Содержание > ГЛАВА 17. Электрометаллургия ферробора и карбида бора > 17.1. Свойства бора и его соединений

Бор элемент ІІІ группы элементов Периодической системы Д.И.Менделеева. Порядковый номер бора 3, атомная масса 10, 811, температура плавления 2074°С, температура кипения 3658°С, конфигурация внешней электронной оболочки 2s²2p, степень окисления 3. Известно более 10 аллотропных модификаций бора. Природный бор состоит из двух стабильных изотопов 6/10В (19,57%) и 11/5В (80,43%). Поперечное  сечение  захвата тепловых нейтронов 6/10В 3×10-25 м², 11/5В 4×10-32 м². Стандартная энтропия бора S = 5,85 Дж/(моль×K).

Система В–Fe(рис. 17.1). Бор с железом образует соединения – бориды Fe₂B, FeB и FeB₂. Некоторые свойства боридов железа приведены в табл. 17.1.

Рис. 17.1. Диаграмма равновесного состояния системы Fe–B

Таблица 17.1. Некоторые свойства боридов железа

Борид Fe₂B плавится инконгруэнтно при 1389°С, а борид FeB₂ – конгруэнтно при ~ 1550°С. Бориды железа – термодинамически прочные химические соединения. Энтальпия образования ∆Н = –71,06 кДж/моль, энтропия S = 56,59 Дж/(моль×K). Растворение бора в жидком железе сопровождается выделением большого количества тепла (см. табл. 17.1).
Парциальные и интегральные энтальпии образования жидких сплавов бора с железом приведены ниже (при 1680°С, в кДж/моль):

Система В–С (рис. 17.2). В этой системе образуются карбид В4С, имеющий широкую концентрационную область гомогенности. Теплота образования карбида В4С из элементов ∆Н = –71,48 кДж/моль, стандартная энтропия S = 27,08 Дж/(моль×K), что свидетельствует о его термодинамической прочности. Температура плавления карбида бора ~2450°С.

Система В–Si(рис. 17.3). Бор с кремнием образует термодинамически прочные соединения – силициды бора SiB₃, SiB₆ и SiBn. Силицид SiB₆ плавится инконгруэнтно при 1850°С.

Система В–Al (рис.17.4). Известны алюминиды бора AlB₂, AlB₁₀ и AlB₁₂. Алюминид AlB₂ плавится инконгруэнтно при 960°С, а AlB₁₂ – конгруэнтно при 2150°С. Cоединение AlB₁₀ существует в узком температурном интервале 1660–1850°С.

Рис. 17.2. Диаграмма равновесного состояния системы В–С

Рис. 17.3. Диаграмма равновесного состояния системы В–Si

Система В–О. В системе В–О известен ряд оксидов с различным отношением В:О, от 7 : 1 до 4 : 5. Термически наиболее устойчивым является В₂О₃. Температура плавления В₂О₃ равна 450°С. Взаимодействие бора с молекулярным кислородом, описывается реакцией:
4/3В + О₂ = 2/3В₂О₃; ∆G = –847146 + 144,3Т, Дж/моль.

Рис. 17.4. Диаграмма равновесного состояния системы В–Al

Давление пара В₂О₃ зависит от температуры, и эта связь описывается уравнением:
lgP_общ (Па) = -19000/Т + 12,771.
Теплота сублимации В2О3; ∆Н^о_суб = 375,14 кДж/моль.