元素的奥秘——硼自远方来，很乱

      硼是一种奇怪的东西。

      它诞生于宇宙空间，但这种很轻的元素却不是在恒星内部产生的，恒星里形成了一些比硼重得多的元素，比如碳、氧、甚至是铁，但却没有硼。硼来自超新星爆发和宇宙射线的散裂辐射。

      另一个有趣的现象是，硼是石字旁，但它却是一种类金属元素，也就是说硼的一些物理和化学性质本质上介于金属与非金属之间，因此有些人也将硼、硅、锗、砷等称为“准金属元素”。

      硼结晶（β-菱面体）它坚硬且散发着金属光泽

      再一个就是，硼元素在宇宙中的丰度很低，在太阳系和地壳中也属于低丰度的元素，但它在自然界中的含量却相当丰富，我们并不难在地面上找到硼，在许多化合物及矿物中都能看到硼的存在，并且硼的化合物产品大部分很便宜。

      你很难提炼到纯的硼，它以各种各样的分身出现，你却无法看清它素颜的样子。

      有硼自远方来，这“硼友”挺乱。

      硼无定形

      前面一节我们提到了硼在地面上主要是以化合物的形式存在，由于在这些化合物中有许多像碳等难熔物质的污染，加上硼自身独特的理化性质，人们很难提取到纯的硼。至今为止人们提纯出来的硼也存在许多种同素异形体。

      硼的无定形粉末相

      硼有晶相和非晶相，晶相里分α-R、α-T、β-R、β-T和γ相；非晶相分粉末相和玻相。除此之外硼还有高压超导相、二维形式的相和硼球烯。

      以此为基础，硼又有菱面体、四方体、正交体和半随机之分，这么一组合起来，硼就有许多种复杂的形态和各种颜色。

      硼原子的价电子结构为2s²2p¹，它能提供成键的电子是2s²p，还有一个空轨道。在硼原子以sp²杂化形成的共价分子中，余下的一个空轨道可以接受外来的孤对电子，形成以sp³杂化的四面体构型的配合物。

      有时候你看到它是像一块一块的金属碎片、有的像生锈的铁粉、有的似一堆熔融的金属废渣。

      难以相信，这一堆渣也是提纯后的硼，有资料说这是“混合相”

      硼的同位素

      硼总共有13种同位素，其中两种为天然且稳定的同位素：硼-10和硼-11。

      硼-10被称为“富硼”，有意思的是这里的富并不代表它的含量高，恰恰相反，硼-10在自然界中的含量只占19.9%，“富硼”Enriched boron翻译成“强化硼”更合适些。

      硼-11被称为“贫硼”，它在自然界中的含量为80.1%，所以“贫硼”不表示它稀少，而是“贫化硼”Depleted boron。

      富硼的原子核中有5个质子和5个中子，它容易从外界吸收一个中子，从而生成锂离子、α粒子并发射伽马射线，在核反应堆中，富硼的这个特点常常被用来当“刹车片”用。与此相对应，贫硼就不容易受到辐射的影响。

      由硼-10制成的硼钢棒可以控制核反应堆的温度

      硼-11未来也许可以当成一种清洁核聚变的燃料，因为当硼-11被能量约为500 keV的质子撞击时，它会产生三个α粒子和8.7 MeV的能量，这些α粒子可以直接转化为电能，并且只要一关机，辐射就停止，不会担心有中子放射污染。

      控制棒插入核反应堆堆芯

      从这个角度看，多年以后硼也许会成为抢手的战略资源呢！

      硼的形成和加工

      我们在本文的开头提到了硼是通过超新星爆发和宇宙射线的散裂辐射而形成的。科学家们认为超新星爆发时产生的高能量宇宙射线（主要是快速质子）轰击星际介质中的碳、氮和氧，强大的能量使这些核素的原子核碎裂，从而产生出轻元素铍，硼和锂。这也是这几种元素在宇宙中探测到的丰度远高于在太阳大气中发现的丰度的重要原因。

      强烈的宇宙射线轰击星际物质，形成锂、铍和硼

      虽然硼是地壳中相对稀有的元素，仅占地壳质量的0.001％，但全球已探明的硼矿物开采储量就已经超过了10亿吨。土耳其坐拥世界72%的硼矿储量，以及超过世界一半的开采量；美国的硼矿年开采量约占世界的23%。

      力拓集团硼砂矿，位于美国加州，产世界近一半硼酸盐

      硼的化合物很多，大部分以硬硼钙石 Ca₂B₆O₁₁ ·5H₂O 或 CaB₃O₄(OH)₃·H₂O、水合硼酸钠氢氧化钠Na₂B₄O₆(OH)₂·3H₂O、钠硼方解石 NaCaB₅O₆(OH)₆·5H₂O 和硼砂Na₂B₄O₇·10H₂O或Na₂B₄O₇ ·[H₂O]n，这些矿石占了可开采矿石的90%。

      硼砂水晶

      硼绝大多数的应用都是将硼化合物作为添加剂加到其它物质中，全球工业需求量最大的是硼酸、硼酸盐和三氧化二硼B₂O₃等硼化合物，对提纯的硼需求量相对较小，对硼单质的研究也并不多。

      纯硼很难提取，工业上通常用镁或铝还原氧化硼B₂O₃，由于产品几乎总是被这些金属的硼化物污染，所以它只能算是粗硼；另一种方法是通过在高温下用氢还原挥发性卤化硼（如：三溴化硼）来制备硼单质；目前超纯硼是通过乙硼烷在高温下分解产生的，然后还要通过区域熔化或Czochralski工艺进一步纯化（类似于制作单晶硅的办法）。

      硼的应用

      硼在玻璃和建筑材料上的应用是很广泛的，全球约3/4的硼产量都用在了这些方面。

      几乎所有从地球中提取的硼矿石都被精炼成硼酸BH₃O₃和四硼酸钠五水合物Na₂B₄O₇·5H₂O也就是硼砂，这些化合物中的大部分