硼

硼（英文：boron）是一种非金属元素，元素符号B，位于元素周期表的第二周期第ⅢA族。它的原子量为10.81，原子序数为5。在其固态形式下，晶体硼呈现为黑色，而无定型硼则为棕色。这种元素在自然界中分布极为广泛，常见于火山活动区域、盐湖、沙漠土壤以及地壳中的矿物质，在火星上也有发现。此外，硼也存在于天然矿泉水中，以及某些植物体内，如杏仁和花生等。^{[1][8][9][10][6][11][12][13]}

硼是一种在常温下稳定的元素，可用于脱氧剂。该元素存在两种稳定同位素，即10B和11B，以及包括7B、8B、21B在内的13种不稳定同位素。硼不仅是制备硼酸和各种金属硼化物的关键成分，而且它还表现出多种同素异形体，例如无定形硼和四方相硼等。这些特性使得硼在化学、材料科学以及核工业等领域具有重要的应用价值。^{[3][14][4][12]}

硼及其衍生的化合物在多个行业中扮演着关键角色。在化工和化学产业中，它们被用作催化剂、阻燃剂以及制造特定类型玻璃和陶瓷的重要原料。军事领域中，硼的一些同位素在核工业中作为控制棒材料发挥作用。生物学上，硼对植物的生长和发育至关重要，尽管它对动植物生命所需量不多，但缺乏会导致生长障碍。然而，硼及其化合物也具有毒性，过量接触可能对人体健康产生负面影响。^{[1][8][15][16][17][18][8]}

硼化合物自古以来在人类生活中扮演着重要角色。其发现和应用可以追溯到古埃及时期，当时人们将硼砂作为制造玻璃的助熔剂。公元9世纪，阿拉伯炼金术士阿尔-拉齐撰写的书《秘密中的秘密》详细描述了一些物质，并对矿物体进行了分类。在中国古代，唐代的丹经《金华玉液大丹》中提到了“琉璃药”，《涌泉匮法》中也提到了“玻璃关”，这些都包含了硼砂。同时，硼砂还被应用在医药方面，以硼砂入药的方剂在历朝历代皆有提及。^[2][19]

在1702年，法国化学家威廉·荷姆堡首次成功制备了硼酸。通过将硫酸与热硼砂的混合溶液加热，并在沙浴中蒸馏，荷姆堡观察到混合溶液中有晶体析出。这些白色片状结晶被他称为“镇静盐”，即今天所知的硼酸。但是，荷姆堡错误地认为这种物质来源于硫酸，未能正确理解其真实的化学组成和性质。^[2][19]

在1747年，法国化学家巴朗（Baron， 1715-1768）进行了一系列实验，试图揭示硼砂的真实组成。巴朗提出了一个假设，认为硼砂是由镇静盐和苏打在反应中生成的产物。然而，这一理论在后来遭到了挑战。到了1775年，瑞典化学家托尔贝恩·伯格曼（Torbern Bergman， 1735-1784）在其论文《有择吸引论》（Disquisitio de Attractionibus Electivis）中对镇静盐的性质进行了深入探讨。伯格曼指出，镇静盐展现出了一般酸的特性，从而推翻了它是一种盐的观点，而是将其定义为一种酸。这一发现对当时的化学理论产生了重要的影响，进一步推动了酸碱理论的发展。^[2][19]

在1789年，法国化学家安托万·洛朗·德·拉瓦锡在其开创性著作《化学基础论》中，对元素的概念进行了系统的阐述。拉瓦锡定义元素为：“分析所能达到的终点”，即那些不能进一步分解的物质。他提出镇静盐实际上是一种酸，由非金属元素与氧的结合体，据此他将其命名为硼酸，并将该非金属元素命名为硼酸素。在拉瓦锡所绘制的第一张元素表中，他将元素分类为简单物质，并进一步细分为简单非金属物质、简单金属物质及简单土质物质，其中硼酸素与硫、磷、碳、盐酸素和氟fú酸素一同被归类为简单非金属物质。^[2][19]

在1808年，法国化学家约瑟夫·路易·盖·吕萨克（Joseph Louis Gay-Lussac）与路易·雅克·泰纳尔（Louis Jacques Thénard）几乎与戴维同时，开展了关于硼酸素的研究。他们通过在铜管中放置等量的钾与纯净的硼酸，并在熔炉中加热的方法，成功提取出了硼酸素。这一过程中，他们收集到了橄榄灰色的物质，经过加热和水洗后，得到了一种不溶于水的新物质。经研究发现，该物质具有与碳、磷、硫相似的性质，并能在氧气中燃烧生成人造硼酸。因此，他们推断这是一种新元素，并将其命名为“bore”。^[2][19]

在1810年，瑞典化学家雅各布·贝采利乌斯（Jacob Berzelius， 1779-1848）着手进行了原子量的测定工作。到1814年，他以氧为基准（O=100）测量出了41种元素的原子量，总计达到114个。在这些元素中，硼的原子量（换算至以O=16为基准）为11.72，这一数值已非常接近现代对硼元素相对原子质量的认知。贝采利乌斯在原子论的发展历程中也首次使用了字母来表示化学元素的符号，采用元素的拉丁文名称的首字母作为其符号。在他发布的原子量表中，硼元素的符号被标为"B"，这一符号被沿用至今，成为了化学领域的国际标准。^[2][19]

1869年，俄国化学家门捷列夫根据元素的原子量研究元素性质的变化规律，提出了元素周期律，并发表了第一张元素周期表。在这张表中，根据以氧原子量为16作为基准，硼的原子量为11，所以被排在第4号元素的位置。1871年，门捷列夫修订后制作出第二张元素周期表，将元素表改为横排形式，并划分出周期和族。在这张表中，硼元素位于典型金属(第一周期之前)的第三族。^[2][19]

在1872年，美国化学家克拉克担任美国化学会原子量委员会的领导工作，开始了对原子量的精确计算。历经数年的研究，至1896年，在该委员会发布的第三次报告中，克拉克向学术界公布了一系列原子量的计算结果。他依据两种不同的标准，即以氢的原子量定为1和以氧的原子量定为16，得出了硼元素的原子量分别为10.86和10.95。Ezekiel Weintraub在1909年首次成功生产出硼元素，为克拉克的理论研究提供了实践基础。^[2][19]

在1919年，英国物理学家弗朗西斯·威廉·阿斯顿（Francis William Aston）设计并制造了首台能够精确测定原子量和分子量的质谱仪，为现代化学分析奠定了基础。1920年，阿斯顿运用了BF3气体的离子化特性，对硼元素进行了开创性研究，借助质谱仪揭示了硼的两种同位素10B和11B的存在。随着质谱和光谱分析技术的进步，已知硼同位素的种类扩增至14种。在众多领域，尤其是生物学、地质学和医学，这两种稳定同位素的应用日益广泛，不仅对植物生长发育至关重要，还能够揭示地质变化，并在医学治疗中发挥其独特功能。随着21世纪研究的深入，硼同位素在环境监测和疾病治疗方面的作用愈显重要。^[2][19]

在2009年，国际化学纯度与分析化学联合会旗下的同位素丰度与原子量委员会（Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights，简称CIAAW）作出重要宣布，决定不再将包括硼在内的11个元素的原子量视为恒定不变的数值。相反，委员会为这些元素提供了标准原子量的区间值，以反映自然界中同位素组成的变异。例如，硼元素的标准原子量被定义在一个区间［10.806；10.821］内。鉴于此变化可能给日常使用带来不便，CIAAW在2016年进一步发布了这11个元素的常规原子量值，其中硼的常规原子量被定为10.81，以便于科学界及教育界的广泛应用。^[2][19]

无定型的硼为黑色或深棕色粉末，晶体硼呈黑灰色，有金属光泽，晶体硼的密度为2.34g/㎝³，熔点为2300℃，无定型硼的密度为2.37g/㎝³，熔点为2106℃。硼的溶解热为19.246KJ/mol，沸点为3658℃，气化热度为507.52KJ/mol，升华热度为589.94KJ/mol，硬度为9.5，比热容为1.09KJ/（kg·K），电阻率为0.8x106 Ω·cm。^[6]

硼，作为一种化学元素，在室温条件下显示出较高的稳定性，其化学活性允许其与众多金属、氧、氮、碳等元素形成复合物。^[8]

硼与氧的亲和力超过硅，所以硼作为还原剂，能从许多稳定的氧化物(如SiO2、P2O5等)中夺取氧，故硼在炼钢工业中用作去氧剂。例如：硼在炼钢工业中用作去氧气：^[12]

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常温下，硼能够与氟反应，高温下，硼能够与氮、硫、氯等反应：^[20]

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硼在空气中燃烧，放出大量的热：^[20]

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硼在赤热状态下与水蒸气反应生成硼酸：^[20]

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硼（化学符号B）是一种轻型非金属元素，自然界中以两种稳定同位素10B和11B的形态存在，其自然丰度分别为19.9%与80.1%。这些同位素在多个领域有着广泛的应用。6B、7B、8B、21B等13种硼不稳定同位素，其中7B的半衰期最短，8B的半衰期最长^[4]，它们在化学合成、环境监测、生物学探索、地球科学分析以及行星科学研究等众多科学领域中发挥着重要作用。^[3]

10B同位素在核技术领域发挥着至关重要的作用。作为原子反应堆中的调节剂材料，10B有效控制核链反应速率，确保过程的安全与稳定。其卓越的中子吸收性质，使其在构建辐射防护屏中不可或缺，为操作人员提供了必要的安全保障。在中子探测技术方面，10B在中子计数器的应用对监测和测量中子流至关重要。此外，10B在放射治疗中通过精准定位，对某些恶性肿瘤展现出显著的治疗效果。在科学研究领域，硼同位素不仅在核工业中用于核反应调节和防护，还在天文学中助力研究星云和宇宙事件，揭示宇宙演化之谜。在地球科学中，它们用于解读地质过程，如地表风化、壳幔交互作用和板块俯冲。硼同位素还在古气候和古海洋研究中重建地球历史，在矿床成因探索及地下水和环境地球化学调查中提供了关于成矿作用和环境变迁的宝贵信息。^{[21][22][23][3]}

11B，同位素因其在自然界中的高丰度，使得它能够在较短的时间内产生清晰的核磁共振（NMR）谱图。这一特性使得11B成为核磁共振领域中的一个重要工具。^[24]

参考资料：^[4]

尽管无定形硼的结构特征是由规则的12B二十面体单元组成，但其单元间的连接缺乏明确的规律性，导致其形成的宏观结构呈现出长程无序。这种结构与具有规则连续周期性排列的晶体结构相比，显得更为复杂和随机。值得注意的是，无定形硼具有在特定条件下转变为不同晶态形式的能力。例如，在727K以下，乙硼烷的分解可以直接产生纯无定形硼；而经过727K的退火处理，无定形硼则能转化为具有更高有序度的β型菱形硼晶体。^[14]

晶体硼可以分为两大类。一类是通过实验成功合成的纯相晶体，主要包括α-菱形硼、β-菱形硼、四方相硼(T-192)和正交相γ-B28等四种结构。这些晶体通过实验手段都已成功合成。^[14]

另一类是虽然通过计算预测存在，但至今没有实验报道成功合成的晶态硼结构。这类结构包括各种硼富勒烯、硼纳米管以及单层硼薄膜等。计算机模拟预测这些结构在理论上是可行的，但由于实验条件的限制，目前还未能成功合成。^[14]

α-菱形硼(α-B12)是结构最简单的晶形硼，它的晶胞参数为a = 505.7 pm，α = 58.06°。每个晶胞包含12个硼原子，这12个硼原子以基本规则的B12二十面体排列形成的稍微变形的立方密堆积结构。B12二十面体内部硼原子之间的距离为173-179 pm。B12二十面体之间通过强的共价键，包括2c2e键和3c2e键结合在一起。可以通过几种方法得到高纯度的α-B12：一是在527-727 K的钽tǎn丝(或钨丝或氮化硼)上热分解BI3可以得到纯度大于99.95%的α-B12；二是热分解硼的氢化物；三是在527-927 K下在B-Pt熔体内使单质硼结晶也可以得到α-B12。^[14]

β-菱形硼和α-菱形硼属于同一空间群，但是晶胞参数不同。β-菱形硼的晶胞参数为a=1014.5pm， α=65.28°。每个晶胞包含106个硼原子，它们以复杂的方式排列。其中许多硼原子形成B12二十面体结构，但也有大量非二十面体结构的硼原子，例如有研究认为β-菱形硼的结构核心是一个球形的B84单元，它与富勒烯C60的结构非常相似。β-菱形硼中B84单元内B-B键长平均为183pm，长于α-菱形硼中B12单元内B-B键长。β-菱形硼在一个相对广阔的温度范围内是热力学稳定的变体，当它熔化时通常会形成这种变体。^[14]

目前人们已知有两种四方相硼结构。第一个是含有50个硼原子的T-50(α-四方硼)，它在1943年被获得。当时人们认为其晶胞含有50个硼原子，晶胞参数分别为a = 875 pm， c = 506 pm。但是后来的研究表明，T-50晶胞中除硼原子外，还含有氮或碳原子，应将其归类为氮化物或碳化物。1960年，人们通过使用H2还原BBr3合成了第二种含有192个硼原子的T-192(β-四方硼)。T-192晶胞含192个硼原子，晶胞参数为a = 1012 pm， c = 1414 pm，其结构比T-50更为复杂。目前人们对T-192结构还没有完全了解。此外，曾有报道称发现含78个硼原子的第三种四方相硼，但该结构尚未被证实。^[14]

硼元素形成的化合物种类繁多，且应用范围极为广泛。其重要的化合物包括硼砂、硼酸、金属硼化物、硼氢化合物以及硼杂环化合物等。^[1][8]

化学式为H3BO3，白色晶体，在100g273K温度水中的溶解度为2.6g ，380K时的溶解度为37g、故可用重结晶法提纯。硼酸加热至442K温度时脱水生成偏硼酸HBO2，继续加热可完全脱水变为玻璃状的B2O2，硼酸为一元弱酸，它与甲醇反应生成挥发性的硼酸甲酯，硼酸燃烧时呈绿色，可借以鉴定硼的化合物。硼酸大量用于玻璃和搪瓷工业，由于它能抑制霉菌生长、医药上用作患处的清毒剂，如洗涤眼睛。^[1]

硼可与一些金属和非金属形成稳定的金属间化合物，如硼铍、硼镁、硼硅、硼镍niè等。这些化合物大多数具有高熔点、高硬度、高电导率和化学惰性等特殊性质。因此，它们可用于高温耐火材料和研磨材料的制备，广泛应用于实际生产中。^[1]

又称硼烷，是硼与氢组成的化合物，的总称。主要有乙硼烷（B2H6)、丙硼烷wán(B3H9)、丁硼烷(B4H10)、戊硼烷(B5H11、己硼烷(B6H12）和癸硼烷，随着硼原子数的增加，硼烷可由气态(如乙硼烷、丁硼烷）变成液态(如戊硼烷、己硼烷）再变成固态(如癸硼烷)硼烷都具有难闻的臭味，化学性质十分活泼，与空气接触时会发生爆炸性的分解，并可发生水解、卤化、胺化、氢化、烷基化、醇解等反应，也可与金属有机化合物反应。硼烷在近代工业和军事上具有重要用途，由于它发热量高、燃烧快被用作火箭和导弹的高能燃料。此外，还用作金属或陶瓷零件的处理剂，硅橡胶中的交联剂.硼烷毒性大，会损害人体的肺、肝和肾。^[1]

硼杂环化合物是一类含有一个或多个硼原子的杂环化合物。除了碳和硼，硼杂环中还可包含氧、硫、氮、磷和硅等其他原子。主要类型包括： ^[1]杂环脂类，包含饱和环如硼杂戊环和硼杂己环；也包含不饱和杂环或含有其他杂原子的杂环。^[1] 硼杂芳环类，主要是具有芳香性的芳烃环，例如硼氮六环、硼氧六环和硼杂芳烃。 ^[1]网络状硼杂环，如硼杂二环壬烷和棚杂金刚烷。^[1] 螯áo合型硼杂环，包含硼酸和烃胺基酸或胺基酸衍生物，也包含N、O、S多官能基的有机硼配合物。 硼杂环化合物可用于治癌药物、生理活性物质和还原剂等方面。^[1]

在非核工业上的主要用途是作抛光或研磨用的磨料颗粒或磨料粉末；还用在制动器及离合器的摩擦片衬上。硼的碳化物及铍的硼化物还可用于防弹服及飞船防护板中。通过BCI3/H2与碳丝在1 600℃ -1 900℃下反应可制成纤维状的硼碳化物。^[12]

硼及其化合物在多个领域有广泛的用途。硼元素被用于冶金和原子能工业。硼酸、硼砂和氧化硼等无机化合物不仅用作其他硼化合物的原料，还主要用于制造玻璃、陶器和搪瓷等产品。此外，许多有机硼化合物被应用于塑料、橡胶、原子能等工业，并作为高能燃料等用途。^[8]

元素硼还用作烯烃的聚合、脱氢反应的催化剂，硼化镧陶瓷用作电子装置的阴极材料，单晶LaB6用作场致发射体的大功率管、磁控管的阴极材料。硼酸锂单晶用于制造远红外、可见光及紫外波段高功率脉冲激光的倍频、和频、参量振荡和放大器以及腔内倍频器。^[1]

硼化物陶瓷是一类新型结构陶瓷材料。它主要由硼和过渡金属形成的二硼化物组成。硼化物陶瓷具有高熔点、难挥发的特点，它可以提高玻璃的紫外线透射率和透明度，增加玻璃的耐热性，使陶釉不易脱落且具有光泽，使其在高温环境下也能保持稳定。同时，它拥有高硬度、高导电性和强烈的耐腐蚀性，这给其在电子、机械和化工等领域带来广阔的应用前景。^[1][25]

硼纤维是优良的增强材料。由于其强度高、弹性模量高的特点，硼纤维与金属及树脂制成的复合材料，可作为优良的高温结构材料。这类高温结构材料广泛应用于军工和航天领域。例如，硼纤维增强铝基和钛基复合材料可以制造航空发动机的压气叶片、风扇以及飞机和卫星的耐热部件。钛颗粒可以用于制造加热设备和点火装置的电导部件，以及在超高温环境下工作的耐磨结构件。^[1]

硼化锆陶瓷在火箭喷管和高温发热元件中有广泛应用。作为一种理想的热中子堆控制材料，天然硼具有较大的中子吸收截面，可以直接作为反应堆的控制材料使用。此外，硼也可作为反应堆的中子吸收剂和屏蔽材料。例如硼钢、碳化硼和硼硅玻璃等形式的控制材料，可以以棒材、板材或水溶液的形式，广泛应用于各种反应堆的控制系统中。它们还常被用于制作中子计数器。^[1]

硼是一种重要的冶金添加剂，广泛应用于冶金工业中。它可以作为除气剂，有效改善金属材料的晶粒结构。例如，加入适量的硼可以制备出低合金结构钢、弹簧钢等产品。同时，与铁、铝、镍等金属形成合金，如硼铁、硼铝、硼镍，这些合金也广泛应用于生产低合金高强度钢、耐热钢和不锈钢等各种钢材。总之，作为冶金添加剂，硼可以提升钢材的性能，同时也是钢铁企业生产的重要原料之一。^[1]

含硼元素可以有效提高铸铁的韧性和耐磨性，硼可以与铁形成固溶体，使铁基材料结构更紧密，从而增强其机械性能。含硼铸铁因此广泛应用于需要高强度、耐磨特性的产品制造领域，例如汽车关键部件、拖拉机各种传动机构以及机床主轴等。通过添加适量的硼元素，可以在保证铸件形状的同时，提高其在复杂工作条件下的使用寿命。^[1]

硼化合物在不同行业有广泛应用。它可以作为防腐剂、消毒剂、皮革后处理剂等。硼化合物还广泛用于制造防火材料、肥皂、染料和颜料等领域。^[1]

硼盐在多个行业都有广泛应用。它可以被用于制作灭火剂，以帮助控制和扑灭火灾。硼盐也是皮革鞣róu制精制的重要原料。此外，许多化妆品和摄影材料中的成分都含有硼盐。在冶金和火箭燃料领域，硼盐可以提供高能量。在核反应堆中，元素硼能够很好地吸收中子，起到调节核反应的作用。而硼酸盐则可能具有一定的毒性，需要适当处理。^[26]

硼作为一种微量元素，根据研究显示，它对动物的生长发育可能具有潜在的促进作用。适宜的硼摄入量对于提高动物的平均日增重有着积极影响，并且对动物整个生命周期的发育过程可能扮演着不可或缺的角色。此外，硼在动物胚胎的健康发育中也可能起着关键作用。它不仅能够促进骨骼形成速率，减少骨骼的再吸收，从而增加骨骼的强度与韧性，还能与维生素D相互作用，可能进一步提高骨骼中的矿物质含量，改善动物的骨骼健康状况。^[15]

硼可能是一种对人体至关重要的微量元素，其多样的生物学功能对维持健康状态发挥着重要作用。一些研究揭示，硼能够与核糖等生物分子结合，影响细胞内的关键生化途径。它在合成S-腺苷甲硫氨酸（SAM）等过程中可能起到调控作用，进而影响DNA和RNA的甲基化。硼还与细胞膜成分相互作用，维持膜的结构与功能，并参与调节细胞内环境的稳态和信号传导。临床研究表明，适量摄入硼可减轻关节炎症状、促进骨骼健康、改善认知功能，并增强免疫力。特别是对于维生素水平不足的人群，硼的补充显得尤为重要。此外，硼还能增强雌激素的效果，对绝经后妇女的骨健康具有积极影响。^[27][28]

硼在微量矿物质、能量及氮的代谢过程中起着调节作用，同时影响着氧化反应。研究指出，硼可能对大脑功能和精神行为具有积极作用，并参与调控雌激素的吸收。对于提高睾丸甾酮tóng水平和肌肉力量，尤其是对运动员而言，硼的适量摄入显得尤为重要。此外，硼还可能有助于提升脑功能和反应能力。虽然多数人通过饮食能够摄入足够的硼，但老年人应特别关注其硼的摄入量。硼还在胰岛素的合成、分泌、储存和活性以及能量底物代谢中扮演关键角色，而胰岛素的不足会影响微量元素在体内的平衡。因此，确保适宜的硼摄入对于维持生理健康具有重要意义。^[29][30][31]

硼是一种重要的植物营养元素，为植物生长所需，它参与了植物细胞壁和膜的形成，增强了植物细胞的稳定性和抗病能力。此外，硼还可以诱导植物产生系统获得性抗性，增强植物抗病能力。它还可以促使植物细胞产生适量的酚类和过氧化物，从而抑制病原菌的生长，并扭曲其菌丝的结构和形态。缺少硼，会造成植物叶片畸形，发黄，幼果发黑。而枝条和根的分生组织死亡，由此使植物矮化，发育畸变造成果树内木栓组织的异常沉积。代谢的紊乱导致肉质器官内的细胞瓦解，由此产生诸如甜菜和芫菁的“心腐病”或“水心病”。^[16][17][18]

硼及其无机化合物、硼有机化合物的毒性不同。^[8]

硼酸及其衍生物，如硼酸酐和硼砂，可通过呼吸道、消化道和受损皮肤进入人体，而完整皮肤的吸收能力极为有限。这些物质一旦被吸收，可在脑脊液、脑、肝及脂肪组织中积聚，尤其在骨组织中蓄积更为显著。硼酸类物质的中毒机制复杂，影响神经系统、酶活性和代谢过程，并可能与过敏反应相关。过量使用或误服可能导致急性中毒，而在医疗中，即便是作为外用药物，也存在过量吸收的风险。据研究，硼酸的成人内服致死量约为15至20克，婴儿为5至6克。因此，在工业生产和医疗应用中，对硼酸及其衍生物的使用需严格控制，以防止中毒事件的发生。^[8]

硼酸酐（B2O3）、硼酸（H3BO3）和硼砂的毒性基本相同，均属低毒类。经口LD50，硼酸为2.66g/kg（大鼠）；硼酸酐为3.16g/kg（小鼠）；硼砂为2g/kg（大鼠）。工业生产中，除了可能引起皮肤、黏膜刺激外，一般不发生中毒。误服可引起急性中毒。医疗中作为外用药，可因过量吸收而中毒；据推算人的内服致死量，成年人为15-20g，婴儿为5-6g。^[8]

硼的有机化合物，其毒性远超过无机硼化合物，对人体健康构成严重威胁。硼烷及其衍生物的应用广泛，但其剧毒性和易燃性不容忽视。这类化合物在接触空气或氧气时，极易引发自燃或爆炸，而其与水的反应则会释放出氢气，增加了使用过程中的风险。尤其是在工业和国防领域，尽管硼烷的高能燃料特性和在表面处理，硫化及有机合成等方面的用途不可或缺，但其潜在的毒性和危险性要求严格的安全措施和处理规程。特别是二硼烷和五硼烷，它们具有极高的毒性和对中枢神经系统的损害作用，因此在使用时必须采取高度的警惕和防护。^[8]

二硼烷为无色气体，具有难闻的臭味，吸入二硼烷后会直接损害呼吸道和肺部，导致呼吸困难。其毒性机制类似光气，还可能出现中枢神经系统症状。从兴奋阶段进入抑制阶段，并会出现低血压、心动速度减慢、心室颤动等全身反应。^[8]

硼，作为一种至关重要的工业原料，其主要提取自天然产出的斜方硼砂及人工合成的硼砂矿。这种元素在自然界中分布广泛，尤其是在火山活动频繁的区域、盐湖、沙漠土壤以及地壳（占比约0.001%）中。火星上也检测到了硼的存在。此外，硼还以低浓度的形式出现在天然矿泉水中，以及蜂蜜、葡萄干、葡萄酒、梅干、杏仁、花生、枣子、黄豆等植物性食品中。^{[8][9][10][6][11][12][13]}

在现代工业中，单质硼的制备是一项关键的化学工艺。可以通过还原硼的不同化合物，如使用金属钾还原硼酸、利用金属镁粉或铝粉在加热条件下还原硼的氧化物、采用氢气还原硼的卤化物、以碳作为还原剂在高温下还原硼砂，以及通过电解熔融的硼酸盐或其他含硼化合物，来获得初级形态的硼。此外，热分解硼的氢化合物也是制备单质硼的有效途径。为了获得高纯度的硼产品，上述方法得到的初级硼产品需进行真空除气或控制卤化处理以去除杂质，以确保最终产品的纯净度和质量。^[6]例如硼与硅反应：

^[12]

硼原子的外电子层构型为[He] 2s22p1，因此硼只有＋3价，它是最外层少于4个电子的仅有的非金属元素，^[1][32]晶态硼主要包括α-菱形硼、β-菱形硼、四方相硼(T-192)和正交相γ-B28等四种结构。^[14]

在环境与职业健康标准的制定中，不同国家有着各自的规定以确保公众及工作人员的安全。美国环境保护署针对饮用水中硼的含量制定了严格的标准，规定其最大浓度不得超过0.29毫克/立方米。而在中国，根据职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》（GBZ2.1-2007），对于癸硼烷这一化学物质，规定了时间加权平均容许浓度为0.25毫克/立方米，并且短时间接触的容许浓度上限为0.75毫克/立方米。此外，三氟化硼的最高容许浓度则被设定为3毫克/立方米。^[8]