Bor | ||||
---|---|---|---|---|
← Beriliu | Carbon → | ||||
| ||||
Aspectul unei substanțe simple | ||||
Bor elementar (amestec de forme alotrope) | ||||
Proprietățile atomului | ||||
Nume, simbol, număr | Borum (B), 5 | |||
Grup , punct , bloc |
13 (învechit 3), 2, p-element |
|||
Masa atomica ( masa molara ) |
[10.806; 10.821] [com 1] [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Configuratie electronica |
[El] 2s 2 2p 1 1s 2 2s 2 2p 1 |
|||
Raza atomului | 98 seara | |||
Proprietăți chimice | ||||
raza covalentă | ora 82 seara | |||
Raza ionică | 23 (+3e) pm | |||
Electronegativitatea | 2.04 (scara Pauling) | |||
Stări de oxidare | -3, 0, +3 | |||
Energia de ionizare (primul electron) |
800,2(8,29) kJ / mol ( eV ) | |||
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple | ||||
Densitate (la n.a. ) | 2,34 g/cm³ | |||
Temperatură de topire | 2348 K [2] [3] (2075 °C) | |||
Temperatura de fierbere | 4 138 K [2] (3865 °C) | |||
Oud. căldură de fuziune | 23,60 kJ/mol | |||
Oud. căldură de evaporare | 504,5 kJ/mol | |||
Capacitate de căldură molară | 11,09 [4] J/(K mol) | |||
Volumul molar | 4,6 cm³ / mol | |||
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple | ||||
Structura de zăbrele | Romboedric | |||
Parametrii rețelei | a = 10,17; a=65,18 Å | |||
raport c / a | 0,576 | |||
Debye temperatura | 1250 (976,85°C; 1790,33°F) K | |||
Alte caracteristici | ||||
Conductivitate termică | (300 K) 27,4 W/(m K) | |||
numar CAS | 7440-42-8 |
5 | Bor |
B10.81 | |
2s 2 2p 1 |
Borul ( simbol chimic - B , din lat. Borum ) este un element chimic din grupa a 13-a (conform clasificării învechite - subgrupul principal al celui de-al treilea grup, IIIA) din a doua perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 5.
Substanța simplă bor este un semimetal incolor, gri sau roșu, cristalin sau amorf închis . Sunt cunoscute peste 10 modificări alotropice ale borului, a căror formare și tranziții reciproce sunt determinate de temperatura la care a fost obținut borul [4] .
A fost obținut pentru prima dată în 1808 de chimiștii francezi J. Gay-Lussac și L. Tenard prin încălzirea anhidridei borice B 2 O 3 cu potasiu metalic. Câteva luni mai târziu, Humphrey Davy a obținut bor prin electroliza B 2 O 3 topit .
Numele elementului provine de la cuvântul arab burak ( arabă بورق ) sau persană burakh ( persană بوره ) [5] , care au fost folosite pentru a desemna burah [6] .
Conținutul mediu de bor din scoarța terestră este de 4 g/t . În ciuda acestui fapt, se cunosc aproximativ 100 de minerale native de bor; aproape niciodată nu apare ca impuritate în alte minerale. Acest lucru se explică, în primul rând, prin faptul că anionii complecși de bor (și anume, sub această formă este inclus în majoritatea mineralelor) nu au analogi suficient de comuni. În aproape toate mineralele, borul este asociat cu oxigenul , iar grupul de compuși care conțin fluor este foarte mic. Borul elementar nu se găsește în natură. Este inclus în mulți compuși și este larg distribuit, mai ales în concentrații mici; sub formă de borosilicați și borati, precum și sub formă de impurități izomorfe din minerale, face parte din multe roci magmatice și sedimentare. Borul este cunoscut în petrol și apele de mare ( 4,6 mg/l în apa de mare [7] ), în apele lacurilor sărate, izvoarelor termale și vulcanilor noroiosi.
Rezervele dovedite de bor ale lumii sunt de aproximativ 1,3 milioane de tone [8] .
Principalele forme minerale ale borului:
Există, de asemenea, mai multe tipuri de zăcăminte de bor :
Principalele rezerve de borați din lume sunt în Turcia și Statele Unite , Turcia reprezentând mai mult de 70%. Cel mai mare producător de produse care conțin bor din lume este compania turcă Eti Mine Works [9] [10] .
Cel mai mare depozit de borați din Rusia este situat în Dalnegorsk (Primorye). Dezvoltarea sa este realizată de Compania Mineră și Chimică Bor , care ocupă locul trei în lume în producția de produse care conțin bor, pe locul doi după Eti Mine Works și Rio Tinto Group [9] .
Borul este similar carbonului prin capacitatea sa de a forma rețele moleculare stabile, legate covalent . Chiar și borul dezordonat ( amorf ) conține motive icosaedrice B 12 de bor cristalin, care sunt legate între ele fără a forma un ordin de lungă durată [11] [12] . Borul cristalin este un material negru foarte dur, cu un punct de topire peste 2000 °C. Formează patru polimorfe principale : α-romboedric și β-romboedric (α-R și β-R), γ și β-tetragonal (β-T); există și o fază α-tetragonală (α-T), dar este foarte greu de obținut în forma sa pură. Majoritatea fazelor se bazează pe motive icosaedrice B 12 , dar faza y poate fi descrisă ca o fază de tip NaCl cu aranjament alternativ de icosaedri și perechi atomice B 2 [13] . faza γ poate fi obținută prin comprimarea altor faze de bor la 12–20 GPa și încălzire la 1500–1800°C; rămâne stabil după scăderea temperaturii și presiunii. Faza T se formează la presiuni similare, dar la temperaturi mai ridicate (1800–2200°C). În ceea ce privește fazele α și β, acestea pot coexista în condiții ambientale , faza β fiind mai stabilă [13] [14] [15] . Când borul este comprimat peste 160 GPa, se formează o fază de bor cu o structură necunoscută, care este supraconductivă la o temperatură de 6-12 K [16] .
Fază | α-R | β-R | γ | β-T |
---|---|---|---|---|
Simetrie | romboedric | romboedric | ortorombic | tetragonală |
Numărul de atomi dintr-o celulă unitară [13] | 12 | ~105 | 28 | |
Densitate (g/cm3 ) [ 17] [18] [19] [20] | 2.46 | 2.35 | 2,52 | 2.36 |
Duritate Vickers (GPa) [21] [22] | 42 | 45 | 50-58 | |
Modulul Young (GPa) [22] [23] | 185 | 224 | 227 | |
Banda interzisă (eV) [22] [24] | 2 | 1.6 | 2.1 |
Diagrama de fază a borului (α și β - faze romboedrice; T - faza β-tetragonală) [13] . Sunt cunoscute și alte versiuni ale diagramei de fază [25] [26] .
Structura α-R a borului
Structura β-R a borului
Structura borului γ
Borosferenele ( molecule asemănătoare fullerenei B 40 )) [27] și borofenele ( structuri asemănătoare grafenului ) [28] [29] au fost descoperite și descrise experimental .
Borosfera B 40
Structura cristalină a borofenului: (a) β 12 borofen (cunoscut și ca foaie de fază γ sau υ 1/6 foaie ), (b) χ 3 borofen (cunoscut și ca υ 1/5 foaie ), (b) foaie individuală de borofen
Cluster B 36 , care poate fi considerat ca fiind borofenul minim; vedere frontală și laterală
Extrem de dur (al doilea numai după diamant , nitrură de bor (borazon) , carbură de bor, aliaj de bor-carbon-siliciu, carbură de scandiu-titan) și substanță fragilă. Semiconductor cu decalaj larg , diamagnet , slab conductor de căldură.
Borul are cea mai mare rezistență la tracțiune de 5,7 GPa.
În formă cristalină, are o culoare gri-negru (borul foarte pur este incolor).
În natură, borul apare sub forma a doi izotopi 10 B (19,8%) și 11 B (80,2%) [30] [31] .
10 V are o secțiune transversală de captare a neutronilor termici foarte mare , egală cu 3837 barn (pentru majoritatea nuclizilor, această secțiune transversală este apropiată de unitățile sau fracțiunile unui hambar), iar atunci când un neutron este capturat, se formează două nuclee neradioactive ( o particulă alfa și litiu-7), care sunt încetinite foarte repede în mediu și nu există radiații penetrante ( quanta gamma ), spre deosebire de reacții similare de captare a neutronilor de către alți nuclezi:
Prin urmare, 10 V în compoziția acidului boric și a altor compuși chimici este utilizat în reactoarele nucleare pentru a controla reactivitatea , precum și pentru protecția biologică împotriva neutronilor termici. În plus, borul este utilizat în terapia de captare a neutronilor pentru cancer.
Pe lângă cei doi stabili, se cunosc încă 12 izotopi radioactivi ai borului, dintre care cel mai longeviv este de 8 V cu un timp de înjumătățire de 0,77 s.
Toți izotopii de bor au apărut în gazul interstelar ca urmare a divizării nucleelor grele de către razele cosmice sau în timpul exploziilor supernovei .
În multe proprietăți fizice și chimice, semimetalul de bor seamănă cu siliciul .
1) Datorită inerției sale chimice, borul (la temperatura camerei) interacționează numai cu fluorul :
2) Interacțiunea cu alți halogeni (la încălzire) duce la formarea trihalogenurilor, cu azot - nitrură de bor (BN), cu fosfor - fosfură de bor (BP), cu carbon - carburi de diferite compoziții (B 4 C, B 12 C ). 3 , B 13C2 ) . _ Când este încălzit într-o atmosferă de oxigen sau în aer, borul arde cu o degajare mare de căldură pentru a forma oxid de bor (B 2 O 3 ) :
3) Borul nu interacționează direct cu hidrogenul, totuși, se cunoaște un număr destul de mare de borohidruri (borani) de diferite compoziții, obținute prin tratarea cu acid borurilor de metale alcaline sau alcalino -pământoase:
4) Borul, când este încălzit puternic, prezintă proprietăți reducătoare . De exemplu, reducerea siliciului sau a fosforului din oxizii lor atunci când interacționează cu borul:
Această proprietate a borului se explică prin rezistența foarte mare a legăturilor chimice din oxidul de bor - B 2 O 3 .
5) Rezistent la acțiunea soluțiilor alcaline (în absența agenților oxidanți). Se dizolvă într-un amestec topit de hidroxid de potasiu și azotat de potasiu :
6) Se dizolvă în acid azotic , sulfuric fierbinte și în acva regia pentru a forma acid boric ( H3BO3 ) :
7) Interacțiunile oxidului de bor (oxid acid tipic) cu apa pentru a forma acid boric :
8) Când acidul boric interacționează cu alcalii, apar săruri nu ale acidului boric în sine - borați (conținând anionul BO 3 3− ), ci tetraborați (conținând anionul B 4 O 7 2− ), de exemplu:
În 2014, cercetătorii din Germania au obținut bis(diazaborolil de beriliu), în care atomii de beriliu și bor formează o legătură cu doi electroni în două centre (2c-2e), care a fost obținută pentru prima dată și nu este tipică pentru elementele învecinate din Tabelul Periodic . 32] [33] .
1) Piroliza borohidrurilor :
În acest fel, se formează cel mai pur bor , care este folosit în continuare pentru producerea de materiale semiconductoare și sinteza chimică fină.
2) Metoda metalotermiei (mai des, reducerea are loc cu magneziu sau sodiu ):
3) Descompunerea termică a vaporilor de bromură de bor pe un fir de tungsten fierbinte (1000-1200 ° C) în prezența hidrogenului (metoda Van Arkel):
Borul (sub formă de fibre) servește ca agent de întărire pentru multe materiale compozite .
De asemenea, borul este adesea folosit în electronică ca aditiv acceptor pentru a schimba tipul de conductivitate a siliciului .
Borul este folosit în metalurgie ca element de microaliere , ceea ce mărește semnificativ călibilitatea oțelurilor .
Borul este, de asemenea, utilizat în medicină pentru terapia de captare a neutronilor cu bor (o metodă de afectare selectivă a celulelor tumorale maligne) [34] .
Folosit la producerea de termistori.
Carbura de bor este utilizată într-o formă compactă pentru fabricarea rulmenților gazodinamici .
Ca agenţi oxidanţi se folosesc perboraţii/ peroxoboraţii (care conţin ionul [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ] 2 − ) [B 4 O 12 H 8 ] − ). Produsul tehnic conține până la 10,4% „oxigen activ”, pe baza acestora se produc înălbitori care nu conțin clor („ Persil ”, „ Persol ”, etc.).
Separat, este de remarcat și faptul că aliajele bor-carbon-siliciu au duritate ultra-înaltă și pot înlocui orice material de șlefuire (cu excepția diamantului , nitrurii de bor din punct de vedere al microdurității), iar din punct de vedere al costului și al eficienței șlefuirii (economice) acestea depășește toate materialele abrazive cunoscute omenirii .
Un aliaj de bor cu magneziu ( diborura de magneziu MgB 2 ) are, in prezent[ în ce moment? ] , o temperatură critică record de tranziție la starea supraconductoare între supraconductorii de tip I [35] . Apariția articolului de mai sus a stimulat o mare creștere a lucrărilor pe această temă [36] .
Acidul boric (B(OH) 3 ) este utilizat pe scară largă în industria energiei nucleare ca absorbant de neutroni în reactoarele nucleare de tip VVER (PWR) pe neutroni „termici” („lenti”). Datorită caracteristicilor sale neutronice și a capacității de a se dizolva în apă, utilizarea acidului boric face posibilă controlul ușor (nu în trepte) a puterii unui reactor nuclear prin modificarea concentrației acestuia în lichidul de răcire - așa-numitul „ control al borului ”. .
Acidul boric este, de asemenea, utilizat în medicină și medicina veterinară.
Nitrura de bor , activată cu carbon, este un fosfor care strălucește de la albastru la galben sub lumina ultravioletă . Are fosforescență independentă în întuneric și este activată de substanțele organice când este încălzită la 1000 °C. Fabricarea fosforilor din nitrură de bor BN/C nu are nicio aplicație industrială, dar a fost practicată pe scară largă de chimiștii amatori în prima jumătate a secolului al XX-lea.
Sticla borosilicată este sticlă de compoziție obișnuită, în care componentele alcaline din materia primă sunt înlocuite cu oxid de bor (B 2 O 3 ).
Fluorura de bor BF 3 în condiții normale este o substanță gazoasă, este folosită ca catalizator în sinteza organică , precum și ca fluid de lucru în detectoarele de neutroni termici umplute cu gaz datorită captării neutronilor de către bor-10 cu formarea litiului -7 și nuclee de heliu-4 care ionizează gazul (vezi reacția de mai sus ).
O serie de derivați de bor ( borohidrogeni ) sunt combustibili eficienți pentru rachete ( diboran B 2 H 6 , pentaboran , tetraboran etc.), iar unii compuși polimerici ai borului cu hidrogen și carbon sunt rezistenți la atacuri chimice și la temperaturi ridicate (cum ar fi plastic cunoscut Carboran -22) .
Nitrura de bor (borazon) este similară (prin compoziția electronilor) carbonului. Pe baza ei, se formează un grup extins de compuși, oarecum asemănători cu cei organici.
Deci, hexahidrură de borazon ( H3BNH3 , similară ca structură cu etanul ) în condiții normale, un compus solid cu o densitate de 0,78 g/cm3 , conține aproape 20% hidrogen în greutate. Poate fi folosit de celulele de combustibil cu hidrogen care alimentează vehiculele electrice [37] .
3 2 0 |
Borul este un oligoelement important necesar pentru funcționarea normală a plantelor. Lipsa borului oprește dezvoltarea lor, provoacă diferite boli la plantele cultivate. Acest lucru se bazează pe încălcări ale proceselor oxidative și energetice în țesuturi, o scădere a biosintezei substanțelor necesare. Cu o deficiență de bor în sol în agricultură, îngrășămintele cu micronutrienți cu bor ( acid boric , borax și altele) sunt utilizate pentru a crește randamentele, a îmbunătăți calitatea produsului și a preveni o serie de boli ale plantelor.
Rolul borului în organismul animal nu a fost elucidat. Țesutul muscular uman conține (0,33-1)⋅10-4 % bor , țesut osos (1,1-3,3)⋅10-4 % , sânge - 0,13 mg/l . În fiecare zi, cu alimente, o persoană primește 1-3 mg de bor. . Doza toxică - 4 g . LD₅₀ ≈ 6 g/kg greutate corporală [38] .
Unul dintre rarele tipuri de distrofie a corneei este asociat cu o genă care codifică o proteină transportoare care, probabil, reglează concentrația intracelulară de bor [39] .
Dicționare și enciclopedii |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|