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由于硼特殊的电子构型(1S22S22p1),硼与氧原子键合形成硼平面三角形或者硼四面体,它们之间相互连接形成复杂的络阴离子,络阴离子间相互聚合又产生群环状、链状、层状和格架状等结构类型的多种硼酸盐矿物。
前人主要使用X射线衍射和振动光谱方法来研究硼酸盐矿物,极少使用核磁共振波谱法。Kroeker和Stebbins(2001)对无水和合成硼酸盐的研究表明,硼三角形基团键价和与11B化学位移之间存在负相关关系。在此基础上,本文采用高分辨固体11B核磁共振实验研究含水、羟基、氢键的硼酸盐矿物,重点调查硼三角形基团的硼氧间平均键长、桥氧个数、键价和与化学位移之间的相关关系。实验磁场强度为21T和14T时,得到了较高分辨率的谱图;为了便于对比,按照矿物所含的碱金属、碱土金属阳离子划分了Mg系列、Ca系列、Na系列,运用键价理论计算了硼酸盐矿物中硼三角形基团键价和。主要结论如下:
1.高分辨固体11B核磁共振谱图中,硼的三角形基团化学位移在17.0-20.0ppm之间,Cq和η值大小主要受硼原子的配位状态影响。
2.氢键的键价计算存在误差,这是由于计算氢键键价时使用的是X射线衍射方法,该方法在氢原子位置判断上存在局限性。
3.硼三角形基团中桥氧个数对化学位移(各向同性)影响巨大,桥氧个数与化学位移间存在正相关关系;硼三角形基团中硼氧间平均键长、键价和与化学位移之间也存在着明显的相关关系,但是相关关系图中也存在了一些异常点,尚需作进一步的分析。