里普斯科姆成功了

里普斯科姆成功了

在周期表中。硼处于第二周期第三主族，是碳的左邻居，它的最外电子层构型是2s²2p¹，硼和其他元素的原子化合时，可以采取sp²或sp³杂化。不论是哪一种情况，都是4条轨道3个电子。硼是缺电子原子，硼除了可以形成典型的共价键，还有一个空轨道渴望接受外来的孤对电子，形成配位键，从而满足8电子的稳定结构。硼的缺电子状况对它的化合物的结构和性质有着重大的影响。

硼酸H₃BO₃的分子中有3个H，如果你认为它是分三步电离的三元酸，你就大错特错了。错在H^＋不是来自H₃BO₃分子本身的电离，而是H₃BO₃溶于水时，硼的全空轨道接受H₂O中的OH^－的孤对电子与OH^－结合，H₂O中的H^＋当然被释放出来：

基于H₃BO₃的弱酸性对人体受了创伤的伤口有温和的消毒和防腐作用，硼酸可做医药，也可作食品的防腐剂，硼类防腐剂对人体无害。

BF₃可作某些有机化学反应的催化剂。与H₃BO₃［B（OH）₃］结构类似，当它参与一些卤代烃（RX）作反应物的有机化学反应时，由于BF₃中B的缺电子性，它对X^－［∶∶］有强烈的嗜电子趋势，以致能够拆散RX分子：

RX＋BF₃＝BF₃X^－＋R^＋

烃基R（为苯基、烷基等）：

R^＋＋PhH＝PhR＋H^＋（PhH表示苯，Ph表示苯基）

BF₃X^－＋H^＋＝BF₃＋HX

反应前后BF₃并无变化，却促成了这种类型的有机化学反应进行，这就是BF₃的催化机理所在。

硼与碳相似，也可以形成一系列的叫做硼烷的氢化物：B₂H₆、B₄H₁₀、B₅H₁₁、B₆H₁₂、……，还有硼氢阴离子：……。其中最简单的乙硼烷（B₂H₆）与乙烷（C₂H₆）的分子式十分相似。但如果你把乙硼烷的结构式也写成乙烷的形式：那你又犯了错误。你千万别忘记，B比碳少一个电子，它没有足够的电子形成B－B之间的共价键。只能通过氢作桥梁，将两个B原子结合在一起，这样的键叫做“氢桥键”，是BHB形成的多中心键。在B₂H₆分子中，每个B原子都以1个s轨道与3个p轨道参与杂化形成4个能量等同的杂化轨道，2个B原子和6个H原子提供12个电子，在每个B原子的外侧与两个H原子形成两条共价键，分子中共4条共价键；用去了8个电子，还剩余4个电子。其中，两个电子分别由Ba和Ha两原子提供，在BaHaBb三个原子周围作不定域（离域）运动；另外两个电子由BbHb提供，在BaHbBb周围作不定域运动。这样就形成了两个B—H—B三中心两电子（3C－2e）离域共价键（图7—10）。在B₂H₆分子中，4个外侧的B—H共价键同处一个平面，两个三中心二电子键（氢桥键）与平面垂直，一个在上半部，一个在下半部（图7—11）。B₂H₆的结构式的正确写法是图7—12。

图7－10　B－H－B键

图7－11　B₂H₆的分子结构

图7－12　B₂H₆结构式

化学家们困惑了多年的神秘的乙硼烷成键之谜终于揭开了。这应归功于美国科学家里普斯科姆（1919—　），是他创建的多中心键理论解决了乙硼烷等一系列硼烷和硼氢阴离子的结构问题。

里普斯科姆运用拓朴法（将结构平摊在平面上，只关心分子中的原子间以哪种形式的化学键相联结，而不关心键长和键角等），根据硼烷的分子式BnHn＋m算出

分子中B—H、B—B、B—H—B、等各种类型化学键的数目，从而得到硼烷结构的拓朴图像的一整套的计算方法和理论。他所提出的多中心键理论，不仅独创性地解决了硼烷的特殊结构，也补充和丰富了价键理论，促进了硼化学研究领域的发展。里普斯科姆对硼烷的研究阐明了化学成键作用的奥秘，光荣地成为1976年度诺贝尔化学奖得主。

硼的故事讲到这里还没有结束，因为硼的化合物还有许多妙用，值得一提。硼砂（Na₂B₄O₇·10H₂O）在熔融状态能溶解一些金属氧化物，显现出各种金属离子的特征颜色。利用这种性质可鉴定离子，也可用于野外探矿的初步试验鉴定：用细白金丝作一个小环，蘸些硼砂，加热，再加少量的金属氧化物（或盐）样品。在明火上灼烧，就形成彩色透明亮晶晶的小玻璃珠，Co^2＋是蓝宝石色，Cr^3＋是绿色，Cu^2＋是天蓝色。硼砂还可用于玻璃和搪瓷陶瓷上釉和着色。一只经干燥成型的瓷杯在泥浆样的釉药中蘸过，进窑烧制，瓷杯会展现亮丽的光泽，这是因为釉药中含有硼砂的缘故。

硼砂的水溶液呈碱性，故可以作肥皂和洗衣粉的填料。

硼砂还能作肥料，硼是植物生长不可缺少的微量元素，它能调节植物体内酶的代谢作用。缺了硼，白糖的原料——甜菜的地下茎会腐烂掉，豆料植物的根瘤会萎缩，亚麻、大麻、苜蓿甚至会枯死，所以要在土壤中施以硼砂，但要注意适量。

氮化硼（BN）的结构与石墨相似（图7－13），性能也相近：耐高温、导热性好、化学稳定性高，有“白色石墨”之称。它是一种新型的耐火材料，也可以做坩埚和耐高温的实验仪器，在固体润滑剂中BN的耐高温性能是首屈一指的。

图7－13　BN和石墨的结构

在高温、高压之下，石墨晶形的BN可转化为金刚石晶形的BN。它的热稳定性胜过金刚石，硬度可与名列第一的金刚石媲美。因为它是比岩石和钢铁还硬的超硬材料，可以作成钻头、磨具、切削工具，用于加工各种机械零件、打开地壳、探勘地下的宝藏。

有机硼高分子聚合物也研制成功了。硼硅橡胶在－40℃～400℃这样宽的温度范围内都表现出弹性，可制做火箭和航天器上的仪器的零部件和垫圈等；硼磷聚合物在600℃～700℃长时间加热，强度和质量都不变，其强度比酚醛树脂——石棉复合材料还胜一筹，可以替代酚醛树脂与石棉作成复合材料，在600℃～700℃高温之下长期使用。

因为硼烷的加盟，新聚合物的性能超越了品质优良的硅橡胶等，成为性能特别优异的功能高分子材料，真可谓硼烷显奇效，锦上更添花。