Allotropes of boron (original) (raw)

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硼有多種同素異形體，包括晶体和无定形体。現已知（已製備）的結晶狀硼有α菱面体硼晶、β菱面体硼晶以及β四方硼晶；此外，在某些特定情況下，α四方硼晶、γ正交硼晶等同素異形體結構也能被製備出來。非結晶體的形式有兩種已知，一種為精細粉末，另外一種為玻璃狀的固體。雖然有至少14種甚至更多的硼同素異形體被發表出來，但是這些被發現的組成卻是根據不足的證據、沒有經過實驗確認、被認為是混合的同素異形體或是含有雜質來穩定其硼的結構。而硼以β菱面体硼晶形式存在者是最穩定的，其餘次之，所以在室溫下的轉化率低下，也因此五個不同型態能夠在室溫下共存。非結晶粉末狀硼和多晶體的β菱面体硼晶最為相似，後者是一種堅硬的灰料，重量卻比鋁還要輕上十個百分點，其熔點（2080 °C）比鋼高幾百度。 元素態的硼能在星塵及隕石找到，但卻不存在於地球上含氧量高的環境。因為它不容易從其化合物中被萃取出來。早先的萃取方法包含將三氧化二硼以如鎂 或 鋁的晶屬還原。但是，此方法產物容易混雜其餘金屬硼化物。現今硼純化是在高溫下以氫還原揮發性鹵化硼。而半導體產業是用之非常純的硼之製備，是在高溫下以區熔或是柴可拉斯基法分解乙硼烷。從純硼中製備硼單晶則更加困難，原因是以及硼傾向與杂质反應；典型的晶體大小為~0.1 mm。

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dbo:abstract Boron can be prepared in several crystalline and amorphous forms. Well known crystalline forms are α-rhombohedral (α-R), β-rhombohedral (β-R), and β-tetragonal (β-T). In special circumstances, boron can also be synthesized in the form of its α-tetragonal (α-T) and γ-orthorhombic (γ) allotropes. Two amorphous forms, one a finely divided powder and the other a glassy solid, are also known. Although at least 14 more allotropes have been reported, these other forms are based on tenuous evidence or have not been experimentally confirmed, or are thought to represent mixed allotropes, or boron frameworks stabilized by impurities. Whereas the β-rhombohedral phase is the most stable and the others are metastable, the transformation rate is negligible at room temperature, and thus all five phases can exist at ambient conditions. Amorphous powder boron and polycrystalline β-rhombohedral boron are the most common forms. The latter allotrope is a very hard grey material, about ten percent lighter than aluminium and with a melting point (2080 °C) several hundred degrees higher than that of steel. Elemental boron has been found in star dust and meteorites, but does not exist in the high oxygen environment of Earth. It is difficult to extract from its compounds. The earliest methods involved reduction of boric oxide with metals such as magnesium or aluminium. However, the product is almost always contaminated with metal borides. Pure boron can be prepared by reducing volatile boron halides with hydrogen at high temperatures. Very pure boron, for use in the semiconductor industry, is produced by the decomposition of diborane at high temperatures, followed by purification via zone melting or the Czochralski process. Even more difficult to prepare are single crystals of pure boron phases, due to polymorphism and the tendency of boron to react with impurities; typical crystal size is ~0.1 mm. (en) Le bore peut être préparé sous de nombreuses formes allotropiques, amorphes et cristallines. Les formes cristallines bien connues sont la forme α rhomboédrique, la forme β rhomboédrique et la forme β tétragonale. Sous des conditions particulières, le bore peut aussi être synthétisé sous la forme α tétragonale et la forme γ orthorhombique. Deux formes amorphes sont également connues, l'une ayant l'aspect d'une poudre finement divisée et l'autre ayant un aspect vitreux. Bien qu'au moins quatorze allotropes supplémentaires ont été signalés, les existences de ces autres formes sont basées sur des indices ténus ou n'ont pas été expérimentalement confirmées. Des mélanges d'allotropes ou des structures stabilisées par des impuretés sont également envisagés. Alors que la phase β rhomboédrique et la plus stable et les autres sont métastable, le rythme de transformation est négligeable à température ambiante : les cinq phases cristallines peuvent ainsi exister sous conditions ambiantes. La poudre amorphe et la phase β rhomboédrique polycristalline sont les formes les plus communes. Ce dernier est un matériau gris de dureté importante, environ dix pour cent plus léger que l'aluminium et avec un point de fusion de 2 080 °C. Enfin depuis 2014, il existe de nombreuses formes de borosphérène qui sont autant de nouveaux allotropes de bore. (fr) 本項ではホウ素の同素体について記述する。ホウ素には7つの同素体が存在しており、それらは結晶およびアモルファスの構造を取る。よく知られているものにα-菱面体、β-菱面体、β-正方晶があり、特殊な条件下ではα-正方晶やγ-斜方晶のような形も取る。アモルファスの同素体には、微細な粉末状のものとガラス状のものの2つが知られている。少なくとも14以上の同素体が報告されているが、前述の7つ以外の同素体は弱い論拠に基いたものであったり実験的に立証できなかったりするため、それらは単一の同素体ではなく複数の同素体の混合物や不純物によって安定化した構造であると考えられている。2014年には新しいホウ素の同素体として、グラフェンに類似した平面状構造を取るボロフェンの存在に関する実験的証拠が確認されている。β-菱面体構造が最も安定である一方で他の同素体は全て準安定状態であり、室温においてはβ-菱面体以外の構造への変化率は無視できる程度である。これら5つの結晶質の同素体は周囲の状況によって形成される。粉末状のアモルファスホウ素および多結晶β-菱面体ホウ素は最も一般的な形である。他の同素体は非常に硬い灰色の素材であり、アルミニウムより10 %ほど軽く、融点は鋼鉄よりも数百度高い2080°Cである。 単体のホウ素は自然界には存在せず、ホウ素化合物から単離することは非常に難しい。最も初期には、酸化ホウ素をマグネシウムやアルミニウムなどの金属で還元する方法が用いられていたが、そうして得られた単体のホウ素はその多くが金属ホウ素化合物によって汚染されていた。純粋なホウ素は、揮発性のハロゲン化ホウ素を高温で水素還元することによって得られる。 高純度ホウ素はジボランを高温で熱分解させたものをゾーンメルト法やチョクラルスキー法で精製することによって合成され、半導体産業で利用される。ホウ素には多形が存在し他の不純物元素と反応しやすい傾向があるため、純粋なホウ素の単結晶を合成するのはさらに困難であり、典型的な単結晶の結晶形は0.1 mm以下である。 (ja) 硼有多種同素異形體，包括晶体和无定形体。現已知（已製備）的結晶狀硼有α菱面体硼晶、β菱面体硼晶以及β四方硼晶；此外，在某些特定情況下，α四方硼晶、γ正交硼晶等同素異形體結構也能被製備出來。非結晶體的形式有兩種已知，一種為精細粉末，另外一種為玻璃狀的固體。雖然有至少14種甚至更多的硼同素異形體被發表出來，但是這些被發現的組成卻是根據不足的證據、沒有經過實驗確認、被認為是混合的同素異形體或是含有雜質來穩定其硼的結構。而硼以β菱面体硼晶形式存在者是最穩定的，其餘次之，所以在室溫下的轉化率低下，也因此五個不同型態能夠在室溫下共存。非結晶粉末狀硼和多晶體的β菱面体硼晶最為相似，後者是一種堅硬的灰料，重量卻比鋁還要輕上十個百分點，其熔點（2080 °C）比鋼高幾百度。 元素態的硼能在星塵及隕石找到，但卻不存在於地球上含氧量高的環境。因為它不容易從其化合物中被萃取出來。早先的萃取方法包含將三氧化二硼以如鎂 或 鋁的晶屬還原。但是，此方法產物容易混雜其餘金屬硼化物。現今硼純化是在高溫下以氫還原揮發性鹵化硼。而半導體產業是用之非常純的硼之製備，是在高溫下以區熔或是柴可拉斯基法分解乙硼烷。從純硼中製備硼單晶則更加困難，原因是以及硼傾向與杂质反應；典型的晶體大小為~0.1 mm。 (zh)
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