Bor | ||||
---|---|---|---|---|
← Beryllium | Kulstof → | ||||
| ||||
Udseende af et simpelt stof | ||||
Elementært bor (blanding af allotrope former) | ||||
Atom egenskaber | ||||
Navn, symbol, nummer | Borum (B), 5 | |||
Gruppe , punktum , blok |
13 (forældet 3), 2, p-element |
|||
Atommasse ( molær masse ) |
[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 |
|||
Atomradius | 98 kl | |||
Kemiske egenskaber | ||||
kovalent radius | 82 kl | |||
Ion radius | 23 (+3e) kl | |||
Elektronegativitet | 2,04 (Pauling-skala) | |||
Oxidationstilstande | -3, 0, +3 | |||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
800,2(8,29) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | ||||
Tæthed ( i.a. ) | 2,34 g/cm³ | |||
Smeltetemperatur | 2348 K [2] [3] (2075 °C) | |||
Kogetemperatur | 4 138 K [2] (3865 °C) | |||
Oud. fusionsvarme | 23,60 kJ/mol | |||
Oud. fordampningsvarme | 504,5 kJ/mol | |||
Molær varmekapacitet | 11,09 [4] J/(K mol) | |||
Molært volumen | 4,6 cm³ / mol | |||
Krystalgitteret af et simpelt stof | ||||
Gitterstruktur | Rhombohedral | |||
Gitterparametre | a = 10,17; a=65,18 Å | |||
c / a -forhold | 0,576 | |||
Debye temperatur | 1250 (976,85°C; 1790,33°F) K | |||
Andre egenskaber | ||||
Varmeledningsevne | (300 K) 27,4 W/(m K) | |||
CAS nummer | 7440-42-8 |
5 | Bor |
B10,81 | |
2s 2 2p 1 |
Bor ( kemisk symbol - B , fra lat. Borum ) er et kemisk grundstof i den 13. gruppe (ifølge den forældede klassificering - hovedundergruppen af den tredje gruppe, IIIA) i den anden periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 5.
Det simple stof bor er en farveløs, grå eller rød krystallinsk eller mørk amorf halvmetal . Der kendes mere end 10 allotropiske modifikationer af bor, hvis dannelse og gensidige overgange bestemmes af den temperatur , hvorved bor blev opnået [4] .
Det blev først opnået i 1808 af de franske kemikere J. Gay-Lussac og L. Tenard ved at opvarme borsyreanhydrid B 2 O 3 med metallisk kalium. Et par måneder senere opnåede Humphrey Davy bor ved elektrolyse af smeltet B 2 O 3 .
Navnet på grundstoffet kommer fra det arabiske ord burak ( arabisk بورق ) eller persisk burakh ( persisk بوره ) [5] , som blev brugt til at betegne burah [6] .
Det gennemsnitlige indhold af bor i jordskorpen er 4 g/t . På trods af dette kendes omkring 100 naturlige bormineraler; det forekommer næsten aldrig som en urenhed i andre mineraler. Dette forklares først og fremmest af det faktum, at komplekse anioner af bor (nemlig i denne form er inkluderet i de fleste mineraler) ikke har tilstrækkeligt almindelige analoger. I næsten alle mineraler er bor forbundet med oxygen , og gruppen af fluorholdige forbindelser er meget lille. Elementært bor findes ikke i naturen. Det indgår i mange forbindelser og er vidt udbredt, især i små koncentrationer; i form af borosilicater og borater, samt i form af isomorfe urenheder i mineraler, er det en del af mange magmatiske og sedimentære bjergarter. Bor er kendt i olie og havvand ( 4,6 mg/l i havvand [7] ), i vandet i saltsøer, varme kilder og muddervulkaner.
Verdens påviste reserver af bor er omkring 1,3 millioner tons [8] .
De vigtigste mineralske former for bor:
Der er også flere typer boraflejringer :
De vigtigste reserver af borater i verden er i Tyrkiet og USA , hvor Tyrkiet tegner sig for mere end 70%. Den største producent af borholdige produkter i verden er det tyrkiske firma Eti Mine Works [9] [10] .
Den største forekomst af borater i Rusland ligger i Dalnegorsk (Primorye). Dets udvikling udføres af Mining and Chemical Company Bor , som ligger på tredjepladsen i verden inden for produktion af borholdige produkter, kun næst efter Eti Mine Works og Rio Tinto Group [9] .
Bor ligner kulstof i sin evne til at danne stabile, kovalent bundne molekylære netværk. Selv uordnet ( amorft ) bor indeholder icosaedriske B 12 -motiver af krystallinsk bor, som er bundet til hinanden uden at danne en lang rækkefølge [11] [12] . Krystallinsk bor er et meget hårdt sort materiale med et smeltepunkt over 2000 °C. Den danner fire hovedpolymorfer : α- rhomboedral og β-rhombohedral (α-R og β-R), γ og β-tetragonal (β-T); der er også en α-tetragonal fase (α-T), men det er meget vanskeligt at opnå den i sin rene form. De fleste af faserne er baseret på B 12 icosaedriske motiver , men γ-fasen kan beskrives som en NaCl -type fase med alternerende arrangement af icosaeder og B 2 atompar [13] . γ-fasen kan opnås ved at komprimere andre borfaser til 12-20 GPa og opvarme til 1500-1800°C; den forbliver stabil efter sænkning af temperatur og tryk. T-fasen dannes ved lignende tryk, men ved højere temperaturer (1800-2200°C). Hvad angår α- og β-faserne, kan de sameksistere under omgivende forhold , hvor β-fasen er mere stabil [13] [14] [15] . Når bor komprimeres over 160 GPa, dannes en borfase med ukendt struktur, som er superledende ved en temperatur på 6-12 K [16] .
Fase | a-R | β-R | γ | β-T |
---|---|---|---|---|
Symmetri | rhomboedral | rhomboedral | ortorombisk | tetragonal |
Antal atomer i en enhedscelle [13] | 12 | ~105 | 28 | |
Massefylde (g/cm3 ) [ 17] [18] [19] [20] | 2,46 | 2,35 | 2,52 | 2,36 |
Vickers hårdhed (GPa) [21] [22] | 42 | 45 | 50-58 | |
Youngs modul (GPa) [22] [23] | 185 | 224 | 227 | |
Båndgab (eV) [22] [24] | 2 | 1.6 | 2.1 |
Borfasediagram (α- og β-rhomboedriske faser; T-β-tetragonal fase) [13] . Andre versioner af fasediagrammet kendes også [25] [26] .
α-R struktur af bor
β-R struktur af bor
Struktur af γ bor
Borosphener ( fullerenlignende molekyler B 40 )) [27] og borophener ( grafenlignende strukturer) [28] [29] er eksperimentelt blevet opdaget og beskrevet .
Borospheren B 40
Krystalstruktur af borophener: (a) β 12 borophen (også kendt som γ faseark eller υ 1/6 ark ), (b) χ 3 borophen (også kendt som υ 1/5 ark ), (b) individuelle borophenplader
Klynge B 36 , som kan betragtes som minimum borophen; set forfra og fra siden
Ekstremt hård (kun næst efter diamant , bornitrid (borazon) , borcarbid , bor-carbon-silicium-legering, scandium-titaniumcarbid) og skørt stof. Bredt mellemrums halvleder , diamagnet , dårlig varmeleder.
Bor har den højeste trækstyrke på 5,7 GPa.
I krystallinsk form har den en grålig-sort farve (meget ren bor er farveløs).
I naturen forekommer bor i form af to isotoper 10 B (19,8%) og 11 B (80,2%) [30] [31] .
10 V har et meget højt termisk neutronindfangningstværsnit , svarende til 3837 barn (for de fleste nuklider er dette tværsnit tæt på enheder eller fraktioner af en lade), og når en neutron fanges, dannes to ikke-radioaktive kerner ( en alfapartikel og lithium-7), som meget hurtigt bremses i mediet, og der er ingen gennemtrængende stråling ( gamma quanta ), i modsætning til lignende reaktioner med neutronfangst af andre nuklider:
Derfor bruges 10 V i sammensætningen af borsyre og andre kemiske forbindelser i atomreaktorer til at kontrollere reaktivitet såvel som til biologisk beskyttelse mod termiske neutroner. Derudover bruges bor i neutronindfangningsterapi til cancer.
Udover de to stabile kendes yderligere 12 radioaktive isotoper af bor, hvoraf den længstlevende er 8 V med en halveringstid på 0,77 s.
Alle borisotoper opstod i den interstellare gas som et resultat af spaltning af tunge kerner af kosmiske stråler eller under supernovaeksplosioner .
I mange fysiske og kemiske egenskaber ligner bor-halvmetallet silicium .
1) På grund af dets kemiske inerthed interagerer bor (ved stuetemperatur) kun med fluor :
2) Interaktion med andre halogener (ved opvarmning) fører til dannelse af trihalogenider, med nitrogen - bornitrid (BN), med phosphor - borphosphid (BP), med kulstof - carbider af forskellige sammensætninger (B 4 C, B 12 C 3 , B 13C2 ) . Når det opvarmes i en iltatmosfære eller i luft, brænder bor med en stor frigivelse af varme og danner boroxid (B 2 O 3 ) :
3) Bor interagerer ikke direkte med brint, dog kendes et ret stort antal borhydrider (boraner) af forskellige sammensætninger, opnået ved at behandle alkali- eller jordalkalimetalborider med syre:
4) Bor udviser, når det opvarmes kraftigt, reducerende egenskaber . For eksempel reduktion af silicium eller fosfor fra deres oxider, når de interagerer med bor:
Denne egenskab ved bor forklares af den meget høje styrke af kemiske bindinger i boroxid - B 2 O 3 .
5) Modstandsdygtig over for virkningen af alkaliske opløsninger (i fravær af oxidationsmidler). Opløses i en smelteblanding af kaliumhydroxid og kaliumnitrat :
6) Opløses i varme salpetersyrer , svovlsyrer og i aqua regia for at danne borsyre (H 3 BO 3 ):
7) Interaktioner mellem boroxid (typisk surt oxid) med vand for at danne borsyre :
8) Når borsyre interagerer med alkalier, opstår salte af ikke selve borsyren - borater (indeholdende BO 3 3− anionen ), men tetraborater (indeholder B 4 O 7 2− anionen ), for eksempel:
I 2014 opnåede forskere fra Tyskland beryllium bis(diazaborolyl), hvor beryllium- og boratomer danner en to-center to-elektronbinding (2c-2e), som først blev opnået og ikke er typisk for nabogrundstoffer i det periodiske system [ 32] [33] .
1) Pyrolyse af borhydrider :
På denne måde dannes det reneste bor , som yderligere bruges til fremstilling af halvledermaterialer og finkemisk syntese.
2) Metode til metallotermi (oftere sker reduktion med magnesium eller natrium ):
3) Termisk nedbrydning af borbromiddamp på en varm (1000-1200 ° C) wolframtråd i nærvær af brint (Van Arkel-metoden):
Bor (i form af fibre) tjener som et forstærkningsmiddel for mange kompositmaterialer .
Bor bruges også ofte i elektronik som et acceptoradditiv for at ændre typen af siliciumledningsevne .
Bor bruges i metallurgien som et mikrolegeringselement , hvilket øger stålets hærdbarhed markant .
Bor bruges også i medicin til borneutronindfangningsterapi (en metode til selektiv beskadigelse af maligne tumorceller) [34] .
Anvendes til fremstilling af termistorer.
Borcarbid anvendes i en kompakt form til fremstilling af gasdynamiske lejer .
Perborater / peroxoborater (indeholdende ionen [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ] 2 − ) [B 4 O 12 H 8 ] − ) anvendes som oxidationsmidler. Det tekniske produkt indeholder op til 10,4% "aktivt ilt", på grundlag heraf fremstilles blegemidler , der ikke indeholder klor (" Persil ", " Persol " osv.).
Separat er det også værd at påpege, at bor-kulstof-silicium- legeringer har ultrahøj hårdhed og kan erstatte ethvert slibemateriale (undtagen diamant , bornitrid med hensyn til mikrohårdhed), og hvad angår omkostninger og slibeeffektivitet (økonomisk) overgå alle slibende materialer kendt af menneskeheden .
En legering af bor med magnesium (magnesiumdiborid MgB 2 ) har pt[ på hvilket tidspunkt? ] , en rekordhøj kritisk temperatur for overgang til superledende tilstand blandt type I superledere [35] . Udseendet af ovenstående artikel stimulerede en stor vækst af værker om dette emne [36] .
Borsyre (B(OH) 3 ) er meget udbredt i atomkraftindustrien som neutronabsorber i atomreaktorer af typen VVER (PWR) på "termiske" ("langsomme") neutroner. På grund af dets neutroniske egenskaber og evnen til at opløses i vand gør brugen af borsyre det muligt jævnt (ikke trinvist) at kontrollere kraften i en atomreaktor ved at ændre dens koncentration i kølevæsken - den såkaldte " borkontrol " .
Borsyre bruges også i medicin og veterinærmedicin.
Bornitrid , aktiveret med kulstof, er en fosfor , der lyser fra blåt til gult under ultraviolet lys . Den har uafhængig fosforescens i mørke og aktiveres af organiske stoffer, når den opvarmes til 1000 °C. Fremstillingen af fosfor fra BN/C bornitrid har ingen industriel anvendelse, men blev i vid udstrækning praktiseret af amatørkemikere i første halvdel af det 20. århundrede.
Borosilikatglas er glas af den sædvanlige sammensætning, hvor de alkaliske komponenter i råmaterialet er erstattet med boroxid (B 2 O 3 ).
Borfluorid BF 3 er under normale forhold et gasformigt stof, det bruges som en katalysator i organisk syntese , såvel som en arbejdsvæske i gasfyldte termiske neutrondetektorer på grund af opfangning af neutroner af bor-10 med dannelse af lithium -7 og helium-4 kerner, der ioniserer gassen (se reaktion ovenfor ).
En række borderivater ( borhydrogener ) er effektive raketbrændstoffer ( diboran B 2 H 6 , pentaboran , tetraboran osv.), og nogle polymere forbindelser af bor med brint og kulstof er modstandsdygtige over for kemiske angreb og høje temperaturer (som brønd- kendt plast Carboran -22) .
Bornitrid (borazon) ligner (ved elektronsammensætning) kulstof. På grundlag heraf dannes en omfattende gruppe af forbindelser, der ligner organiske.
Så borazonhexahydrid (H 3 BNH 3 , lignende struktur som ethan ) under normale forhold, indeholder en fast forbindelse med en densitet på 0,78 g/cm 3 næsten 20 vægtprocent hydrogen. Det kan bruges af brintbrændselsceller , der driver elektriske køretøjer [37] .
![]() |
Bor er et vigtigt sporstof, der er nødvendigt for planters normale funktion. Manglen på bor stopper deres udvikling, forårsager forskellige sygdomme i dyrkede planter. Dette er baseret på krænkelser af oxidative og energiprocesser i væv, et fald i biosyntesen af nødvendige stoffer. Med en mangel på bor i jorden i landbruget bruges bor mikronæringsstof gødning ( borsyre , borax og andre) til at øge udbyttet, forbedre produktkvaliteten og forhindre en række plantesygdomme.
Borns rolle i dyrekroppen er ikke blevet belyst. Menneskeligt muskelvæv indeholder (0,33-1)⋅10-4 % bor , knoglevæv (1,1-3,3)⋅10-4 % , blod - 0,13 mg/l . Hver dag med mad modtager en person 1-3 mg bor. . Toksisk dosis - 4 g . LD₅₀ ≈ 6 g/kg kropsvægt [38] .
En af de sjældne typer af hornhindedystrofi er forbundet med et gen, der koder for et transportprotein, der formentlig regulerer den intracellulære koncentration af bor [39] .
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
_ | Borforbindelser|
---|---|
Borhydrogener |
|
Halogenider |
|
syrer |
|
Andet |
|