Bor | ||||
---|---|---|---|---|
← Beryllium | Kol → | ||||
| ||||
Utseendet av en enkel substans | ||||
Elementärt bor (blandning av allotropa former) | ||||
Atomegenskaper | ||||
Namn, symbol, nummer | Borum (B), 5 | |||
Grupp , punkt , block |
13 (föråldrad 3), 2, p-element |
|||
Atommassa ( molmassa ) |
[10,806; 10.821] [komm. 1] [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronisk konfiguration |
[Han] 2s 2 2p 1 1s 2 2s 2 2p 1 |
|||
Atomradie | 98 pm | |||
Kemiska egenskaper | ||||
kovalent radie | 82 pm | |||
Jonradie | 23 (+3e) pm | |||
Elektronnegativitet | 2,04 (Pauling-skala) | |||
Oxidationstillstånd | -3, 0, +3 | |||
Joniseringsenergi (första elektron) |
800,2(8,29) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne | ||||
Densitet (vid ej ) | 2,34 g/cm³ | |||
Smält temperatur | 2348 K [2] [3] (2075 °C) | |||
Koktemperatur | 4 138 K [2] (3 865 °C) | |||
Oud. fusionsvärme | 23,60 kJ/mol | |||
Oud. avdunstningsvärme | 504,5 kJ/mol | |||
Molär värmekapacitet | 11,09 [4] J/(K mol) | |||
Molar volym | 4,6 cm³ / mol | |||
Kristallgittret av en enkel substans | ||||
Gallerstruktur | Rhombohedral | |||
Gitterparametrar | a = 10,17; a=65,18 Å | |||
c / a -förhållande | 0,576 | |||
Debye temperatur | 1250 (976,85°C; 1790,33°F) K | |||
Andra egenskaper | ||||
Värmeledningsförmåga | (300 K) 27,4 W/(m K) | |||
CAS-nummer | 7440-42-8 |
5 | Bor |
B10,81 | |
2s 2 2p 1 |
Bor ( kemisk symbol - B , från lat. Borum ) är ett kemiskt element i den 13:e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen - den huvudsakliga undergruppen av den tredje gruppen, IIIA) i den andra perioden av det periodiska systemet av kemiska element i D. I. Mendelejev , med atomnummer 5.
Det enkla ämnet bor är en färglös, grå eller röd kristallin eller mörk amorf halvmetall . Mer än 10 allotropa modifieringar av bor är kända, vars bildande och inbördes övergångar bestäms av temperaturen vid vilken bor erhölls [4] .
Den erhölls först 1808 av de franska kemisterna J. Gay-Lussac och L. Tenard genom att värma borsyraanhydrid B 2 O 3 med kaliummetall. Några månader senare erhöll Humphrey Davy bor genom elektrolys av smält B 2 O 3 .
Namnet på elementet kommer från det arabiska ordet burak ( arabiska بورق ) eller persiska burakh ( persiska بوره ) [5] , som användes för att beteckna burah [6] .
Medelhalten av bor i jordskorpan är 4 g/t . Trots detta är omkring 100 inhemska bormineral kända; det förekommer nästan aldrig som en förorening i andra mineraler. Detta förklaras först och främst av det faktum att komplexa anjoner av bor (nämligen i denna form ingår i de flesta mineraler) inte har tillräckligt vanliga analoger. I nästan alla mineraler är bor associerat med syre , och gruppen av fluorhaltiga föreningar är mycket liten. Elementärt bor finns inte i naturen. Det ingår i många föreningar och är brett distribuerat, särskilt i små koncentrationer; i form av borsilikater och borater, samt i form av isomorfa föroreningar i mineraler, är den en del av många magmatiska och sedimentära bergarter. Bor är känt i olja och havsvatten ( 4,6 mg/l i havsvatten [7] ), i vattnet i saltsjöar, varma källor och lervulkaner.
Världens bevisade reserver av bor är cirka 1,3 miljoner ton [8] .
De viktigaste mineralformerna av bor:
Det finns också flera typer av boravlagringar :
De största reserverna av borater i världen finns i Turkiet och USA , där Turkiet står för mer än 70%. Den största tillverkaren av borinnehållande produkter i världen är det turkiska företaget Eti Mine Works [9] [10] .
Den största fyndigheten av borater i Ryssland ligger i Dalnegorsk (Primorye). Dess utveckling utförs av Mining and Chemical Company Bor , som ligger på tredje plats i världen i produktionen av borinnehållande produkter, näst efter Eti Mine Works och Rio Tinto Group [9] .
Bor liknar kol i sin förmåga att bilda stabila, kovalent bundna molekylära nätverk. Även oordnat ( amorft ) bor innehåller ikosaedriska B 12 -motiv av kristallint bor, som är bundna till varandra utan att bilda en långvägsordning [11] [12] . Kristallint bor är ett mycket hårt svart material med en smältpunkt över 2000 °C. Den bildar fyra huvudpolymorfer : α-romboedriska och β-romboedriska (α-R och β-R), y och β-tetragonala (β-T); det finns också en α-tetragonal fas (α-T), men det är mycket svårt att få den i sin rena form. De flesta av faserna är baserade på B 12 icosaedriska motiv , men γ-fasen kan beskrivas som en NaCl -typ fas med alternerande arrangemang av icosahedrons och B 2 atompar [13] . γ-fasen kan erhållas genom att komprimera andra borfaser till 12–20 GPa och värma upp till 1500–1800°C; den förblir stabil efter att temperaturen och trycket sänkts. T-fasen bildas vid liknande tryck men vid högre temperaturer (1800–2200°C). När det gäller α- och β-faserna kan de samexistera under omgivande förhållanden , med β-fasen som är mer stabil [13] [14] [15] . När bor komprimeras över 160 GPa bildas en borfas med okänd struktur, som är supraledande vid en temperatur på 6–12 K [16] .
Fas | a-R | p-R | γ | p-T |
---|---|---|---|---|
Symmetri | romboedrisk | romboedrisk | ortorombisk | tetragonal |
Antal atomer i en enhetscell [13] | 12 | ~105 | 28 | |
Densitet (g/cm3 ) [ 17] [18] [19] [20] | 2,46 | 2,35 | 2,52 | 2,36 |
Vickers hårdhet (GPa) [21] [22] | 42 | 45 | 50-58 | |
Youngs modul (GPa) [22] [23] | 185 | 224 | 227 | |
Bandgap (eV) [22] [24] | 2 | 1.6 | 2.1 |
Borfasdiagram (α och β - romboedriska faser; T - β-tetragonal fas) [13] . Andra versioner av fasdiagrammet är också kända [25] [26] .
a-R-struktur av bor
β-R-struktur av bor
Struktur av γ bor
Borosferener ( fullerenliknande molekyler B 40 )) [27] och borofener ( grafenliknande strukturer) [28] [29] har experimentellt upptäckts och beskrivits .
Borospheren B 40
Kristallstruktur av borofener: (a) β 12 borofen (även känd som γ fasark eller υ 1/6 ark ), (b) χ 3 borofen (även känd som υ 1/5 ark ), (b) individuellt borofenark
Kluster B 36 , som kan betraktas som minsta borofen; framifrån och från sidan
Extremt hård (näst efter diamant , bornitrid (borazon) , borkarbid , bor-kol-kisellegering, skandium-titaniumkarbid) och spröd substans. Halvledare med breda gap , diamagnet , dålig värmeledare.
Bor har den högsta draghållfastheten på 5,7 GPa.
I kristallin form har den en gråsvart färg (mycket rent bor är färglöst).
I naturen förekommer bor i form av två isotoper 10 B (19,8 %) och 11 B (80,2 %) [30] [31] .
10 V har ett mycket högt termiskt neutroninfångningstvärsnitt , lika med 3837 barn (för de flesta nuklider är detta tvärsnitt nära enheter eller fraktioner av en lada), och när en neutron fångas upp bildas två icke-radioaktiva kärnor ( en alfapartikel och litium-7), som bromsas mycket snabbt i mediet, och det finns ingen penetrerande strålning ( gamma quanta ), i motsats till liknande reaktioner av neutronfångning av andra nuklider:
Därför används 10 V i sammansättningen av borsyra och andra kemiska föreningar i kärnreaktorer för att kontrollera reaktivitet , såväl som för biologiskt skydd mot termiska neutroner. Dessutom används bor i neutroninfångningsterapi för cancer.
Utöver de två stabila är ytterligare 12 radioaktiva isotoper av bor kända, varav den längsta är 8 V med en halveringstid på 0,77 s.
Alla borisotoper uppstod i den interstellära gasen som ett resultat av splittringen av tunga kärnor av kosmiska strålar eller under supernovaexplosioner .
I många fysikaliska och kemiska egenskaper liknar bor-halvmetallen kisel .
1) På grund av dess kemiska tröghet interagerar bor (vid rumstemperatur) endast med fluor :
2) Interaktion med andra halogener (vid upphettning) leder till bildning av trihalider, med kväve - bornitrid (BN), med fosfor - borfosfid (BP), med kol - karbider av olika sammansättning (B 4 C, B 12 C 3 , B 13C2 ) . _ När det värms upp i en syreatmosfär eller i luft, brinner bor med en stor utsläpp av värme för att bilda boroxid (B 2 O 3 ) :
3) Bor interagerar inte direkt med väte, men ett ganska stort antal borhydrider (boraner) av olika sammansättning är kända, erhållna genom att behandla alkali- eller jordalkalimetallborider med syra:
4) Bor uppvisar reducerande egenskaper vid stark upphettning . Till exempel, reduktionen av kisel eller fosfor från deras oxider när de interagerar med bor:
Denna egenskap hos bor förklaras av den mycket höga styrkan hos kemiska bindningar i boroxid - B 2 O 3 .
5) Motståndskraftig mot inverkan av alkalilösningar (i frånvaro av oxidationsmedel). Löser sig i en smältblandning av kaliumhydroxid och kaliumnitrat :
6) Löser sig i het salpetersyra , svavelsyra och i aqua regia för att bilda borsyra (H 3 BO 3 ):
7) Interaktioner mellan boroxid (typisk sur oxid) med vatten för att bilda borsyra :
8) När borsyra interagerar med alkalier, uppträder salter av inte borsyran själv - borater (som innehåller BO 3 3− anjonen ), men tetraborater (innehåller B 4 O 7 2− anjonen ), till exempel:
År 2014 erhöll forskare från Tyskland beryllium bis(diazaborolyl), där beryllium- och boratomer bildar en två-center två-elektronbindning (2c-2e), som först erhölls och inte är typisk för närliggande grundämnen i det periodiska systemet [ 32] [33] .
1) Pyrolys av borhydrider :
På så sätt bildas det renaste boret , som vidare används för framställning av halvledarmaterial och finkemisk syntes.
2) Metod för metallotermi (oftare sker minskning med magnesium eller natrium ):
3) Termisk nedbrytning av borbromidånga på en varm (1000-1200 ° C) volframtråd i närvaro av väte (Van Arkel-metoden):
Bor (i form av fibrer) fungerar som ett förstärkningsmedel för många kompositmaterial .
Dessutom används bor ofta i elektronik som en acceptortillsats för att ändra typen av kiselledningsförmåga .
Bor används inom metallurgin som ett mikrolegeringselement , vilket avsevärt ökar stålens härdbarhet .
Bor används också inom medicin för boron-neutroninfångningsterapi (en metod för selektiv skada på maligna tumörceller) [34] .
Används vid tillverkning av termistorer.
Borkarbid används i kompakt form för tillverkning av gasdynamiska lager .
Perborater / peroxoborater (innehållande jonen [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ] 2 − ) [B 4 O 12 H 8 ] − ) används som oxidationsmedel. Den tekniska produkten innehåller upp till 10,4% "aktivt syre", på grundval av dessa produceras blekmedel som inte innehåller klor (" Persil ", " Persol ", etc.).
Separat är det också värt att påpeka att bor-kol-kisellegeringar har ultrahög hårdhet och kan ersätta vilket slipmaterial som helst (förutom diamant , bornitrid när det gäller mikrohårdhet), och när det gäller kostnad och slipeffektivitet (ekonomisk) överträffa alla slipande material som mänskligheten känner till .
En legering av bor med magnesium (magnesiumdiborid MgB 2 ) har för tillfället[ vid vilken tidpunkt? ] , en rekordhög kritisk temperatur för övergång till supraledande tillstånd bland supraledare av typ I [35] . Utseendet på ovanstående artikel stimulerade en stor tillväxt av verk om detta ämne [36] .
Borsyra (B(OH) 3 ) används i stor utsträckning inom kärnkraftsindustrin som neutronabsorbator i kärnreaktorer av typen VVER (PWR) på "termiska" ("långsamma") neutroner. På grund av dess neutroniska egenskaper och förmågan att lösas upp i vatten gör användningen av borsyra det möjligt att smidigt (inte stegvis) kontrollera kraften i en kärnreaktor genom att ändra dess koncentration i kylvätskan - den så kallade " borkontrollen " .
Borsyra används också inom medicin och veterinärmedicin.
Bornitrid , aktiverat med kol, är en fosfor som lyser från blått till gult under ultraviolett ljus . Den har oberoende fosforescens i mörker och aktiveras av organiska ämnen när den värms upp till 1000 °C. Tillverkning av fosfor från BN/C bornitrid har ingen industriell tillämpning, men praktiserades i stor utsträckning av amatörkemister under första hälften av 1900-talet.
Borosilikatglas är glas med den vanliga sammansättningen, där de alkaliska komponenterna i råvaran ersätts med boroxid (B 2 O 3 ).
Borfluorid BF 3 är under normala förhållanden ett gasformigt ämne, det används som en katalysator i organisk syntes , såväl som en arbetsvätska i gasfyllda termiska neutrondetektorer på grund av infångning av neutroner av bor-10 med bildning av litium -7 och helium-4 kärnor som joniserar gasen (se reaktion ovan ).
Ett antal borderivat ( borväte ) är effektiva raketbränslen ( diboran B 2 H 6 , pentaboran , tetraboran , etc.), och vissa polymera föreningar av bor med väte och kol är resistenta mot kemiska angrepp och höga temperaturer (som brun- känd plast Carboran -22).
Bornitrid ( borazon ) liknar (genom elektronsammansättning) kol. På grundval av detta bildas en omfattande grupp av föreningar, något liknande organiska.
Så, borazonhexahydrid ( H3BNH3 , liknande struktur som etan ) under normala förhållanden , innehåller en fast förening med en densitet av 0,78 g/cm3 nästan 20 viktprocent väte. Det kan användas av vätebränsleceller som driver elfordon [37] .
3 2 0 |
Bor är ett viktigt spårämne som är nödvändigt för växternas normala funktion. Bristen på bor stoppar deras utveckling, orsakar olika sjukdomar i odlade växter. Detta är baserat på kränkningar av oxidativa och energiprocesser i vävnader, en minskning av biosyntesen av nödvändiga ämnen. Med en brist på bor i jorden i jordbruket används mikronäringsgödsel med bor ( borsyra , borax och andra) för att öka avkastningen, förbättra produktkvaliteten och förhindra ett antal växtsjukdomar.
Borets roll i djurkroppen har inte klarlagts. Mänsklig muskelvävnad innehåller (0,33-1)⋅10-4 % bor , benvävnad (1,1-3,3)⋅10-4 % , blod - 0,13 mg/l . Varje dag med mat får en person 1-3 mg bor. . Toxisk dos - 4 g . LD₅₀ ≈ 6 g/kg kroppsvikt [38] .
En av de sällsynta typerna av hornhinnedystrofi är associerad med en gen som kodar för ett transportprotein som förmodligen reglerar den intracellulära koncentrationen av bor [39] .
Ordböcker och uppslagsverk |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodiskt system av kemiska element av D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
_ | Borföreningar|
---|---|
Borväte |
|
Halider |
|
syror |
|
Övrig |
|