Shvsmizmailovo.ru

Анапестический ресурс

Бор (элемент)
5 БериллийБорУглерод
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий Унуноктий
5B
Внешний вид простого вещества

Тёмно-коричневое или чёрное вещество
Свойства атома
Имя, символ, номер

Бор / Borum (B), 5

Атомная масса
(молярная масса)

10,811 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[He] 2s2 2p1

Радиус атома

98 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

82 пм

Радиус иона

23 (+3e) пм

Электроотрицательность

2,04 (шкала Полинга)

Степени окисления

+3

Энергия ионизации
(первый электрон)

800,2(8,29) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

2,34 г/см³

Температура плавления

2573 K

Температура кипения

3931 K

Теплота плавления

23,60 кДж/моль

Теплота испарения

504,5 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

11,09[1] Дж/(K·моль)

Молярный объём

4,6 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

ромбоэдрическая

Параметры решётки

a=10,17; α=65,18 Å

Отношение c/a

0,576

Температура Дебая

1250 K

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 27,4 Вт/(м·К)

5
Бор
B
10,811
2s22p1

Бор — элемент главной подгруппы третьей группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 5. Обозначается символом B (лат. Borum). В свободном состоянии бор — бесцветное, серое или красное кристаллическое либо тёмное аморфное вещество. Известно более 10 аллотропных модификаций бора, образование и взаимные переходы которых определяются температурой, при которой бор был получен[1].

Содержание

История и происхождение названия

Впервые получен в 1808 году французскими физиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Через несколько месяцев бор получил Х. Дэви электролизом расплавленного B2O3.

Название элемента произошло от арабского слова бурак (араб. بورق‎‎) или персидского бурах (перс. بوره‎) [2], которые использовались для обозначения буры[3].

Нахождение в природе

Среднее содержание бора в земной коре 4 г/т. Несмотря на это, известно около 100 собственных минералов бора; в «чужих» минералах он почти не встречается. Это объясняется прежде всего тем, что у комплексных анионов бора (а именно в таком виде он входит в большинство минералов) нет достаточно распространенных аналогов. Почти во всех минералах бор связан с кислородом, а группа фторсодержащих соединений совсем малочисленна. Элементарный бор в природе не встречается. Он входит во многие соединения и широко распространён, особенно в небольших концентрациях; в виде боросиликатов и боратов, а также в виде изоморфной примеси в минералах входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Бор известен в нефтяных и морских водах (в морской воде 4,6 мг/л[4]), в водах соляных озёр, горячих источников и грязевых вулканов.


Основные минеральные формы бора:

Боросиликаты: датолит CaBSiO4OH, данбурит CaB2Si2O8
Бораты: бура Na2B4O7 • 10H2O, ашарит MgBO2(OH), гидроборацит (Ca, Mg)B6O11 • 6H2O, иниоит Ca2B6O11 • 13H2O, калиборит KMg2B11O19 • 9H2O.

Так же различают несколько типов месторождений бора:

  1. людвигитовые и людвигито-магнетитовые руды;
  2. котоитовые руды в доломитовых мраморах и кальцифирах;
  3. ашаритовые и ашарито-магнетитовые руды.
  1. борные руды, отложенные из продуктов вулканической деятельности;
  2. переотложенные боратовые руды в озёрных осадках;
  3. погребённые осадочные боратовые руды.
  • Галогенно-осадочные месторождения:
  1. месторождения боратов в галогенных осадках;
  2. месторождения боратов в гипсовой шляпе над соляными куполами.

Получение

Наиболее чистый бор получают пиролизом бороводородов. Такой бор используется для производства полупроводниковых материалов и тонких химических синтезов.

1. Метод металлотермии (чаще восстановление магнием или натрием):

2. Термическое разложение паров бромида бора на раскаленной (1000—1200 °C) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода (метод Ван-Аркеля):

Физические свойства

Сечения захвата нейтронов изотопами 10В (верхняя кривая) и 11В (нижняя кривая).

Чрезвычайно твёрдое вещество (уступает только алмазу, нитриду углерода, нитриду бора (боразону), карбиду бора, сплаву бор-углерод-кремний, карбиду скандия-титана). Обладает хрупкостью и полупроводниковыми свойствами (широкозонный полупроводник).

В природе бор находится в виде двух изотопов 10В (20 %) и 11В (80 %)[5].

10В имеет очень высокое сечение поглощения тепловых нейтронов, поэтому 10В в составе борной кислоты применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности.

Химические свойства

Ионы бора окрашивают пламя в зелёный цвет

По многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает кремний.

Химически бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором:

.

При нагревании бор реагирует с другими галогенами с образованием тригалогенидов, с азотом образует нитрид бора BN, с фосфором — фосфид BP, с углеродом — карбиды различного состава (B4C, B12C3, B13C2). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, образуется оксид B2O3:

С водородом бор напрямую не взаимодействует, хотя известно довольно большое число бороводородов (боранов) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов кислотой:

При сильном нагревании бор проявляет восстановительные свойства. Он способен, например, восстановить кремний или фосфор из их оксидов:

Данное свойство бора можно объяснить очень высокой прочностью химических связей в оксиде бора B2O3.

При отсутствии окислителей бор устойчив к действию растворов щелочей. В горячей азотной, серной кислотах и в царской водке бор растворяется с образованием борной кислоты .

Оксид бора  — типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты:

При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты — бораты (содержащие анион BO33−), а тетрабораты, например:

Применение

Элементарный бор

Бор (в виде волокон) служит упрочняющим веществом многих композиционных материалов.

Также бор часто используют в электронике для изменения типа проводимости кремния.

Бор применяется в металлургии в качестве микролегирующего элемента, значительно повышающего прокаливаемость сталей.

Бор применяется и в медицине при бор-нейтронозахватной терапии (способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей)[6].

Соединения бора

Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Пербораты / пероксобораты (содержат ион [B2(O2)2(OH)4]2) Технический продукт содержит до 10,4 % «активного кислорода», на их основе производят отбеливатели, «не содержащие хлор» («персиль», «персоль» и др.).

Отдельно также стоит указать на то что сплавы бор-углерод-кремний обладают сверхвысокой твёрдостью и способны заменить любой шлифовальный материал (кроме алмаза, нитрида бора по микротвёрдости), а по стоимости и эффективности шлифования (экономической) превосходят все известные человечеству абразивные материалы.

Сплав бора с магнием (диборид магния MgB2) обладает, на данный момент, рекордно высокой критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние среди сверхпроводников первого рода[7]. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой рост работ по этой тематике[8].

Борная кислота (H3BO3) широко применяется в атомной энергетике в качестве поглотителя нейтронов в ядерных реакторах типа ВВЭР (PWR) на «тепловых» («медленных») нейтронах. Благодаря своим нейтронно-физическим характеристикам и возможности растворяться в воде, применение борной кислоты делает возможным плавное (не ступенчатое) регулирование мощности ядерного реактора путем изменения её концентрации в теплоносителе — так называемое «борное регулирование».

Нитрид бора активированный углеродом является люминофором с свечением в УФ от синего до жёлтого цвета и обладает самостоятельной фосфоресценцией в темноте и активируется органическими веществами при нагреве до 1000 °C. Изготовление люминофоров из нитрида бора, состава BN/C не имеет промышленного назначения, но являлся широкой любительской практикой в первой половине XX века.

Бороводороды и борорганические соединения

Ряд производных бора (бороводороды) являются чрезвычайно эффективными ракетными топливами (диборан B2H6, пентаборан, тетраборан и др.), а некоторые полимерные соединения с водородом и углеродом являются чрезвычайно стойкими к химическим воздействиям и высоким температурам (как широко известный пластик Карборан-22).

Боразон и его гексагидрид

Нитрид бора (боразон) подобен (по составу электронов) углероду. На его основе образуется обширная группа соединений, чем-то подобные органическим.

Так, гексагидрид боразона (H3BNH3, похож на этан по строению) при обычных условиях твёрдое соединение с плотностью 0,78 гр/кубСм, содержит почти 20 % водорода по весу. Его могут использовать водородные топливные элементы, питающие электромобили[9].

Биологическая роль

Бор — важный микроэлемент, необходимый для нормальной жизнедеятельности растений. Недостаток бора останавливает их развитие, вызывает у культурных растений различные болезни. В основе этого лежат нарушения окислительных и энергетических процессов в тканях, снижение биосинтеза необходимых веществ. При дефиците бора в почве в сельском хозяйстве применяют борные микроудобрения (борная кислота, бура и другие), повышающие урожай, улучшающие качество продукции и предотвращающие ряд заболеваний растений.

Роль бора в животном организме не выяснена. В мышечной ткани человека содержится (0,33—1)·10−4 % бора, в костной ткани (1,1—3,3)·10−4 %, в крови — 0,13 мг/л. Ежедневно с пищей человек получает 1—3 мг бора. Токсичная доза — 4 г.

Один из редких типов дистрофии роговицы связан с геном, кодирующим белок-транспортер, предположительно регулирующий внутриклеточную концентрацию бора[10].

Стоимость

Бор 80%-го обогащения по изотопу 10В можно было купить[когда?] по цене 2-3 тыс. $ США/кг.[источник не указан 201 день]

Примечания

  1. 1 2 Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 299. — 623 с. — 100 000 экз.
  2. The Origins of English Words: A Discursive Dictionary of Indo-European Roots. — JHU Press, 2001. — ISBN 9780801867842
  3. Etymology of Elements. innvista. Проверено 6 июня 2009.
  4. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  5. В. В. Громов Разделение и использование стабильных изотопов бора. — Москва: ВИНИТИ, 1990.
  6. Сергей Таскаев (ИЯФ) о бор-нейтронозахватной терапии
  7. Superconductivity of MgB2: Covalent Bonds Driven Metallic J. M. An and W. E. Pickett Phys. Rev. Lett. 86, 4366 — 4369 (2001)
  8. arXiv.org Search
  9. …автомобили на водородных таблетках
  10. 10.1038/ng1824. 1061-4036. PMID 16767101.

Ссылки

  • Бор на Webelements
  • Бор в Популярной библиотеке химических элементов
  • Статья в БСЭ

Бор (элемент).