p區元素(一):第13、14族

硼烷(boranes,硼氫化合物)

/ BOR-aynes /

如果你把硼的化學想像成碳的表親,你或許會以為硼會搭出類似烴的鏈:BH3、模仿乙烷的 B2H6,等等。但大自然玩的是更奇怪的遊戲。硼比碳少一個價電子,所以它造不出給我們帶來烷烴的那種簡單的富電子鏈。硼和氫轉而搭出一整族籠狀、籃狀的分子——硼烷,它們看起來全然不像有機化學,幾十年裡都是個真正的謎。

硼烷是硼與氫的二元化合物。最簡單的穩定者是乙硼烷 B2H6,而非那難以捉摸的 BH3(後者只能瞬時存在並立刻二聚)。更大的硼烷成系列出現,名字帶有 closo、nido、arachno,描述其籠有多完整:closo 硼烷(如硼烷陰離子 B6H6^2-)是封閉的多面體(這裡是硼組成的八面體),nido(巢狀)硼烷(如 B5H9)是缺一個頂點的封閉籠,arachno(網狀)硼烷(如 B4H10)則缺兩個頂點。它們靠普通的 2c-2e B-H、B-B 鍵再加上缺電子的 3c-2e 鍵(B-H-B 橋和中心的 B-B-B 鍵)撐住自己,而骨架電子對的數目正是決定形狀的關鍵。

硼烷的意義遠不止於獵奇。數它們的簇電子,正是韋德規則被發明出來要做的事,而同一套數法後來又統一了金屬簇與碳硼烷的結構。在實用上,硼烷及其鹽是還原劑,也是硼系試劑的起點;與這一族相關的硼氫根 BH4- 就是常用還原劑硼氫化鈉。它們也自燃且有毒,提醒我們漂亮的結構和友善的物質並不是一回事。

癸硼烷 B10H14 是一種 nido 硼烷,它的十個硼組成一個像缺了兩個頂點的二十面體那樣的籠。儘管缺電子,它卻是個能裝在瓶子裡的穩定固體,還一度因被設想為高能火箭燃料而受關注。

closo/nido/arachno 這些名字,不過是描述母體多面體有幾個頂點被佔的一套詞彙。

BH3 本身不是一種穩定、可分離的硼烷:它只能作為瞬態物種存在,並立刻配對成乙硼烷 B2H6。把 BH3 當作最簡單的硼烷是常見的口誤。

又稱
boron hydrides硼氢化合物硼氫化合物