Характеристика і застосування бору
Історія відкриття:
З давнини людям було відомо природне з’єднання бору, мінерал бура (лат. Borax). Воно знаходило застосування при виробленні шкір, для приготування глазурі і стекол, як флюс в ювелірній справі. На початку 18 століття голландський алхімік Вільгельм Гомберг, нагріваючи буру з сірчаною кислотою, отримав речовини, які називаються зараз борною кислотою і борним ангідридом (оксид бору B2O3).
У 1808 році майже одночасно французькі хіміки Л. Ж. Гей-Люссак і Л. Тенар і англійський хімік Г. Деві прокаливанием борного ангідриду з металевим калієм, отримали нове просте речовина, яка по природному мінералу отримало назву Бор. В англійській мові збереглася назва Boron, яке дав новому елементу Деві.
Знаходження в природі та отримання:
Природний бор складається з двох стабільних ізотопів – 10B (18,9%) і 11B (81,1%).
Зміст бору в земній корі 1 – 10-3% по масі (28 місце), у воді океанів 4,4 – 10-4% (4,4 мг / л). Вищий вміст бору у воді і в донних опадах деяких озер (особливо гірких). Найважливіші мінерали: боросилікат, напр. данбурит CaB2Si2O8, бура – Na2B4O7 – 10H2O, тетраборат натрію, Керн – Na2B4O7 – 4H2O, сассолін (борна кислота) – H3BO3.
З природних мінералів отримують борний ангідрид або тетраборат натрію, які потім відновлюють Металлотермія: B2O3 + 3Mg = 3MgO + 2B, або 2Na2B4O7 + 3Na = B + 7NaBO2.
Бор високого ступеня чистоти, необхідний для виробництва напівпровідників, отримують піролізом бороводородов (B2H6) або розкладанням броміду бору на розпеченій (1000-1200 ° C) вольфрамової дроті в присутності водню. 2BBr3 + 3H2 = 2B + 3HBr.
Фізичні властивості:
Проста речовина бор має кілька аллотропних модифікацій відрізняються за властивостями і кольором – від практично безбарвного (дуже чистий кристалічний бор) до червонуватого або темного порошку (аморфний бор). Кристалічний бор – це тугоплавкі (Тпл = 2074 і Ткип = 3658 ° С) дуже тверді (з простих речовин поступаються лише алмазу) кристали, зазвичай сіро-чорного кольору, напівпровідник.
Хімічні властивості:
Хімічно бор досить інертний і при кімнатній температурі взаємодіє тільки з фтором. 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). При нагріванні в атмосфері кисню або на повітрі бор згоряє з великим виділенням теплоти, утворюється оксид.
Окисні властивості бор проявляє утворюючи бориди в реакції з активними металами (при нагріванні), наприклад Mg3B2. C воднем бор безпосередньо не взаємодіє.
При відсутності окислювачів бор стійкий до дії розчинів лугів і кислот. Гарячої азотної, сірчаної кислотою і царською горілкою бор окислюється з утворенням борної кислоти.
За багатьма фізичних і хімічних властивостях бор нагадує кремній (діагональне схожість в таблиці Менделєєва).
Найважливіші сполуки:
Оксид бору, B2O3 – безбарвна склоподібна маса, кислотний оксид, реагує з водою з утворенням спочатку мета – потім ортоборної кислоти. При сплаві з оксидами металів утворює борати.
Борна кислота – H3BO3 – (ортоборна) – бесцв. кристали, дуже слабка одноосновна к-та, за рахунок рівноваги в розчині: H3BO3 + H2O <=> H + + [B (OH) 4] –
При реакції з лугами утворює солі поліборних кислот (звичайно тетраборат), або метаборной:
4H3BO3 + 2NaOH = Na2B4O7 + 7Н2О; H3BO3 + NaOH = NaBO2 + 2Н2О.
При нагріванні втрачає воду перетворюючись на метаборну (HBO2), потім у тетраборную (H2B4O7) кислоти, і, в підсумку, в оксид бору.
Реагує з спиртами в присутності концентрованої сірчаної кислоти, утворюючи легколетучие ефіри:
H3BO3 + 3 С2H5OH = B (OС2H5) 3 + 3Н2О
При підпалюванні ці ефіри горять зеленим полум’ям, що є якісною реакцією на солі борної кислоти.
Тетраборат натрію Na2B4O7 – (бура безводна), Na2B4O7 * 5Н2О (бура ювелірна) Na2B4O7 * 10Н2О (бура) безбарвні кристалічні речовини, розчиняються у воді утворюючи, внаслідок гідролізу, сильно лужний розчин. При сплаві з оксидами багатьох металів утворює характерно пофарбовані скла метаборатом, що використовується в аналізі: Na2B4O7 + CoO = 2NaBO2 + Co (BO2) 2 (синій)
Пероксоборат натрію Na [B2 (O2) 2 (OH) 4] 2 (перборат). Окислювач за рахунок перекисних містків, діюча речовина відбілювачів, “що не містять хлор” (“персіль”, “персоль” та ін.).
Бороводні BxHy, (борани): сполуки бору з воднем, отруйні в-ва з неприємним запахом: B2H6 і B4H10 – гази, B5H9 – рідина, B10H14 тв. та інші. Отримують при реакції боридів з кислотами, наприклад:
Mg3B2 + 6HCl = B2H6 + 3MgCl2
Здатні самозайматися на повітрі і згоряти з виділенням великої кількості енергії
Застосування:
Бор знаходить застосування у вигляді добавки при отриманні корозійно стійких і жароміцних сплавів, а також для борирования поверхневого шару металів, що також підвищує їх механічні й антикорозійні властивості. У вигляді волокон бор служить зміцнюючих речовиною багатьох композиційних матеріалів.
Бор-10 має здатність поглинати нейтрони: 105B + 10 n = 42He + 73Li. Тому бор і особливо його сплави застосовують у вигляді поглинаючих нейтрони матеріалів при виготовленні регулюючих стрижнів, що уповільнюють або припиняють реакції поділу в ядерних реакторах. Це властивість використовують і в медицині при бор-нейтронозахватної терапії (спосіб виборчого ураження клітин злоякісних пухлин).
Бор і його сполуки – нітрид BN, карбід B4C3, фосфід ВР та інші – застосовують як діелектрики і напівпровідникові матеріали. Сполуки бору використовують при виробництві скла (боросилікатниє скла), емалей, глазурі, металургійних флюсів, а також при виробництві миючих засобів.
Бор – важливий мікроелемент, необхідний для нормальної життєдіяльності рослин, дефіцит бору в грунті усувають, застосовуючи борні мікродобрива (борна кислота, бура та інші).
Роль бору в організмах тварин і людини не з’ясована.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)