WikiZero - Бор (елемент)

1. Ізотопи бору [ правити | правити код ]
2. Елементарний бор [ правити | правити код ]
3. Сполуки бору [ правити | правити код ]
4. Бороводні і борорганічні з'єднання [ правити | правити код ]
5. Боразон і його гексагідрід [ правити | правити код ]

open wikipedia design.

Цей термін має також інші значення див. Бор . Цей термін має також інші значення див. B . Бор ← берилій | вуглець → Темно-коричневе або чорне речовина Назва, символ, номер Бор / Borum (B), 5 атомна маса
( молярна маса ) [10,806; 10,821] [Комм 1] [1] а. е. м. ( г / моль ) Електронна конфігурація [He] 2s2 2p1 радіус атома 98 пм ковалентний радіус 82 пм радіус іона 23 (+ 3e) пм електронегативність 2,04 (шкала Полінга) ступені окислення -3; 0; +3 енергія іонізації
(Перший електрон) 800,2 (8,29) кДж / моль ( еВ ) щільність (при н. у. ) 2,34 г / см³ Температура плавлення 2 348 K [2] [3] (2075 ° C) Температура кипіння 4 138 K [2] (3865 ° C) Уд. теплота плавлення 23,60 кДж / моль Уд. теплота випаровування 504,5 кДж / моль Питома теплоємність 11,09 [4] Дж / (K моль) молярний об'єм 4,6 см ³ / моль Структура ґратки ромбоедрична параметри решітки a = 10,17; α = 65,18 Å Ставлення c / a 0,576 температура Дебая 1250 K теплопровідність (300 K) 27,4 Вт / (м · К) номер CAS 7440-42-8

Бор (B, лат. borum) - хімічний елемент 13-й групи, другого періоду періодичної системи (За застарілою короткої формі періодичної системи належить до головної підгрупи III групи, або до групи IIIA) з атомним номером 5. Безбарвна, сіре або червоне кристалічна або темне аморфне речовина. Відомо більше 10 аллотропних модифікацій бору, освіту і взаємні переходи яких визначаються температурою , При якій бор був отриманий [4] .

Назва елемента походить від арабського слова буряк ( араб. بورق) або перського бурах ( перс. بوره) [5] , Які використовувалися для позначення бури [6] .

Середній вміст бору в земній корі становить 4 г / т . Незважаючи на це, відомо близько 100 власних мінералів бору; в «чужих» мінералах він майже не зустрічається. Це пояснюється, перш за все, тим, що у комплексних аніонів бору (а саме в такому вигляді він входить в більшість мінералів) немає достатньо поширених аналогів. Майже у всіх мінералах бор пов'язаний з киснем, а група фторовмісних сполук зовсім нечисленна. Елементарний бор в природі не зустрічається. Він входить в багато з'єднання і широко поширений, особливо в невеликих концентраціях; у вигляді боросилікат і боратов, а також у вигляді ізоморфної домішки в мінералах входить до складу багатьох вивержених і осадових порід. Бор відомий в нафтових і морських водах (в морській воді 4,6 мг / л [7] ), В водах соляних озер, гарячих джерел і грязьових вулканів.

Основні мінеральні форми бору:

Також розрізняють кілька типів родовищ бору:

• Родовища боратов в магнезіальних апатиту :
  • людвігітовие і людвігіто-магнетитові руди;
  • котоітовие руди в доломітових мраморах і кальцифиров;
  • ашарітовие і ашарити-магнетитові руди.
• Родовища боросилікат в вапняних скарнах ( датолітовие і данбурітовие руди );
• Родовища боросилікат в грейзенах , Вторинних кварцитів і гідротермальних жилах (турмалінові концентрації);
• Вулканогенно-осадові:
  • борні руди, відкладені з продуктів вулканічної діяльності;
  • перевідкладені боратовие руди в озерних опадах;
  • поховані осадові боратовие руди.
• Галогенно-осадові родовища:
  • родовища боратів в галогенних опадах;
  • родовища боратів в гіпсовій капелюсі над соляними куполами.

найбільше родовище Росії знаходиться в Дальнегорська (Примор'я). Воно відноситься до боросилікатного типу. У цьому одному компактному родовищі зосереджено не менше 3% всіх світових запасів бору. На діючому при родовищі гірничо-хімічному підприємстві випускається боросодержащей продукція, яка задовольняє потреби вітчизняної промисловості. При цьому 75% продукції йде на експорт в Корею , Японію і Китай [ Джерело не вказано 2278 днів ].

• Найбільш чистий бор отримують пиролизом бороводородов . Такий бор використовується для виробництва напівпровідникових матеріалів і тонких хімічних синтезів.

B 2 H 6 → t 2 B + 3 H 2 {\ displaystyle {\ mathsf {B_ {2} H_ {6} \ {\ xrightarrow {\ t \}} \ 2B + 3H_ {2}}}}

• Метод металлотермии (частіше відновлення магнієм або натрієм):

B 2 O 3 + 3 M g ⟶ 3 M g O + 2 B {\ displaystyle {\ mathsf {B_ {2} O_ {3} + 3Mg \ longrightarrow 3MgO + 2B}}} K B F 4 + 3 N a ⟶ 3 N a F + K F + B {\ displaystyle {\ mathsf {KBF_ {4} + 3Na \ longrightarrow 3NaF + KF + B}}}

• Термічний розклад парів бромида бору на розпеченій (1000-1200 ° C) вольфрамової дроті в присутності водню (Метод Ван-Аркеля):

2 B B r 3 + 3 H 2 → W 2 B + 6 H B r {\ displaystyle {\ mathsf {2BBr_ {3} + 3H_ {2} {\ xrightarrow {\ W \}} \ 2B + 6HBr}}}

Надзвичайно тверда речовина (поступається тільки алмазу , нітриду бору (боразона) , карбіду бору , Сплаву бор-вуглець-кремній, карбіду скандію-титану). Володіє крихкістю і напівпровідниковими властивостями (ширококутного напівпровідник ).

У бору - найвищий межа міцності на розрив 5,7 ГПа.

Ізотопи бору [ правити | правити код ]

У природі бор знаходиться у вигляді двох ізотопів 10В (19,8%) і 11В (80,2%) [8] [9] .

10В має дуже високу перетин захоплення теплових нейтронів , Рівне 3837 барн (Для більшості нуклідів це перетин близько до одиницям або часткам барна), причому при захопленні нейтрона утворюються два нерадіоактивних ядра (альфа-частинки і літій-7), дуже швидко гальмуючий в середовищі, а проникаюча радіація (гамма-кванти) при цьому відсутня, на відміну від аналогічних реакцій захоплення нейтронів іншими нуклідами:

10B + n → 11B * → α + 7Li + 2,31 МеВ .

Тому 10В в складі борної кислоти та інших хімічних сполук застосовується в атомних реакторах для регулювання реактивності , А також для біологічного захисту від теплових нейтронів. Крім того, бор застосовується в нейтрон-загарбної терапії раку.

Крім двох стабільних, відомо ще 12 радіоактивних ізотопів бору, з них найбільш довготривалим є 8В з періодом напіврозпаду 0,77 с.

Всі ізотопи бору виникли в міжзоряному газі в результаті розщеплення важких ядер космічними променями , Або при вибухах наднових .

За багатьма фізичними і хімічними властивостями неметалл бор нагадує кремній .

Хімічно бор досить інертний і при кімнатній температурі взаємодіє тільки з фтором :

2 B + 3 F 2 ⟶ 2 B F 3 ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {2B + 3F_ {2} \ longrightarrow 2BF_ {3} \ uparrow}}}

При нагріванні бор реагує з іншими галогенами з утворенням тригалогенидов, з азотом утворює нітрид бору BN, з фосфором - фосфід BP, з вуглецем - карбіди різного складу (B4C, B12C3, B13C2). При нагріванні в атмосфері кисню або на повітрі бор згоряє з великим виділенням теплоти, утворюється оксид B2O3 :

4 B + 3 O 2 ⟶ 2 B 2 O 3 {\ displaystyle {\ mathsf {4B + 3O_ {2} \ longrightarrow 2B_ {2} O_ {3}}}}

З воднем бор безпосередньо не взаємодіє, хоча відомо досить велике число бороводородов (боранов) різного складу, одержуваних при обробці боридів лужних або лужноземельних металів кислотою:

M g 3 B 2 + 6 HC l ⟶ B 2 H 6 ↑ + 3 M g C l 2 {\ displaystyle {\ mathsf {Mg_ {3} B_ {2} + 6HCl \ longrightarrow B_ {2} H_ {6} \ uparrow + 3MgCl_ {2}}}}

При сильному нагріванні бор проявляє відновні властивості. Він здатний, наприклад, відновити кремній або фосфор з їх оксидів:

3 S i O 2 + 4 B ⟶ 3 S i + 2 B 2 O 3 {\ displaystyle {\ mathsf {3SiO_ {2} + 4B \ longrightarrow 3Si + 2B_ {2} O_ {3}}}} 3 P 2 O 5 + 10 B ⟶ 5 B 2 O 3 + 6 P {\ displaystyle {\ mathsf {3P_ {2} O_ {5} + 10B \ longrightarrow 5B_ {2} O_ {3} + 6P}}}

Дана властивість бору можна пояснити дуже високою міцністю хімічних зв'язків в оксиді бору B2O3 .

При відсутності окислювачів бор стійкий до дії розчинів лугів . Розчиняється в розплаві суміші гідроксиду та нітрату калію:

2 B + 2 KOH + 3 KNO 3 → ot 2 KBO 2 + 3 KNO 3 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {2B + 2KOH + 3KNO_ {3} {\ xrightarrow [{}] {^ {o} t }} 2KBO_ {2} + 3KNO_ {3} + H_ {2} O}}}

У гарячої азотної , сірчаної кислотах і в царській горілці бор розчиняється з утворенням борної кислоти H3BO3.

оксид бору B2O3 - типовий кислотний оксид. Він реагує з водою з утворенням борної кислоти :

B 2 O 3 + 3 H 2 O ⟶ 2 H 3 B O 3 {\ displaystyle {\ mathsf {B_ {2} O_ {3} + 3H_ {2} O \ longrightarrow 2H_ {3} BO_ {3}}}}

При взаємодії борної кислоти з лугами виникають солі не самою борної кислоти - борати (що містять аніон BO33-), а тетраборат , Наприклад:

4 H 3 BO 3 + 2 N a OH ⟶ N a 2 B 4 O 7 + 7 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4H_ {3} BO_ {3} + 2NaOH \ longrightarrow Na_ {2} B_ {4} O_ {7} + 7H_ {2} O}}}

У 2014 р дослідниками з Німеччини було отримано біс (діазабороліл) берилію, в якому атоми берилію і бору утворюють двухцентровие двухелектронних зв'язок (2c-2e), вперше отриманий і нехарактерну для сусідніх елементів в періодичної таблиці [10] [11] .

Елементарний бор [ правити | правити код ]

Бор (у вигляді волокон) служить зміцнюючих речовиною багатьох композиційних матеріалів .

Також бор часто використовують в електроніці як акцепторной добавки для зміни типу провідності кремнію .

Бор застосовується в металургії в якості мікролегірующего елемента , Значно підвищує прокаливаемость сталей .

Бор застосовується і в медицині при бор-нейтронозахватної терапії (Спосіб виборчого ураження клітин злоякісних пухлин) [12] .

Сполуки бору [ правити | правити код ]

карбід бору застосовується в компактному вигляді для виготовлення газодинамічних підшипників .

перборати / Пероксоборати (містять іон [B2 (O2) 2 (OH) 4] 2-) [B4O12H8] -) застосовуються як окислювальні агенти. Технічний продукт містить до 10,4% «активного кисню», на їх основі виробляють відбілювачі , Що не містять хлор ( « персіль »,« персоль " та ін.).

Окремо також варто вказати на те, що сплави бор-вуглець-кремній мають надвисокої твердістю і здатні замінити будь-який шліфувальний матеріал (крім алмазу , нітриду бору по мікротвердості), а по вартості та ефективності шліфування (економічної) перевершують всі відомі людству абразивні матеріали .

Сплав бору з магнієм ( диборид магнію MgB2) володіє, на даний момент, рекордно високою критичною температурою переходу в надпровідний стан серед надпровідників першого роду [13] . Поява вищевказаної статті стимулювало значне зростання робіт з цієї тематики [14] .

Борна кислота (B (OH) 3) широко застосовується в атомній енергетиці в якості поглинача нейтронів в ядерних реакторах типу ВВЕР (PWR) на «теплових» ( «повільних») нейтронах. Завдяки своїм нейтронно-фізичних характеристик і можливості розчинятися у воді застосування борної кислоти робить можливим плавне (НЕ ступеневу) регулювання потужності ядерного реактора шляхом зміни її концентрації в теплоносії - так зване « борне регулювання ».

нітрид бору , Активоване вуглецем, є люмінофором зі свіченням від синього до жовтого кольору під дією ультрафіолету . Володіє самостійної фосфоресценції в темряві і активується органічними речовинами при нагріванні до 1000 ° C. Виготовлення люмінофорів з нітриду бору, складу BN / C не має промислового призначення, але широко практикувалося хіміками-аматорами в першій половині XX століття.

боросилікатне скло - скло звичайного складу, в якому замінюють лужні компоненти у вихідній сировині на окис бору (B2O3).

фторид бору BF3 при нормальних умовах є газоподібним речовиною, використовується як каталізатор в оргсінтезу , А також як робоче тіло в газонаповнених детекторах теплових нейтронів завдяки захопленню нейтронів бором-10 з утворенням ядер літію-7 і гелію-4, іонізуючих газ (див. реакцію вище ).

Бороводні і борорганічні з'єднання [ правити | правити код ]

Ряд похідних бору ( Бороводні ) Є ефективними ракетними паливами ( диборан B2H6, пентаборан , тетраборан і ін.), а деякі полімерні сполуки бору з воднем і вуглецем стійки до хімічних впливів і високих температур (як широко відомий пластик карборан -22).

Боразон і його гексагідрід [ правити | правити код ]

нітрид бору (Боразон) подібний (за складом електронів) вуглецю. На його основі утворюється велика група сполук, в чомусь подібних органічним.

Так, гексагідрід боразона (H3BNH3, схожий на етан за будовою) при звичайних умовах тверде з'єднання з щільністю 0,78 г / см3, містить майже 20% водню по масі. Його можуть використовувати водневі паливні елементи , що живлять електромобілі [15] .

NFPA 704 :

Бор - важливий мікроелемент, необхідний для нормальної життєдіяльності рослин. Недолік бору зупиняє їх розвиток, викликає у культурних рослин різні хвороби. В основі цього лежать порушення окислювальних і енергетичних процесів в тканинах, зниження біосинтезу необхідних речовин. При дефіциті бору в грунті в сільському господарстві застосовують виборні мікродобрива ( Борна кислота , бура та інші), що підвищують урожай, що поліпшують якість продукції і запобігають ряд захворювань рослин. [ Джерело не вказано 1 964 дня ]

Роль бору в тваринному організмі не з'ясована. У м'язової тканини людини міститься (0,33-1) ⋅10-4% бору, в кістковій тканині (1,1-3,3) ⋅10-4%, в крові - 0,13 мг / л [ Джерело не вказано 1 964 дня ]. Щодня з їжею людина отримує 1-3 мг бору [ Джерело не вказано 1 964 дня ]. Токсична доза - 4 г [ Джерело не вказано 1 964 дня ]. ЛД₅₀ ≈ 6 г / кг маси тіла [16] .

Один з рідкісних типів дистрофії рогівки пов'язаний з геном, що кодує білок-транспортер , Імовірно регулює внутрішньоклітинну концентрацію бору [17] .

1. ↑ Вказано діапазон значень атомної маси в зв'язку з різною поширеністю ізотопів в природі.

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 року (IUPAC Technical Report) (Англ.) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85, no. 5. - P. 1047-1078. - DOI : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ 1 2 Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data / Eds .: W. Martienssen; H. Warlimont. - Springer Berlin Heidelberg, 2005. - 1121 p. - ISBN 3-540-44376-2 .
3. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / Ed .: David R. Lide; William M. Haynes; Thomas J. Bruno. - 95th ed. - CRC Press, 2014. - 2704 p. - ISBN 978-1-48-220867-2 . архівна копія від 28 вересня 2015 на Wayback Machine
4. ↑ 1 2 Бор // Хімічна енциклопедія: у 5 т / Кнунянц І. Л. (Гл. Ред.). - М.: Радянська енциклопедія , 1988. - Т. 1: А-Дарзана. - С. 299. - 623 с. - 100 000 прим. - ISBN 5-85270-008-8 .
5. ↑ Shipley, Joseph T. The Origins of English Words: A Discursive Dictionary of Indo-European Roots . - JHU Press, 2001. - ISBN 9780801867842 .
6. ↑ Etymology of Elements (неопр.). innvista. Дата обігу 6 2009. Читальний зал 27 травня 2012 року.
7. ↑ JP Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
8. ↑ Громов В. В. Поділ і використання стабільних ізотопів бору. - Москва: ВИНИТИ, 1990..
9. ↑ Рисований В. Д., Захаров А. В. та ін. Бор в ядерній техніці. - 2-е, перераб. і доп .. - Димитровград: ВАТ "ГНЦ НДІАР", 2011. - 668 с.
10. ↑ Jennifer Newton. Boron and beryllium finally shake hands (Англ.) (24 листопада 2014 року). Дата звернення 27 вересня 2015.
11. ↑ Arnold T., Braunschweig H., Ewing WC, Kramer T., Mies J., Schuster JK Beryllium bis (diazaborolyl): old neighbors finally shake hands // Chemical Communications. - 2015. - Т. 51, № 4. - С. 737-740. - ISSN 1359-7345 . - DOI : 10.1039 / c4cc08519a .
12. ↑ Сергій Таскаев (ІЯФ) про бор-нейтронозахватної терапії (неопр.) (Недоступна посилання). Дата обігу 28 липня 2010 року. Читальний зал 5 серпня 2010 року.
13. ↑ Superconductivity of MgB2: Covalent Bonds Driven Metallic JM An and WE Pickett Phys . Rev. Lett. 86, 4366 - 4369 (2001)
14. ↑ arXiv.org Search
15. ↑ ... Автомобілі на водневих таблетках
16. ↑ [1]
17. ↑ Vithana, En; Morgan, P; Sundaresan, P; Ebenezer, Nd; Tan, Dt; Mohamed, Md; Anand, S; Khine, Ko; Venkataraman, D; Yong, Vh; Salto-Tellez, M; Venkatraman, A; Guo, K; Hemadevi, B; Srinivasan, M; Prajna, V; Khine, M; Casey, Jr; Inglehearn, Cf; Aung, T (Jul 2006). "Mutations in sodium-borate cotransporter SLC4A11 cause recessive congenital hereditary endothelial dystrophy (CHED2)". Nature genetics. 38 (7): 755-7. DOI : 10.1038 / ng1824 . ISSN 1061-4036 . PMID 16767101 .