多角色的硼

硼，元素符號B，位於元素周期表中第二周期，第三主族，是一種重要的非金屬元素。由於硼對氧具有極強的親和力，因此自然界中沒有遊離態的硼，而總是以化合物的形式存在。1808年英國化學家戴維和法國化學家蓋·呂薩克、泰納各自獲得單質硼，但是他們得到的純度均不高，大約在60%左右，直到1909年美國化學家溫特勞布才制出了純凈的硼單質。

硼是一種典型的親石元素，在各種成因、不同類型的岩石中都有存在。從大地構造來看，全球硼礦基本集中在環太平洋和地中海構造帶內，世界上的硼資源主要分布在土耳其、美國、俄羅斯、智利和中國。

圖1 全球硼資源的分布情況

根據化學組成不同，可以將硼礦分成三類：硼硅酸鹽礦物、硼鋁硅酸鹽礦物和鹼金屬及鹼土金屬的硼酸鹽礦物。其中硼硅酸鹽礦物主要有硅鈣硼石和賽黃晶；硼鋁硅酸鹽礦物主要有電氣石和斧石，但以上兩類硼礦均不適宜進行工業開採，目前主要進行工業開發利用的是鹼金屬及鹼土金屬的硼酸鹽礦物，簡稱為硼酸鹽礦物。硼酸鹽礦物多達100多種，但能夠作為工業硼資源開發利用的僅有10餘種，其中典型的有天然硼砂、遂安石、硼鎂石、硬硼鈣石、天然硼酸、鈉硼解石、柱硼鎂石。

圖2 硼礦石的分類

人類對硼的利用十分久遠，早在公元前200年就有古埃及使用硼砂焊接黃金的記載，明朝李時珍在《本草綱目》中明確記載硼砂具有消炎化瘀的作用。如今，硼及硼化物更是作為一種重要的化工原料，廣泛應用於建材、輕工、冶金、機械、醫藥、農業、核工業等行業。目前已發現硼的用途已超過300多種，其中玻璃、陶瓷、洗滌劑是最主要的用途，約佔世界硼消費量的四分之三。

硼酸鹽、硼化物是搪瓷、陶瓷、玻璃的重要組分，與未添加硼化物的玻璃陶瓷相比，含硼玻璃具有更好的耐熱耐磨耐腐蝕性，光澤度明顯提高，硼硅玻璃其良好的性能已得到世界各界的認可，被廣泛應用於太陽能、化工及醫藥包裝等行業。

圖3 硼的應用

硼是高等植物特有的必需元素，它能夠與遊離狀態的糖結合，使糖容易跨越質膜，促進糖的運輸，對植物的生殖過程有重要的影響，與花粉形成、花粉管萌發和受精有密切關係。硼元素供應充足，植物籽粒飽滿，根系良好；然而植物缺硼時癥狀差異較大，其共同特點是花發育不全、根系不發達、生長點死亡，導致產品和產量下降，甚至顆粒無收。

圖5 缺硼的農作物（圖片來源於網路）

實際上硼不僅僅是高等植物，也是高等動物所必須的元素。雖然目前關於硼的生理功能還未確定，但有研究表明硼對動物機體的代謝和骨骼發育、腦功能、免疫功能有著重大的影響。人體中也含有微量硼元素，在抗骨質疏鬆、抗炎症、抗腫瘤、降血脂等方面具有微妙作用，但如果人體長期接觸大量含硼物質則會造成中毒。

由於硼及硼化合物的特殊性質，如質輕、阻燃、耐熱、高硬、高強、耐磨及催化性質，在現代科學技術中，發揮了重要作用。他們已經登上了現代工業的舞台，在國民經濟部門中有著廣泛的應用。硼在自然界有兩種穩定的同位素，其中的10B在核工業中有著特殊的用途，可用於控制和反應速度，也可用於核反應堆的防護材料。近年來核用硼酸等含硼材料的研究已成為一個較熱的研究方向。

基於硼酸鹽結構的多樣性，各類無機含硼化合物、有機含硼化合物、鹵化硼及難熔硼化合物的合成與結構特徵的研究報道越來越多，帶來了硼酸鹽應用研究熱點，未來硼酸鹽的應用領域將會越來越廣泛，硼的多用性必將會表現的越來越優異。

來源：中國科學院青海鹽湖研究所

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！