ホウ素の構造は何ですか？

周期表の元素番号5のホウ素の原子構造は、2つの電子の完全な内殻を表示し、3つの電子が最外殻にあり、原子に結合に利用できる3つの価電子を与えます。 この点で、ホウ素グループの次の元素であるアルミニウムに似ています。 ただし、アルミニウムとは異なり、電子は原子核に強く結合しているため、他の原子に電子を供与してB ³⁺イオンを特徴とするイオン結合を形成することはできません。 ホウ素は一般に電子を受け入れてマイナスイオンを形成しないため、通常はイオン化合物を形成しません。ホウ素の化学的性質は本質的に共有結合です。 電子配置とその結果生じる結合挙動により、さまざまな元素形態のホウ素の結晶構造も決まります。

ホウ素化合物は、通常の共有結合に必要なものよりも結合に関与する電子が少ないという点で、「電子欠乏」と呼ばれることがよくあります。 単一の共有結合では、2つの電子が原子間で共有され、ほとんどの分子では、要素はオクテット規則に従います。 しかし、三フッ化ホウ素（BF ₃ ）や三塩化ホウ素（BCl ₃ ）などのホウ素化合物の構造は、原子価殻に電子が8つではなく6つしかなく、オクテット規則の例外であることを示しています。

異常な結合は、ボランとして知られるホウ素化合物の構造にも見られます。これらの化合物の調査は、化学結合理論の修正をもたらしました。 ボランはホウ素と水素の化合物で、最も単純なものは三水素化物BH ₃です。 繰り返しますが、この化合物には、オクテットの2電子分短いホウ素原子が含まれています。 ジボラン（B ₂ H ₆ ）は、化合物内の2つの水素原子のそれぞれが2つのホウ素原子と電子を共有するという点で異常です。この配置は、3中心2電子結合として知られています。 現在、50種類以上のボランが知られており、それらの化学の複雑さは炭化水素のそれに匹敵します。

元素のホウ素は、地球上で自然に発生することはなく、通常の方法（酸化物の還元など）で除去が困難な不純物が残るため、純粋な形で調製することは困難です。 元素は1808年に不純な形で最初に調製されましたが、結晶構造を調べるのに十分な純度で製造されたのは1909年まででした。 ホウ素の結晶構造の基本単位は、B _12の二十面体であり、12の頂点のそれぞれで、ホウ素原子が他の5つの原子に結合しています。 この構造の興味深い特徴は、共有結合の通常の2つの電子の代わりに1つの電子を共有することにより、ホウ素原子が半結合を形成していることです。 これにより、ホウ素原子の有効原子価は6になり、各頂点で1つの追加の結合が利用可能になり、隣接するユニットに結合できるようになります。

正二十面体は密に詰まっておらず、結晶構造内にボロンや他の元素の原子で満たされている空隙を残します。 他の元素と組み合わせたB ₁₂二十面体を特徴とする多くの有用なホウ素金属合金とホウ素化合物が製造されています。 これらの材料は、硬度と高融点で知られています。 一例は、化学式AlMgB _14のホウ化アルミニウムマグネシウム（BAM）です。 この材料は、知られている最低の摩擦係数を持つという区別があります-つまり、非常に滑りやすい-機械部品の耐摩耗性、低摩擦コーティングとして使用されます。