Bor | ||||
---|---|---|---|---|
← Berillium | Szén → | ||||
| ||||
Egy egyszerű anyag megjelenése | ||||
Elemi bór (allotróp formák keveréke) | ||||
Az atom tulajdonságai | ||||
Név, szimbólum, szám | Borum (B), 5 | |||
Csoport , időszak , blokk |
13 (elavult 3), 2, p-elem |
|||
Atomtömeg ( moláris tömeg ) |
[10 806; 10.821] [comm 1] [1] a. e.m. ( g / mol ) | |||
Elektronikus konfiguráció |
[Ő] 2s 2 2p 1 1s 2 2s 2 2p 1 |
|||
Atom sugara | este 98 óra | |||
Kémiai tulajdonságok | ||||
kovalens sugár | este 82 óra | |||
Ion sugara | 23 (+3e) délután | |||
Elektronegativitás | 2,04 (Pauling skála) | |||
Oxidációs állapotok | -3, 0, +3 | |||
Ionizációs energia (első elektron) |
800,2 (8,29) kJ / mol ( eV ) | |||
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai | ||||
Sűrűség ( n.a. ) | 2,34 g/cm³ | |||
Olvadási hőmérséklet | 2348 K [2] [3] (2075 °C) | |||
Forráshőmérséklet | 4 138 K [2] (3865 °C) | |||
Oud. fúzió hője | 23,60 kJ/mol | |||
Oud. párolgási hő | 504,5 kJ/mol | |||
Moláris hőkapacitás | 11.09 [4] J/(K mol) | |||
Moláris térfogat | 4,6 cm³ / mol | |||
Egy egyszerű anyag kristályrácsa | ||||
Rácsszerkezet | Romboéder | |||
Rács paraméterei | a = 10,17; α=65,18 Å | |||
c / arány _ | 0,576 | |||
Debye hőmérséklet | 1250 (976,85 °C; 1790,33 °F) K | |||
Egyéb jellemzők | ||||
Hővezető | (300 K) 27,4 W/(m K) | |||
CAS szám | 7440-42-8 |
5 | Bor |
B10.81 | |
2s 2 2p 1 |
A bór ( vegyjele - B , lat. Borum ) a D. I. kémiai elemei periodikus rendszerének második periódusának 13. csoportjának kémiai eleme (az elavult besorolás szerint - a harmadik csoport fő alcsoportja, IIIA) . Mengyelejev 5 - ös rendszámmal .
A bór egyszerű anyag színtelen, szürke vagy vörös kristályos vagy sötét amorf félfém . A bórnak több mint 10 allotróp módosulata ismert, amelyek kialakulását és kölcsönös átmeneteit a bór kinyerésének hőmérséklete határozza meg [4] .
Először 1808 -ban J. Gay-Lussac és L. Tenard francia kémikusok szerezték meg B 2 O 3 bórsavanhidrid káliumfémmel való hevítésével . Néhány hónappal később Humphrey Davy bórt nyert az olvadt B 2 O 3 elektrolízisével .
Az elem neve az arab burak ( arabul بورق ) vagy a perzsa burakh ( perzsa بوره ) [5] szóból származik , amelyeket a bura [6] jelölésére használtak .
A földkéreg átlagos bórtartalma 4 g/t . Ennek ellenére mintegy 100 natív bór ásvány ismeretes; más ásványokban szinte soha nem fordul elő szennyeződésként. Ez mindenekelőtt azzal magyarázható, hogy a bór komplex anionjai (nevezetesen ebben a formában a legtöbb ásványban megtalálható) nem rendelkeznek kellően gyakori analógokkal. Szinte minden ásványi anyagban a bór oxigénnel társul , és a fluortartalmú vegyületek csoportja nagyon kicsi. Az elemi bór a természetben nem található. Számos vegyületben megtalálható és széles körben elterjedt, különösen kis koncentrációban; boroszilikátok és borátok formájában, valamint ásványi anyagok izomorf szennyeződései formájában számos magmás és üledékes kőzet része. A bór ismert olaj- és tengervizekben ( 4,6 mg/l a tengervízben [7] ), sós tavak, melegforrások és iszapvulkánok vizében.
A világ bizonyított bórkészlete körülbelül 1,3 millió tonna [8] .
A bór fő ásványi formái:
Többféle bórlerakódás is létezik :
A világ fő borátkészletei Törökországban és az Egyesült Államokban találhatók , és Törökország több mint 70%-át teszi ki. A bórtartalmú termékek legnagyobb gyártója a világon a török Eti Mine Works [9] [10] .
Oroszország legnagyobb borátlelőhelye Dalnegorszkban (Primorye) található. Fejlesztését a Bor Mining and Chemical Company végzi , amely a világon a harmadik helyen áll a bórtartalmú termékek gyártásában, az Eti Mine Works és a Rio Tinto Group mögött [9] .
A bór a szénhez hasonló abban a képességében, hogy stabil, kovalens kötésű molekulahálózatokat hoz létre. Még a rendezetlen ( amorf ) bór is tartalmaz kristályos bór ikozaéderes B 12 motívumait , amelyek anélkül kötődnek egymáshoz, hogy hosszú távú rendet alkotnának [11] [12] . A kristályos bór nagyon kemény fekete anyag, amelynek olvadáspontja 2000 °C felett van. Négy fő polimorfot alkot : α-romboéder és β-romboéder (α-R és β-R), γ és β-tetragonális (β-T); van egy α-tetragonális fázis is (α-T), de azt nagyon nehéz tiszta formában beszerezni. A legtöbb fázis B 12 ikozaéder motívumokon alapul, de a γ-fázis NaCl típusú fázisként írható le, ikozaéderek és B 2 atompárok váltakozó elrendezésével [13] . a γ-fázis más bórfázisok 12-20 GPa-ra való összenyomásával és 1500-1800 °C-ra való melegítésével nyerhető; a hőmérséklet és a nyomás csökkentése után stabil marad. A T fázis hasonló nyomáson, de magasabb hőmérsékleten (1800-2200°C) képződik. Ami az α és β fázisokat illeti, környezeti körülmények között együtt létezhetnek , a β fázis pedig stabilabb [13] [14] [15] . A bór 160 GPa feletti összenyomásakor egy ismeretlen szerkezetű bórfázis képződik, amely 6-12 K hőmérsékleten szupravezető [16] .
Fázis | α-R | β-R | γ | β-T |
---|---|---|---|---|
Szimmetria | romboéder | romboéder | ortorombikus | négyszögű |
Az atomok száma egy cellában [13] | 12 | ~105 | 28 | |
Sűrűség (g/cm3 ) [ 17] [18] [19] [20] | 2.46 | 2.35 | 2.52 | 2.36 |
Vickers keménység (GPa) [21] [22] | 42 | 45 | 50-58 | |
Young-modulus (GPa) [22] [23] | 185 | 224 | 227 | |
Sávköz (eV) [22] [24] | 2 | 1.6 | 2.1 |
Bór fázisdiagram (α és β - romboéder fázisok; T - β-tetragonális fázis) [13] . A fázisdiagram más változatai is ismertek [25] [26] .
A bór α-R szerkezete
A bór β-R szerkezete
A γ bór szerkezete
Boroszferéneket ( fullerénszerű molekulák B 40 )) [27] és boroféneket ( grafénszerű szerkezetek) [28] [29] fedeztek fel és írtak le kísérletileg .
Borospheren B 40
A borofének kristályszerkezete: (a) β 12 borofén (más néven γ fázisú lemez vagy υ 1/6 lap ), (b) χ 3 borofén (más néven υ 1/5 lap ), (b) egyedi borofén lemez
B 36 klaszter , amely minimum borofénnek tekinthető; elöl- és oldalnézet
Rendkívül kemény (második a gyémánt , bór-nitrid (borazon) , bór-karbid , bór-szén-szilícium ötvözet, szkandium-titán-karbid) és törékeny anyag. Széles résű félvezető , diamágnes , rossz hővezető.
A bórnak van a legnagyobb szakítószilárdsága, 5,7 GPa.
Kristályos formában szürkésfekete színű (a nagyon tiszta bór színtelen).
A természetben a bór két izotóp, 10 B (19,8%) és 11 B (80,2%) formájában fordul elő [30] [31] .
A 10 V-nak nagyon nagy termikus neutronbefogási keresztmetszete van, ami 3837 barnnak felel meg (a legtöbb nuklid esetében ez a keresztmetszet közel van a barn egységeihez vagy töredékeihez), és amikor egy neutront befognak, két nem radioaktív atommag képződik ( alfa-részecske és lítium-7), amelyek nagyon gyorsan lelassulnak a közegben, és nincs áthatoló sugárzás ( gamma-kvantum ), ellentétben a más nuklidok hasonló neutronbefogási reakcióival:
Ezért a bórsav és más kémiai vegyületek összetételében 10 V-ot használnak az atomreaktorokban a reakcióképesség szabályozására , valamint a termikus neutronok elleni biológiai védelemre. Ezenkívül a bórt a rák neutronbefogási terápiájában használják.
A két stabil mellett még 12 radioaktív bór izotóp ismeretes, amelyek közül a leghosszabb élettartamú 8 V, felezési ideje 0,77 s.
Az összes bór izotóp a csillagközi gázban keletkezett a nehéz atommagok kozmikus sugarak általi felhasadásakor vagy szupernóva- robbanások során .
A bór félfém számos fizikai és kémiai tulajdonságában hasonlít a szilíciumra .
1) Kémiai tehetetlensége miatt a bór (szobahőmérsékleten) csak a fluorral lép kölcsönhatásba :
2) Más halogénekkel való kölcsönhatás (hevítéskor) trihalogenidek képződéséhez vezet, nitrogénnel - bór-nitriddel (BN), foszforral - bór-foszfiddal (BP), szénnel - különböző összetételű karbidokkal (B 4 C, B 12 C ). 3 , B 13C2 ) _ Oxigén atmoszférában vagy levegőben hevítve a bór nagy hőleadás mellett ég el, és bór-oxidot (B 2 O 3 ) képez :
3) A bór nem lép kölcsönhatásba közvetlenül a hidrogénnel, azonban meglehetősen sok különböző összetételű bórhidrid (borán) ismert, amelyeket alkáli- vagy alkáliföldfém -boridok savval történő kezelésével nyernek:
4) A bór erősen melegítve redukáló tulajdonságokat mutat . Például a szilícium vagy a foszfor redukciója az oxidjaikból a bórral való kölcsönhatás során:
A bórnak ezt a tulajdonságát a bór-oxid- B 2 O 3 kémiai kötéseinek nagyon erős erőssége magyarázza .
5) Ellenáll a lúgos oldatok hatásának (oxidálószerek hiányában). Kálium- hidroxid és kálium-nitrát olvadt keverékében oldódik :
6) Forró salétromsavban , kénsavban és vízben oldódik, bórsavat képezve (H 3 BO 3 ):
7) A bór-oxid (tipikus savas oxid ) kölcsönhatása vízzel bórsavat képezve :
8) Amikor a bórsav kölcsönhatásba lép lúgokkal, nem magának a bórsavnak a sói jelennek meg - borátok (amelyek BO 3 3 - aniont tartalmaznak ), hanem tetraborátok (amelyek B 4 O 7 2 - aniont tartalmaznak ), például:
2014-ben német kutatók berillium bisz(diazaborolilt) kaptak, amelyben a berillium és a bór atomok kétközpontú, kételektronos kötést (2c-2e) alkotnak, amelyet először kaptak meg, és amely nem jellemző a periódusos rendszer szomszédos elemeire [ 32] [33] .
1) Bórhidridek pirolízise :
Ily módon a legtisztább bór keletkezik , amelyet a továbbiakban félvezető anyagok előállítására és finomkémiai szintézisre használnak fel.
2) Metallotermia módszere (gyakrabban a redukció magnéziummal vagy nátriummal történik ):
3) Bór-bromid gőzének hőbontása forró (1000-1200 °C) volfrámhuzalon hidrogén jelenlétében (Van Arkel módszer):
A bór (szálak formájában) számos kompozit anyag erősítőjeként szolgál .
Ezenkívül a bórt gyakran használják az elektronikában akceptor adalékként a szilícium vezetőképességének megváltoztatására .
A bórt a kohászatban mikroötvöző elemként használják , ami jelentősen növeli az acélok edzhetőségét .
A bórt a gyógyászatban is használják bórneutron befogási terápiára (a rosszindulatú daganatsejtek szelektív károsodásának módszere) [34] .
Termisztorok gyártásához használják.
A bór-karbidot kompakt formában használják gázdinamikus csapágyak gyártásához .
A [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ] 2 − ) [B 4 O 12 H 8 ] − iont tartalmazó perborátok / peroxoborátok oxidálószerként használatosak. A műszaki termék legfeljebb 10,4% "aktív oxigént" tartalmaz, ezek alapján olyan fehérítőket állítanak elő , amelyek nem tartalmaznak klórt (" Persil ", " Persol " stb.).
Külön is érdemes kiemelni, hogy a bór-szén-szilícium ötvözetek rendkívül nagy keménységűek , és bármilyen csiszolóanyagot helyettesíthetnek (kivéve a gyémántot , a bór-nitridet mikrokeménység tekintetében), valamint költség és csiszolási hatékonyság (gazdaságosság) szempontjából felülmúlja az emberiség által ismert összes csiszolóanyagot .
Egy bór és magnézium ötvözet (magnézium - diborid MgB 2 ) jelenleg[ milyen ponton? ] , rekordmagas kritikus hőmérséklet a szupravezető állapotba való átmenethez az I. típusú szupravezetők között [35] . A fenti cikk megjelenése az e témával foglalkozó munkák jelentős növekedését ösztönözte [36] .
A bórsavat (B(OH) 3 ) széles körben használják az atomenergia-iparban neutronelnyelőként a VVER (PWR) típusú atomreaktorokban „termikus” („lassú”) neutronokon. A bórsav használata neutronikus tulajdonságainak és vízben való oldódási képességének köszönhetően lehetővé teszi az atomreaktor teljesítményének zökkenőmentes (nem fokozatos) szabályozását a hűtőközeg koncentrációjának változtatásával - az úgynevezett " bórszabályozás " .
A bórsavat az orvostudományban és az állatgyógyászatban is használják.
A szénnel aktivált bór-nitrid egy foszfor , amely ultraibolya fényben kékről sárgára világít . Sötétben független foszforeszcenciával rendelkezik, és 1000 °C-ra melegítve szerves anyagok aktiválják. A foszforok BN/C bór-nitridből történő előállításának nincs ipari alkalmazása, de a 20. század első felében amatőr vegyészek széles körben alkalmazták.
A boroszilikát üveg a szokásos összetételű üveg, amelyben az alapanyag lúgos komponenseit bór-oxiddal (B 2 O 3 ) helyettesítik.
A bór-fluorid BF 3 normál körülmények között gáz halmazállapotú anyag, katalizátorként használják a szerves szintézisben , valamint munkafolyadékként használják gázzal töltött termikus neutrondetektorokban , mivel a bór-10 befogja a neutronokat lítium képződésével. -7 és hélium-4 atommagok, amelyek ionizálják a gázt (lásd a reakciót fent ).
Számos bórszármazék ( bórhidrogén ) hatékony rakéta-üzemanyag ( diborán B 2 H 6 , pentaborán , tetraborán stb.), és a bór hidrogénnel és szénnel alkotott néhány polimer vegyülete ellenáll a vegyi hatásoknak és a magas hőmérsékletnek (mint például a ismert műanyag Carboran -22) .
A bór-nitrid (borazon) hasonló (elektronösszetételét tekintve) a szénhez. Ennek alapján kiterjedt vegyületcsoport képződik, amely némileg hasonlít a szerves vegyületekhez.
Tehát a borazon-hexahidrid (H 3 BNH 3 , szerkezetében hasonló az etánhoz ) normál körülmények között, szilárd vegyület, amelynek sűrűsége 0,78 g / cm 3 , csaknem 20 tömeg% hidrogént tartalmaz. Használhatják az elektromos járműveket meghajtó hidrogén üzemanyagcellák [ 37 ] .
3 2 0 |
A bór a növények normális működéséhez szükséges fontos nyomelem. A bór hiánya leállítja fejlődésüket, különféle betegségeket okoz a kultúrnövényekben. Ennek alapja a szövetekben zajló oxidatív és energiafolyamatok megsértése, a szükséges anyagok bioszintézisének csökkenése. Ha a mezőgazdaságban hiányzik a bór a talajban, bór mikrotápanyag-műtrágyákat ( bórsavat , bóraxot és másokat) használnak a hozam növelésére, a termékminőség javítására és számos növényi betegség megelőzésére.
A bór szerepe az állati szervezetben nem tisztázott. Az emberi izomszövet (0,33-1)⋅10-4 % bórt , a csontszövet (1,1-3,3)⋅10-4 % , a vér - 0,13 mg/l . Minden nap étellel egy személy 1-3 mg bórt kap. . Mérgező dózis - 4 g . LD₅₀ ≈ 6 g/testtömeg -kg [38] .
A szaruhártya-dystrophia ritka típusainak egyike egy olyan transzporter fehérjét kódoló génhez kapcsolódik, amely feltehetően szabályozza a bór intracelluláris koncentrációját [39] .
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|