Bor | ||||
---|---|---|---|---|
← Berylium | Uhlík → | ||||
| ||||
Vzhled jednoduché látky | ||||
Elementární bór (směs alotropních forem) | ||||
Vlastnosti atomu | ||||
Jméno, symbol, číslo | Borum (B), 5 | |||
Skupina , období , blok |
13 (zastaralé 3), 2, p-prvek |
|||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
[10,806; 10,821] [comm 1] [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronická konfigurace |
[On] 2s 2 2p 1 1s 2 2s 2 2p 1 |
|||
Poloměr atomu | 98 hodin | |||
Chemické vlastnosti | ||||
kovalentní poloměr | 82 hodin | |||
Poloměr iontů | 23 (+3e) odpoledne | |||
Elektronegativita | 2,04 (Paulingova stupnice) | |||
Oxidační stavy | -3, 0, +3 | |||
Ionizační energie (první elektron) |
800,2(8,29) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | ||||
Hustota (v n.a. ) | 2,34 g/cm³ | |||
Teplota tání | 2348 K [2] [3] (2075 °C) | |||
Teplota varu | 4 138 K [2] (3865 °C) | |||
Oud. teplo tání | 23,60 kJ/mol | |||
Oud. výparné teplo | 504,5 kJ/mol | |||
Molární tepelná kapacita | 11,09 [4] J/(K mol) | |||
Molární objem | 4,6 cm³ / mol | |||
Krystalová mřížka jednoduché látky | ||||
Příhradová konstrukce | romboedrický | |||
Parametry mřížky | a = 10,17; a=65,18 Á | |||
poměr c / a | 0,576 | |||
Debyeho teplota | 1250 (976,85 °C; 1790,33 °F) K | |||
Další vlastnosti | ||||
Tepelná vodivost | (300 K) 27,4 W/(m K) | |||
Číslo CAS | 7440-42-8 |
5 | Bor |
B10,81 | |
2s 2 2p 1 |
Bor ( chemická značka - B , z lat. Borum ) je chemický prvek 13. skupiny (podle zastaralé klasifikace - hlavní podskupina třetí skupiny, IIIA) druhého období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 5.
Jednoduchá látka bór je bezbarvý, šedý nebo červený krystalický nebo tmavý amorfní polokov . Je známo více než 10 alotropních modifikací boru, jejichž vznik a vzájemné přechody jsou dány teplotou, při které byl bor získán [4] .
Poprvé jej získali v roce 1808 francouzští chemici J. Gay-Lussac a L. Tenard zahříváním anhydridu boritého B 2 O 3 s kovovým draslíkem. O několik měsíců později Humphrey Davy získal bor elektrolýzou roztaveného B 2 O 3 .
Název prvku pochází z arabského slova burak ( arabsky بورق ) nebo perského burakh ( persky بوره ) [5] , které byly použity k označení burah [6] .
Průměrný obsah boru v zemské kůře je 4 g/t . Navzdory tomu je známo asi 100 přírodních minerálů bóru; téměř nikdy se nevyskytuje jako nečistota v jiných minerálech. To je vysvětleno především skutečností, že komplexní anionty boru (konkrétně v této formě jsou obsaženy ve většině minerálů) nemají dostatečně běžné analogy. Téměř ve všech minerálech je bór spojen s kyslíkem a skupina sloučenin obsahujících fluor je velmi malá. Elementární bór se v přírodě nenachází. Je obsažen v mnoha sloučeninách a je široce distribuován, zejména v malých koncentracích; ve formě borosilikátů a boritanů i ve formě izomorfních nečistot v minerálech je součástí mnoha vyvřelých a sedimentárních hornin. Bór je znám v ropných a mořských vodách ( 4,6 mg/l v mořské vodě [7] ), ve vodách slaných jezer, horkých pramenů a bahenních sopek.
Prokázané světové zásoby boru jsou asi 1,3 milionu tun [8] .
Hlavní minerální formy boru:
Existuje také několik typů ložisek boru :
Hlavní zásoby boritanů na světě jsou v Turecku a Spojených státech , přičemž Turecko tvoří více než 70 %. Největším výrobcem výrobků obsahujících bór na světě je turecká společnost Eti Mine Works [9] [10] .
Největší ložisko boritanů v Rusku se nachází v Dalněgorsku (Primorye). Jeho vývojem se zabývá Mining and Chemical Company Bor , která je ve výrobě produktů obsahujících bór třetí na světě, za Eti Mine Works a Rio Tinto Group [9] .
Bór je podobný uhlíku ve své schopnosti tvořit stabilní, kovalentně vázané molekulární sítě. I neuspořádaný ( amorfní ) bor obsahuje ikosaedrické B 12 motivy krystalického boru, které jsou na sebe vázány, aniž by tvořily dálkový řád [11] [12] . Krystalický bor je velmi tvrdý černý materiál s bodem tání nad 2000 °C. Tvoří čtyři hlavní polymorfy : α-romboedrické a β-romboedrické (α-R a β-R), γ a β-tetragonální (β-T); existuje také α-tetragonální fáze (α-T), ale je velmi obtížné ji získat v čisté formě. Většina fází je založena na ikosaedrických motivech B 12 , ale γ-fáze může být popsána jako fáze typu NaCl se střídajícím se uspořádáním dvacetistěnů a atomových párů B 2 [13] . fázi γ lze získat kompresí ostatních fází bóru na 12–20 GPa a zahřátím na 1500–1800 °C; po snížení teploty a tlaku zůstává stabilní. T fáze vzniká při podobných tlacích, ale při vyšších teplotách (1800–2200 °C). Pokud jde o α a β fáze, mohou koexistovat za okolních podmínek , přičemž β fáze je stabilnější [13] [14] [15] . Při stlačení boru nad 160 GPa vzniká fáze bóru s neznámou strukturou, která je supravodivá při teplotě 6–12 K [16] .
Fáze | a-R | p-R | γ | p-T |
---|---|---|---|---|
Symetrie | romboedrický | romboedrický | ortorombický | čtyřúhelníkový |
Počet atomů v základní buňce [13] | 12 | ~105 | 28 | |
Hustota (g/cm3 ) [ 17] [18] [19] [20] | 2.46 | 2.35 | 2.52 | 2.36 |
Tvrdost podle Vickerse (GPa) [21] [22] | 42 | 45 | 50-58 | |
Youngův modul (GPa) [22] [23] | 185 | 224 | 227 | |
Pásmová mezera (eV) [22] [24] | 2 | 1.6 | 2.1 |
Fázový diagram boru (α a β - romboedrické fáze; T - β-tetragonální fáze) [13] . Jsou známy i další verze fázového diagramu [25] [26] .
α-R struktura boru
β-R struktura boru
Struktura γ boru
Experimentálně byly objeveny a popsány borosphereny ( fulerenu podobné molekuly B 40 )) [27] a borofeny ( grafene podobné struktury) [28] [29] .
Borospheren B 40
Krystalová struktura borofenů: (a) β 12 borofen (také známý jako γ fázový list nebo υ 1/6 list ), (b) χ 3 borofen (také známý jako υ 1/5 list ), (b) samostatný borofenový list
Cluster B 36 , který lze považovat za minimální borofen; přední a boční pohled
Extrémně tvrdá ( po diamantu , nitridu boru (borazon) , karbid boru, slitina bor-uhlík-křemík, karbid skandium-titan) a křehká látka. Polovodič se širokou mezerou , diamagnet , špatný vodič tepla.
Bór má nejvyšší pevnost v tahu 5,7 GPa.
V krystalické formě má šedočernou barvu (velmi čistý bor je bezbarvý).
V přírodě se bór vyskytuje ve formě dvou izotopů 10 B (19,8 %) a 11 B (80,2 %) [30] [31] .
10 V má velmi vysoký průřez záchytu tepelných neutronů , rovný 3837 barn (pro většinu nuklidů se tento průřez blíží jednotkám nebo zlomkům stodoly), a když je zachycen neutron, vytvoří se dvě neradioaktivní jádra ( alfa částice a lithium-7), které se v médiu velmi rychle zpomalují a nedochází k žádnému pronikavému záření ( gama kvanta ), na rozdíl od podobných reakcí záchytu neutronů jinými nuklidy:
Proto se 10 V ve složení kyseliny borité a dalších chemických sloučenin používá v jaderných reaktorech ke kontrole reaktivity a také k biologické ochraně proti tepelným neutronům. Kromě toho se bór používá při léčbě rakoviny záchytem neutronů .
Kromě dvou stabilních je známo ještě 12 radioaktivních izotopů boru, z nichž nejdelší životnost je 8 V s poločasem rozpadu 0,77 s.
Všechny izotopy boru vznikly v mezihvězdném plynu v důsledku štěpení těžkých jader kosmickým zářením nebo při explozích supernov .
V mnoha fyzikálních a chemických vlastnostech se polokov bóru podobá křemíku .
1) Díky své chemické inertnosti interaguje bór (při pokojové teplotě) pouze s fluorem :
2) Interakce s jinými halogeny (při zahřátí) vede ke vzniku trihalogenidů, s dusíkem - nitrid boru (BN), s fosforem - fosfid boru (BP), s uhlíkem - karbidy různého složení (B 4 C, B 12 C 3 , B 13C2 ) . Při zahřívání v kyslíkové atmosféře nebo na vzduchu hoří bór s velkým uvolňováním tepla za vzniku oxidu boritého (B 2 O 3 ) :
3) Bor neinteraguje přímo s vodíkem, je však známo poměrně velké množství borohydridů (boranů) různého složení, které se získávají zpracováním boridů alkalických kovů nebo kovů alkalických zemin kyselinou:
4) Bór při silném zahřátí vykazuje redukční vlastnosti . Například redukce křemíku nebo fosforu z jejich oxidů při interakci s borem:
Tato vlastnost boru se vysvětluje velmi vysokou pevností chemických vazeb v oxidu boritém - B 2 O 3 .
5) Odolává působení alkalických roztoků (v nepřítomnosti oxidačních činidel). Rozpouští se v tavenině směsi hydroxidu draselného a dusičnanu draselného :
6) Rozpouští se v horké kyselině dusičné , sírové a v aqua regia za vzniku kyseliny borité (H 3 BO 3 ):
7) Interakce oxidu boritého (typický kyselý oxid) s vodou za vzniku kyseliny borité :
8) Při interakci kyseliny borité s alkáliemi se neobjevují soli samotné kyseliny borité - boritany ( obsahující anion BO 3 3− ), ale tetraboritany (obsahující aniont B 4 O 7 2− ), například:
V roce 2014 získali vědci z Německa berylium bis(diazaborolyl), ve kterém atomy berylia a boru tvoří dvoustředovou dvouelektronovou vazbu (2c-2e), která byla poprvé získána a není typická pro sousední prvky v periodické tabulce [ 32] [33] .
1) Pyrolýza borohydridů :
Tímto způsobem vzniká nejčistší bor , který se dále využívá k výrobě polovodičových materiálů a jemné chemické syntéze.
2) Metoda metalotermie (častěji dochází k redukci hořčíkem nebo sodíkem ):
3) Tepelný rozklad par bromidu boritého na horkém (1000-1200 °C) wolframovém drátu v přítomnosti vodíku (metoda Van Arkel):
Bór (ve formě vláken) slouží jako zpevňující činidlo pro mnoho kompozitních materiálů .
Bór se také často používá v elektronice jako akceptorová přísada ke změně typu vodivosti křemíku .
Bór se používá v metalurgii jako mikrolegující prvek , který výrazně zvyšuje prokalitelnost ocelí .
Bór se také používá v medicíně pro terapii záchytem neutronů bórem (metoda selektivního poškození buněk maligního nádoru) [34] .
Používá se při výrobě termistorů.
Karbid boru se používá v kompaktní formě pro výrobu plynových dynamických ložisek .
Jako oxidační činidla se používají perboritany / peroxoboráty (obsahující iont [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ] 2 − ) [B 4 O 12 H 8 ] − ). Technický výrobek obsahuje až 10,4% "aktivního kyslíku", na jejich bázi jsou vyráběna bělidla neobsahující chlór (" Persil ", " Persol " atd.).
Samostatně také stojí za zmínku, že slitiny bóru, uhlíku a křemíku mají ultra vysokou tvrdost a mohou nahradit jakýkoli brusný materiál (kromě diamantu , nitridu boru z hlediska mikrotvrdosti) a z hlediska nákladů a účinnosti broušení (ekonomické) předčí všechny abrazivní materiály známé lidstvu .
Slitina boru s hořčíkem ( diborid hořečnatý MgB 2 ) má v současnosti[ v jakém okamžiku? ] , rekordně vysoká kritická teplota přechodu do supravodivého stavu mezi supravodičem typu I [35] . Objevení se výše uvedeného článku podnítilo velký nárůst prací na toto téma [36] .
Kyselina boritá (B(OH) 3 ) je široce používána v jaderné energetice jako absorbér neutronů v jaderných reaktorech typu VVER (PWR) na „tepelných“ („pomalých“) neutronech. Použití kyseliny borité díky svým neutronovým vlastnostem a schopnosti rozpouštět se ve vodě umožňuje plynule (nikoli stupňovitě) řídit výkon jaderného reaktoru změnou jeho koncentrace v chladivu - tzv. " regulace bórem " .
Kyselina boritá se také používá v lékařství a veterinární medicíně.
Nitrid boru aktivovaný uhlíkem je fosfor , který pod ultrafialovým světlem září z modré na žlutou . Má nezávislou fosforescenci ve tmě a je aktivován organickými látkami při zahřátí na 1000 °C. Výroba fosforů z BN/C nitridu boru nemá průmyslové využití, ale byla široce praktikována amatérskými chemiky v první polovině 20. století.
Borosilikátové sklo je sklo obvyklého složení, ve kterém jsou alkalické složky v surovině nahrazeny oxidem boritým (B 2 O 3 ).
Fluorid boritý BF 3 je za normálních podmínek plynná látka, používá se jako katalyzátor v organické syntéze a také jako pracovní tekutina v plynem plněných tepelných neutronových detektorech díky záchytu neutronů borem-10 za vzniku lithia -7 a jádra helia-4, která ionizují plyn (viz reakce výše ).
Řada derivátů boru ( borohydrogeny ) jsou účinná raketová paliva ( diboran B 2 H 6 , pentaboran , tetraboran atd.) a některé polymerní sloučeniny boru s vodíkem a uhlíkem jsou odolné vůči chemickému napadení a vysokým teplotám (jako např. známý plastový Carboran -22) .
Nitrid boru (borazon) je podobný (složením elektronů) uhlíku. Na jejím základě vzniká rozsáhlá skupina sloučenin, trochu podobná organickým.
Hexahydrid borazonu (H3BNH3 , struktura podobná ethanu ) za normálních podmínek, pevná sloučenina s hustotou 0,78 g/cm3 , obsahuje téměř 20 % hmotnosti vodíku. Mohou jej využívat vodíkové palivové články , které pohánějí elektrická vozidla [37] .
3 2 0 |
Bór je důležitý stopový prvek nezbytný pro normální fungování rostlin. Nedostatek bóru zastavuje jejich vývoj, způsobuje různé choroby kulturních rostlin. To je založeno na porušení oxidačních a energetických procesů v tkáních, snížení biosyntézy potřebných látek. Při nedostatku boru v půdě v zemědělství se ke zvýšení výnosů, zlepšení kvality produktů a prevenci řady chorob rostlin používají bórová hnojiva s mikroživinami ( kyselina boritá , borax a další).
Role boru v těle zvířat nebyla objasněna. Lidská svalová tkáň obsahuje (0,33-1)⋅10-4 % bór , kostní tkáň (1,1-3,3)⋅10-4 % , krev - 0,13 mg/l . Každý den s jídlem člověk přijme 1-3 mg boru. . Toxická dávka - 4 g . LD₅0 ≈ 6 g/kg tělesné hmotnosti [38] .
Jeden ze vzácných typů rohovkové dystrofie je spojen s genem, který kóduje transportní protein , který pravděpodobně reguluje intracelulární koncentraci boru [39] .
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|