study of borate crystals' valence bond theory.%硼酸盐晶体结构类型多样,物理和化学性质优良,在国民经济的许多部门应用广泛.随着人们对晶体认识的深入,晶体结构与性能关系的重要性愈加明显.量子化学计算在晶体研究中有重要的地位,但化学键分析方法简便,能定量表述晶体结构与性能关系,特别是在复杂体系研究中有其优势.简述了复杂体系的化学键介电理论,分析了硼酸盐晶体结构与性质关系的研究方法,展望了硼酸盐晶体的价键理论研究前景.【总页数】5页(P68-72)【作者】刘瑞元;卿德林;彭亮;李永寿【作者单位】中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁810008;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁810008;中国科学院研究生院,北京100039;青海省水文地质工程地质勘察院,青海西宁810008;中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁810008【正文语种】中文【中图分类】O613.81;O641.2【相关文献】1.一个含有二氢-二(N-甲基-2-巯基咪唑)硼酸盐配体的钌-苯肼阳离子配合物的合成、晶体结构与密度泛函理论计算 [J], 汪强;范芳芳;马秀芳;王喜英;贾爱铨;张千峰2.键价理论的研究进展 [J], 胡盛志3.从头算价键理论的研究进展 [J], 吴玮;郑培锟4.新疆理化所阳离子对碱金属卤素硼酸盐晶体结构性能影响研究获进展 [J],5.化学成分和键价对矿物晶体结构形式的影响 [J], 史红云因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纳米硼酸盐作为润滑油添加剂的现状及趋势
纳米硼酸盐作为润滑油添加剂的现状及趋势硼酸盐（Borate）是一类具有优异稳定性和载荷性的极压抗磨剂。
添加硼酸盐的齿轮油极压抗磨性能好，有极好的油膜强度，在梯母肯试验机通过负荷可达到445.22 N（45.4kg），几乎是铅-硫型齿轮油的3倍，是硫-磷型齿轮油的2倍；硼酸盐润滑剂还有一个突出的特点是硼酸盐齿轮油随着润滑油的黏度变小，其耐负荷性能反而提高了，且热稳定性更好。
如硫-磷型极压抗磨剂的使用温度极限为130℃，而硼酸盐在超过250℃的温度下仍能使用，对铜不腐蚀，无毒无味，对橡胶密封件的适应性好。
硼酸盐的缺点是易溶于水，不适合于接触大量水而且定期排水的设备中。
硼酸盐作为润滑油极压抗磨剂的研究始于20世纪60年代初。
1964年Vanderveer等合成了硼酸盐润滑油添加剂以后，King 等人发表了他们的研究工作。
Cheveron公司在70年代初研制和开发了胶体硼酸钾添加剂OLOA-9750，90年代初又推出了改进后的胶体硼酸钾添加剂。
这类添加剂不仅具有很好的极压抗磨减摩性，而且具有很好的氧化安定性，在高温下对铜无腐蚀，对钢铁具有良好的防锈性能，同时还具有很好的密封适应性，已广泛应用于节能工业齿轮油中，并调配出超GL-5性能的车辆齿轮油。
纳米粒子作为添加剂在润滑油中表现出了特殊而优异的摩擦学性能，具有很大的应用前景，是目前和今后润滑油研究工作中最活跃的领域之一。
Z.S.Hu用超临界流体干燥技术分别合成了纳米硼酸钛、纳米硼酸镧、纳米硼酸镁、纳米硼酸锌等，在分散剂的作用下将这些纳米硼酸盐分散在基础油中并研究了它们的摩擦学性能。
田玉美等利用原位修饰技术制备了硼酸锌，发现在基础油中具有很好的减摩性能。
但这些工作基本停留在理论研究阶段，没有应用于实际油品生产。
1 纳米硼酸盐在润滑油中的应用研究和其他纳米粒子结构相比，硼酸盐结构比较复杂，结构的复杂性加大了亲油性纳米硼酸盐制备的难度。
目前，针对纳米硼酸盐在制备与应用中存在的纳米颗粒易发生团聚、表面氧化和难于在介质中稳定分散的技术难点，主要有3种解决途径。
新型金属硼酸、磷酸、硼磷酸盐的合成、结构与性质的开题报告
新型金属硼酸、磷酸、硼磷酸盐的合成、结构与性质的开题报告一、选题背景金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐是一类重要的无机化合物，具有多样化的应用前景。
它们在催化、能源储存、光学、药物等领域中有着广泛的应用。
近年来，基于金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐的新型材料不断被开发出来，成为研究的热点。
本文旨在研究新型金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐的合成、结构和性质，为深入了解该类无机化合物的基础特征及其应用提供参考。
二、研究内容1. 合成金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐的方法论，包括传统的固相法、溶液法等方法以及近期发展的水热法、微波法等。
2. 通过理论计算或实验方法分析新型金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐分子结构、晶体结构以及晶体的生长机理和生长条件等。
3. 系统研究新型金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐的理化性质，包括热力学性质、光学性质、电学性质等。
4. 结合上述工作，对应用前景进行评估和探索。
例如，提高金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐在光催化反应、电化学储能等领域中的应用作用。
三、研究方法1.化学合成法：通过反应物的适当配比进行反应得到所需金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐。
2.理论计算法：利用量子力学计算软件对金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐进行第一性原理计算及模拟计算。
3.物理测试法：利用物理测试手段对合成的金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐的性质进行测试，例如热分析、紫外分光光度计、电化学测试等。
四、预期目标与意义1. 系统了解硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐的结构、性质和各种相互作用方式，有助于进一步探索其在催化、光催化、电化学储能、药物等领域中的应用。
2. 探索新型材料制备的关键技术及其发展趋势，为未来设计、制备具有理想性能的新型金属硼酸盐、磷酸盐和硼磷酸盐提供思路。
3.获得基本的实验和数据分析技能，积累实验室经验，提高研究水平，提升个人科研素质和就业能力。
新型过渡金属硼酸盐的合成、表征及晶体结构的开题报告
新型过渡金属硼酸盐的合成、表征及晶体结构的开题报告1. 研究背景和意义过渡金属硼酸盐作为一种重要的功能材料，具有多种应用前景，例如作为催化剂、电极材料、光学材料等，尤其在电化学领域中表现出良好的性能。
然而，目前已知的过渡金属硼酸盐晶体结构还十分有限，因此有必要开展更为深入的研究，以探究新型过渡金属硼酸盐的合成、表征及晶体结构，为其实际应用提供更为有力的支持。
2. 研究目的和内容本研究的主要目的是合成一系列新型过渡金属硼酸盐化合物，并采用多种手段对其进行表征，最终确定其晶体结构。
具体研究内容包括：（1）采用水热法或溶剂热法合成新型过渡金属硼酸盐化合物；（2）使用X射线粉末衍射、红外光谱、热重分析等手段对化合物进行表征；（3）运用单晶X射线衍射技术确定其晶体结构。
3. 研究方法和步骤（1）合成新型过渡金属硼酸盐化合物：采用水热法或溶剂热法合成目标化合物，优化反应条件，控制反应时间和温度，获得高纯度的产物。
（2）表征化合物：采用X射线粉末衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）等手段对化合物进行表征，确定化合物的组成、晶相纯度、化学键结构等信息。
（3）确定晶体结构：选取单晶化合物，采用单晶X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）技术，收集其X射线衍射数据，利用相应软件得出晶体结构。
4. 预期结果和意义本研究预计能够合成得到一系列新型的过渡金属硼酸盐化合物，并通过多种手段对其进行表征，最终确定其晶体结构。
这些化合物不仅有望拓展应用领域，而且也将为相关研究提供新的研究对象和思路。
同时，晶体结构分析也将为大分子化合物的设计和合成提供有用的参考和指导。
硼酸盐市场分析报告
硼酸盐市场分析报告1.引言1.1 概述概述: 本报告旨在对硼酸盐市场进行深入分析，探讨其市场概况、需求和供给情况，以及市场发展趋势展望、竞争格局分析和建议展望，旨在为相关行业提供有益参考。
硼酸盐作为一种重要的化工原料，在多个领域具有广泛的应用，市场前景广阔。
通过本报告的分析，可以更好地了解硼酸盐市场的发展现状和未来趋势，为企业制定市场策略提供可靠的数据支持。
1.2 文章结构:本报告分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分将概述硼酸盐市场的基本情况，介绍本报告的目的和意义，以及为读者提供一个整体的认识和概述。
正文部分将详细分析硼酸盐市场的概况、需求和供给情况。
具体包括市场规模、市场结构、需求趋势、主要应用领域、供应来源等方面的深入分析，以便读者能够全面了解硼酸盐市场的现状。
结论部分将对市场发展趋势进行展望，并分析市场竞争格局，给出相关建议和展望，为相关从业者提供参考和指导。
1.3 目的本篇报告旨在对硼酸盐市场进行全面深入的分析，以求全面了解当前市场的情况和发展趋势。
通过对市场需求和供给的分析，结合市场竞争格局和发展趋势的展望，为相关企业和投资者提供参考，帮助他们做出明智的决策。
同时，通过对市场的分析，也可以为政府制定相关政策提供参考，促进硼酸盐市场的健康发展。
1.4 总结总结：通过对硼酸盐市场的概况、需求和供给分析，我们可以看到这个市场的潜力和发展空间。
随着我国经济的持续增长和工业化进程的加快，硼酸盐在玻璃、陶瓷、清洁剂、阻燃剂等行业的广泛应用，将会促使市场需求持续增长。
同时，随着科技的不断进步，硼酸盐在新能源领域、医药领域的应用也将会有所拓展。
在市场竞争格局分析中，我们发现市场主要集中在少数大型企业手中，竞争激烈，但市场潜力巨大。
因此，在发展趋势展望中，我们认为硼酸盐市场将会迎来更广阔的发展空间，但同时也需要企业在技术创新、产品研发、市场拓展方面加大投入和努力，以应对激烈的市场竞争。
在建议与展望中，我们建议企业应加强技术创新和品牌建设，拓展多元化的市场渠道，积极开拓新兴领域，助力硼酸盐市场实现更大的发展，为行业健康发展做出积极贡献。
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究浓度为 1. 5 mol·dm 3 的 B（ OH） 3 溶液中硼氧配阴离子在不同 pH 水溶液中存在形式的分布如图
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广东微量元素科学 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE
收稿日期： 2010 -12 -06 基金项目： 国家自然科学基金重点和面上项目（ 20836009、40773045） 作者简介： 戈海文（ 1984—） ，应用化学专业硕士生。 通讯作者： 邓天龙，博士生导师。E - mail： tldeng@ tust. edu. cn
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2011 年
广东微量元素科学 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE
3． 天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学，天津 300457）
摘 要： 硼酸盐结构十分复杂，主要针对硼酸盐晶体结构和硼酸盐水溶液结构问题，总结了水合 硼酸盐晶体结构及其结晶行为，归纳了硼酸盐水溶液中硼酸盐的主要存在形式及其结构研究，并 侧重介绍和评价了电导 / 电势滴定、红外（ IR） 、拉曼光谱（ Raman） 、11 B 核磁共振等方法在硼酸盐 溶液结构研究方面的进展，指出了未来的发展方向。 关键词： 硼酸盐； 硼酸盐溶液； 核磁共振； 红外； 拉曼光谱 中图分类号： O 635. 1∶ O 656. 4 文献标识码： A
B3 O3 （
OH ）
2 5
和 B3 O3 （ OH） 4 形 式 存 在， 或 B3 O3 （ OH ） 4 和 B4 O4
（
OH）
2 6
的形式存在。1962 年和 1963 年 INGRI［11
12］用氢电极测定 0. 1 mol·kg
1 和 3 mol·kg
பைடு நூலகம்
1
的 NaClO4 的溶液介质中，不同总硼质量摩尔浓度下硼酸的存在形式，研究结果表明，随着总硼
1995 年 BURNS 等［6］对 CHRIST 和 CLARK 的描述方法进行了改进，进一步描述三配位的硼 和四配位的硼之间的联系方式，基本形式为： A∶ B。其中 A 的基本形式为： i△ j□，i 表示硼氧
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程序计算法等。
2. 1 电导 / 电位滴定法
THYGESEN［8］和 STETTEN［9］通过电导和电位测定硼酸溶液硼酸浓度与存在形式的关系，b ＜
0. 1 mol·kg 1 时溶液中主要存在的是正硼酸。b ＞ 0. 1 mol·kg 1 时，硼酸的聚和度为 3. 2，证实 质量摩尔浓度大于 0. 1 mol·kg 1 时，主要是三硼酸和少量四硼酸。INGRI 等［10］用电位滴定法测 定到 25 ℃ 时，总硼质量摩尔浓度为 0. 01 ～ 0. 6 mol·kg 1 的范围内，钠离子质量摩尔浓度为 3
1964 年谢先德［4］根据当时已测定的 30 多种硼酸盐的结构总结出硼酸盐晶体结构的 6 点特 征： ① 在所有硼酸盐晶体格架中，每个 B3 + 离子总是处于三个或四个 O2 离子的包围中，O2 离 子分布三角 形 或 四 面 体 的 顶 角 上。 硼 氧 三 角 形 和 四 面 体 的 大 小 在 不 同 的 硼 酸 盐 中 变 化 很 小 （ B — O的平均间距在三角形及四面体中相应地等于 0. 137 nm 和 0. 147 nm） 。② B — O 三角形 或四面体既可独立构造单位，也能以各种方式相互联结起来，组成各种复杂的络阴离子根。在这 种情况下，它们的结合只是通过三角形或四面体的顶角。③ 在很多硼酸盐的组成中存在着附加 的阴离子 O2 、F 、Cl 和 OH 等，这些阴离子是中和阳离子的过量正电荷。值得一提的是，在 所有含水硼酸盐的硼氧阴离子中都存在 O 被 OH 替换的情况。在含水硼酸盐中，发现水既能以 OH 的形式进入硼氧阴离子中，还有以 H2 O 形式的结晶水存在。④ 含水硼酸盐化学成分 H2 O 的 含量往往对硼氧阴离子中 B — O 的联结方式和硼氧阴离子之间的相互联结形式有很大的影响。 ⑤ 硼酸盐硼氧阴离子内的 B3 + 被其它元素类质同象替换的情况极少，但这种置换在高温成因的 硼酸盐中也有可能发生。⑥ 由于 BO33 体积较小，离子半径较小的三价金属阳离子容易与 BO33 形成稳定的晶格架。
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广东微量元素科学 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE
文章编号： 1006-446X （ 2011） 01-0017-07
第 18 卷第 1 期
硼酸盐晶体及其溶液结构研究现状
戈海文1，2 邓天龙1，2，3 姚 燕2 高 洁2
（ 1． 成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059； 2． 中科院盐湖资源与化学重点实验室，中科院盐湖所，青海 西宁 810008；
质量摩尔浓度的升高，硼酸的聚合度增加。
2. 2 pH 法
HOW 等［13］研究了硼酸盐 - 硼酸溶液中在不同 pH 下11 B NMR 的化学位移，pH 低时11 B 化学
位移相当于 H3 BO3 ； pH 高时11 B 化学位移 B（ OH） 4 ； 当溶液的 pH = 7 时，化学位移相当于 H3 BO3 和 B（ OH） 4 相对浓度的加权平均值。1982 年 FAMER［14］研究了不同 pH 水溶液中硼氧配阴离子的 存在形式，结果表明，多聚硼氧配阴离子的聚合程度随着 pH 的增大而减小。INGRI 等［10 12］研
2 硼酸盐水溶液结构
国内外学者在研究硼酸结构中，发现多数硼酸盐在水溶液中存在形态不稳定，但对硼酸盐水
溶液结构的研究远没有硼酸盐晶体结构研究得清楚。研究硼酸盐溶液结构有利于揭示硼酸盐晶体
形成，探究硼酸盐在水溶液中的转化过程与机理，为综合利用盐湖硼资源，缓解固体硼资源日渐
枯竭的现状有重要意义。纵观国内外研究进展，研究硼酸盐水溶液中硼氧聚阴离子存在形式及其 结构的方法主要有： 电导 / 电位滴定法、pH 法、分子振动光谱法、11 B NMR 法、衍射法和计算机
mol·kg 1 的 溶 液 介 质 中，研 究 了 硼 酸 的 存 在 形 式，当 溶 液 中 总 硼 质 量 摩 尔 浓 度 b ≤ 0. 025
mol·kg 1 时，以平面三角构型 B（ OH） 3 和正四面体构型硼酸根离子 B（ OH） 4 两种形式存在； b≥
0. 025 mol·kg
1 时，主 要 以
第 18 卷第 1 期
共享氧原子连接成链、层或三维网状结构。 EDWARDS 等［3］在 CHRIST 的基础上根据 X - ray 粉晶衍射和13 B NMR 的研究结果提出了另外
一条规律： 四面体硼电荷与总硼原子的比值等于阳离子电荷对总硼原子的比值。但这条规律不具 有普遍性，对于由三个四配位中的 B 原子共用一个 O 原子时的六聚硼氧离子时不成立。
第 18 卷第 1 期
阴离子基本结构单元中有三配位硼的数目，j 表示四配位硼的数目。B 表示三配位硼与四配位硼 相互之间的连接方式，有如下几种情况： ① 和□紧邻着书写（ 即△□） 表示三配位硼与四配位硼 共用一个氧原子相连； ② ＜ ＞ 表示其中的硼氧多面体通过共顶点连接成环； ③ 各个环之间的符 号 － 、 = 和≡则分别表示环共用一个、两个或三个硼氧四面体。值得说明的是，BURNS 描述法 用系统的数学语言描述了构成硼氧三角形和硼氧四面体的硼原子数目和硼氧三角形和硼氧四面体 之间的连接方式，但是对于复杂结构硼酸盐显得繁琐，且没有描述硼酸盐晶体的空间结构。
1 硼酸盐晶体结构
在上世纪 30 年代 ZACHARIASEN［1］率先开始研究硼酸盐晶体结构，这为硼酸盐晶体化学形 成和发展奠定了基础。在一段时期内，人们认为硼酸盐负离子结构中的硼与氧是以三角配位形式 存在，这将导致某些硼酸盐的错误结构式。 1. 1 硼酸盐晶体结构规律
在 20 世纪 60 年代，CHRIST［2］首先对水合硼酸盐晶体结构化学进行了系统的分类，总结出 4 条规律： ① 在固体硼酸盐中，硼与氧是以三配位 B — O（ 平面三角形） 或四配位 B — O（ 四面体） 的形式存在，硼氧酸盐晶体是单体或者聚合物； ② 在结晶度较高（ n≥3） 的聚合体中，基本结构 是由硼氧交替联结组成的六元环，这种六元环特别稳定，环中可以不含或含有一或两个甚至三个 四配位硼原子，但含有一个或两个四配位硼原子的环具有特殊的稳定性； ③ 硼氧六元环可以在 四配位硼原子处相连而形成聚合度更高的硼氧配阴离子； ④ 各种硼氧配阴离子可以缩合脱水，
硼化合物在工业上有着广泛的应用，根据 20 世纪末期统计，世界硼化物总产量（ 包括硼矿 物） 超过 300 万 t（ B2 O3 ） ，位居世界无机盐总产量第一位。硼是亲氧元素，位于周期表中第二周 期第三主族，原子序数 5，核外电子构型是 1S22S22P1 ，价电子数少于价轨道数，是典型的缺电 子原子。硼在自然界中主要是以无机硼氧酸和硼氧酸盐的形式存在。硼与氧有 B — O 平面三角 形和 B — O 四面体两种形式连接。在硼酸盐晶体中，硼以聚合硼氧配阴离子形式存在，其中配 位数为 3 和 4 的硼原子可以有所不同，且硼酸盐中存在许多氢键，这使得硼酸盐种类繁多，结构 复杂多样。
1977 年 CHRIST 等［5］总结概括出 6 条比较权威的水合硼氧酸盐结晶化学规则： ① 硼原子可 与氧原子三配位平面三角形结构，也可以氧原子四配位形成四面体结构； ② 硼氧三角形和硼氧 四面体之间可共用氧原子形成紧密岛状结构的多聚硼氧配阴离子； ③ 水合硼氧酸盐中，可质子 化的氧原子以如下顺序与质子结合： H 首先与自由的 O2 连接成自由的 OH ，再分别与硼氧配阴 离子骨架上 BO4 和 BO3 中的氧结合，最后剩余的质子将与自由的 OH 结合形成 H2 O 分子； ④ 岛 状的水合多聚硼氧配阴离子可以各种方式脱水而发生缩聚作用，在这一过程中可能伴随有多聚硼 氧配阴离子骨架上 B — O 键的断裂； ⑤ 一个孤立的 B — O 四面体或一至两个 B — O 三角形， 或一个 As — O 四面体等附加基团可以修饰在复杂多聚硼氧配阴离子的侧边上； ⑥ 孤立的 B （ OH） 3 基团或它的聚合形式可存在于其它比较复杂的硼氧配阴离子中。