書接上回，咱們今天聊聊硼族元素,也就是第三主族元素。

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第三主族元素,核外電子主要以S2P1形式存在,它比堿金屬，堿土金屬最外層電子多了一層p軌道，就這個(gè)p軌道上多了一個(gè)電子,就讓B族元素與眾不同。我們講了堿金屬與堿土金屬的氧化物幾乎都是離子化合物,主要是將S軌道的電子剝離掉,到了第三主族以后多了這么一個(gè)P軌道上的電子,這個(gè)時(shí)候到底2個(gè)S軌道電子與1個(gè)P軌道電子共同剝離掉了還是能夠形成雜化,從而形成共價(jià)鍵，這就依元素而定了。所以第三主族其實(shí)是一個(gè)離子鍵朝共價(jià)鍵過的這么一族元素。所以這族里面有寶藏,一些超強(qiáng)硬的陶瓷都會(huì)出現(xiàn)在這個(gè)族里面。像碳化硼,氮化硼。咱么來聊聊這其中的奧妙。

首先，聊聊元素的特性>>>>>>

上面是1~9號(hào)元素的最外電子排布，大家要記住一點(diǎn),元素特性是由最外層電子決定的，這也是我們對(duì)元素分族的一個(gè)依據(jù),同一個(gè)族的元素性質(zhì)都差不了多少。那什么是最外層電電子了？大家自己看元素周期表上面就有標(biāo)注。上圖中的H，Li最外層電子就是S軌道，Be到F最外層就2S2P，這里面的2表第二層電子殼數(shù),還有一種標(biāo)記方法記作K，L，M,分別代表1，2，3，4，這種標(biāo)記法了，經(jīng)常出現(xiàn)在我們做成分分析的時(shí),元素分析基本原理就依據(jù)這些不同殼的電子輻射能量不同從而對(duì)元素進(jìn)行定量標(biāo)定(此處需要留意的是很多元素的K，L，M，N的能級(jí)并不會(huì)差很多,所以如用EDS去分析成分含量的話,基本涼涼,如果要精準(zhǔn)定量成分分析,必須要更高階的光譜儀來進(jìn)行，EDS 能分析到10%的誤差都要偷笑了。

言歸正傳，最外層S2P1~6，隨著P上面增增加電子，元素會(huì)從失去電子逐漸過渡到吸收電子，為什么會(huì)這樣？這都得感謝哪些燦若星河的化學(xué)物理先驅(qū)們，他們從大量的實(shí)驗(yàn)總總結(jié)出了這個(gè)規(guī)律。最著名的就是洪特規(guī)則,泡利不相容原理,以及能量最低原理。

但是B這個(gè)元素是個(gè)奇葩,也是它是我們對(duì)化學(xué)鍵有了更進(jìn)一步的了解。我們都知道主族原子最多能形成4個(gè)共價(jià)鍵,但是Be的單晶卻是一個(gè)正二十面體,乍眼一看,一個(gè)B元素有5個(gè)共價(jià)鍵。其實(shí)并不然,我們一般認(rèn)知的共價(jià)鍵都是由2個(gè)原子構(gòu)成,但是對(duì)于B,卻存在一個(gè)由三個(gè)原子構(gòu)成的一個(gè)共價(jià)鍵，叫做多中心鍵。所以一個(gè)B元素與相鄰的2個(gè)原子形成一個(gè)多中心鍵,這個(gè)鍵中心落在正十二面體的面上.然后與另外3個(gè)原子形成3個(gè)共價(jià)鍵。   

大家看碳化硼的結(jié)構(gòu)寫為B4C,實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)如下,可以認(rèn)為使由硼正二十面體通過碳的共價(jià)鍵來鏈接而成,就這個(gè)結(jié)構(gòu)早就了目B4C硬度僅次于金剛石。

此時(shí)，大家可以自由發(fā)揮想象力,用第三族元素與第四，五，六族的元素去排列組合,像堆積木一樣,你會(huì)發(fā)現(xiàn)，會(huì)有奇妙的事情發(fā)生。硼與金屬的化合物幾乎都使高熔點(diǎn)材料！！！

這歸功于其電子小的半徑已經(jīng)其特有的電子層結(jié)構(gòu),導(dǎo)致它能形成特殊的空間結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)里面原子彼此之間都形成了強(qiáng)力的制約作用,因此得以展現(xiàn)高的熔點(diǎn)。它的化學(xué)鍵表現(xiàn)為缺電子體系,所以抗氧化性也非常強(qiáng)。

接下看看硼族元素化合物的應(yīng)用>>>>>>

①氮化硼就不說了，大家都懂,用的也廣泛。此處省略三萬字。

②氧化硼，這個(gè)就有意思了,它使一種片狀結(jié)構(gòu),熔點(diǎn)只有450℃不到,使一種很重要融助溶劑，廣泛用于半導(dǎo)體封裝工藝（低溫?zé)Y(jié)時(shí)候,為了降低粉體燒結(jié)溫度，必須要增加一些這種物質(zhì),從而降低體系的熔點(diǎn)，一般配方一B-Bi體系為主。

③氟化硼，竟然使氣體了,是一種很重要半導(dǎo)體室用氣體(刻蝕氣體))

④硼化鋁，硼化硅，磷化硼，硫化硼，氧化硼，氯化硼，大家可以自己去查查。

捋一捋，B-C/N/O/F的化合物竟然從最堅(jiān)硬變成最柔弱的氣體,這個(gè)變化規(guī)律原因何在？如果弄懂了,那你就會(huì)明白什么應(yīng)用場(chǎng)合要控制什么雜質(zhì)元素了。

沒有對(duì)比就沒有傷害，咱們?cè)倏纯翠X的>>>>>>

鋁與碳能夠生成碳化鋁,熔點(diǎn)2100℃，易吸水。

鋁與氮反應(yīng),生成氮化鋁，也不多講，大家都懂。

鋁與氧反應(yīng)，生成氧化鋁,這個(gè)之前見過了。

鋁與F反應(yīng),生成氟化鋁。

看見了么,基本上熔點(diǎn)都是往下走的，基本上要找超硬的陶瓷,就要再第三族與第四族之間的化合物去找，因?yàn)檫@個(gè)兩個(gè)族容易形成共價(jià)鍵,分別有3個(gè)與4個(gè)共價(jià)鍵，就打個(gè)比方，你有兩種積木球，一個(gè)可以插三個(gè)棒子,一個(gè)可以插四個(gè)棒子,用這兩種積木球就很容堆積出一個(gè)立體空間。同樣第三族與第六族反應(yīng)時(shí)候，只有3個(gè)共價(jià)鍵與2個(gè)共價(jià)鍵去組合,那么更更容易因?yàn)?個(gè)共價(jià)鍵形成平面的結(jié)構(gòu),因此這種結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)硬度啥的不是最優(yōu)秀的。當(dāng)?shù)谌髯迮c第七主族反應(yīng)時(shí)候，就是三個(gè)共價(jià)鍵與一個(gè)共價(jià)鍵(離子鍵)，這就更難構(gòu)成強(qiáng)壯的立體結(jié)構(gòu)。

今天就到這,咱們下回再聊聊第四族，關(guān)注粉體圈公眾號(hào)，持續(xù)為您更新“青鳥飛魚”的精彩分享內(nèi)容。