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本文拟介绍硼酸的基本结构及酸碱特性,供参考.
1. 硼酸的结构特性
硼酸的化学式为:H3BO3,分子空间构型为平面三角形,参见如下图1所示.
图1. 硼酸分子空间构型示意图
B的价电子构型为2s22p1;成键时采用等性sp2杂化,参见如下图2所示:
图2. B原子sp2等性杂化示意图
B原子三个sp2杂化轨道分别接受3个氧原子提供的自旋方向相反的单电子,形成三个完全相同的σ单键,
<OBO=120°.
2. 硼酸的酸碱特性
硼酸[1]是一种白色固体酸,微溶于冷水,升高温度,硼酸的溶解度明显增大.
硼酸是一元弱酸,Kaθ=5.8×10-10.
硼酸水溶液之所以显酸性,是由于硼酸中的B原子是缺电子原子,具有2p空轨道;硼酸水解时,易接受配
位体(OH-)提供的孤电子对,形成加合物(或配离子);参见如下式(1)所示:
H3BO3+H2O→[B(OH)4]-+H+ (1)
式(1)显示,硼酸水解时,可产生“一个”H+;因此也把硼酸称为一元酸.
备注:[B(OH)4]-中B原子的杂化轨道方式为等性sp3杂化,空间构型为正四面体.
2.1 质子酸与电子酸
酸碱质子理论认为:溶液中,凡能提供质子(或H+)的物质,均被称为质子酸;凡能接受质子(或H+)
的物质, 均被称为质子碱.
硼酸的Kaθ值很小,溶液中硼酸的直接解离可以忽略,因此不能将硼酸称为质子酸.
酸碱电子理论认为:溶液中,凡能提供电子对的物质(分子、离子或原子团),均被称为电子碱;凡能接
受电子对的物质(分子、离子或原子团), 均被称为电子酸.
由式(1)可知,硼酸水解时,H3BO3分子接受“OH-”中O原子提供的孤对电子,形成一个配位键;因此
可将硼酸称为电子酸(或Lewis酸).
3. 结论
⑴H3BO3分子中B原子采用等性sp2杂化,空间构型为平面三角形;
⑵H3BO3为电子酸,非质子酸;
⑶因水解反应,H3BO3常被称为一元酸;水溶液中H3BO3的直接解离可忽略.
参考文献
[1]天津大学无机化学教研室编. 无机化学(第五版). 北京:高等教育出版社,2018,6:319.
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