硫化ホウ素

硫化ホウ素：特性と用途

硫化[ホウ素]は、独特の性質を持つ化合物であり、様々な分野で注目を集めています。湿気に弱い白色の固体で、ポリマー構造を有している点が大きな特徴です。その用途は、ハイテクガラスの構成要素や、有機硫黄化合物の合成における試薬として期待されています。

反応性

硫化ホウ素は、空気中の水分と容易に反応し、硫化水素(H₂S)ガスを発生させます。この反応は加水分解と呼ばれ、次の化学式で表されます。

B₂S₃ + 3H₂O → B₂O₃ + 3H₂S

この加水分解反応は、硫化ホウ素を取り扱う際の注意が必要な点です。また、リンやシリコンの硫化物と同様に、湿気との反応性が高いことが知られています。

興味深いことに、硫化[ホウ素]]は他の硫化物、例えば五硫化二リン]と混合することで、特殊な[[ガラスを形成します。このガラスは、従来のホウケイ酸ガラスとは異なり、赤外線エネルギーの中周波を吸収しません。この特性は、特定の光学用途や熱制御用途で有利に働く可能性があります。さらに、硫化ホウ素を含む三元系ガラスの中には、高速イオン伝導性を示すものもあると報告されています。

さらに、硫化ホウ素は有機合成化学において、ケトンを対応するチオンに変換する試薬としても有用です。例えば、ベンゾフェノンをチオンに変換する反応は、以下のようになります。

B₂S₃ + 3(C₆H₅)₂C=O → B₂O₃ + 3(C₆H₅)₂C=S

この反応では、硫化ホウ素は通常過剰量使用されます。

合成法

硫化ホウ素の合成法はいくつか知られています。初期の合成法では、ホウ化鉄やホウ化マンガンと硫化水素を300℃で反応させる方法が用いられていました。この反応は、以下の式で表されます。

2FeB + 4H₂S → B₂S₃ + FeS + 4H₂

しかし、より簡便な方法として、1824年にベルセリウスによって、非晶質ホウ素と硫黄蒸気を直接反応させる方法が開発されました。

2B + 3S → B₂S₃

また、ヴェーラーとドビーユは、ホウ素と硫化水素を出発物質とする別の合成法を開発し、1858年に発表しました。

2B + 3H₂S → B₂S₃ + 3H₂

これらの合成法は、それぞれ異なる反応条件や利便性を持ち、目的や状況に応じて選択されます。

構造

硫化ホウ素の結晶構造は、平面三角形のホウ素原子と架橋硫黄原子からなるB₃S₃環とB₂S₂環が層状に積み重なった構造をとっています。層間の距離は約355 pmです。これは、三次元構造を持つ三酸化ホウ素とは対照的です。一方、単量体の硫化ホウ素分子は、中心のB-S-B結合角が約120°の平面V字型構造をとることが知られています。

もう一度検索