logo alhimikov.net алхимиков.нет
главная контакты карта сайта гостевая книга
 
 

 

 

 

B
бор

БОР (лат. Borum), В, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 5, атомная масса 10,811. Природный бор состоит из двух стабильных нуклидов 10В (19,57%) и 11В.

Конфигурация электронной оболочки: 1s22s2p1. Радиус нейтрального атома бора: 0,088-0,097 нм; радиус иона В3+: 0,025 нм. По шкале Полинга электроотрицательность бора равна 2,04. Для бора наиболее характерно образование соединений в степени окисления +3 (валентность III). Отрицательные степени окисления бор проявляет редко, а с металлами он часто образует нестехиометрические соединения — бориды.

Свойства: по многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает элемент IV A группы, неметалл кремний (Si).

Простое вещество бор имеет несколько модификаций, все они построены из соединенных разным образом группировок атомов бора, представляющих собой икосаэдр B12. Кристаллы бора серовато-черного цвета (очень чистые — бесцветны) и весьма тугоплавки (температура плавления 2074°C, температура кипения 3658°C). Плотность — 2,34 г/см3. Кристаллический бор — полупроводник. По твердости бор среди простых веществ занимает второе (после алмаза) место. Химический бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором:

2B + 3F2 = 2BF3

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

4B + 3O2 = 2B2O3

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

Mg3B2 + 6HCl = B2H6 + 3MgCl2

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

3SiO2 + 4B = 3Si + 2B2O3;

2О5 + 10В = 5В2О3 + 6Р

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 H3BO3. Оксид бора В2О3 — типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты:

В2О3 + 3Н2О = 2H3BO3

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

4H3BO3 + 2NaOH = Na2B4O7 + 7Н2О

История открытия: с древности в ювелирном деле применялось содержащее бор соединение бура, известное средневековым алхимикам под арабским названием burag и латинским — Borax. Буру использовали как плавень — для пайки золота и серебра, для придания легкоплавкости глазури и стеклу. В начале XVIII века из буры было получено вещество, которое позднее стали называть борной кислотой. В 1808 году французские химики Л. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар и опоздавший на 9 дней английский химик Г. Дэви сообщили об открытии элемента. Они получили его прокаливанием борной кислоты с металлическим калием, который незадолго перед этим был открыт Дэви. Французские химики дали название элементу бор, а Дэви — борон (лат. Boron), последнее сохранилось в английском языке.

Нахождение в природе: в природе бор в свободном виде не встречается. Важнейшие минералы: бура — Na2B4O7·10H2O (тетраборат натрия (Na), кернит — Na2B4O7·4H2O и другие природные бораты, сассолин (борная кислота) — H3BO3. Соединения бора (бораты, боросиликаты, бороаммосиликаты), часто в небольших концентрациях, входят в состав вулканических и осадочных пород. Присутствует в воде озер (особенно горьких) и морей. Содержание бора в земной коре 1·10–3 % по массе (28-е место), в воде океанов 4,41·10–4 % (4,4 мг/л).

Получение: в промышленности из природных боратов сплавлением с содой получают буру. При обработке природных минералов бора серной кислотой образуется борная кислота. Из борной кислоты (H3BO3) прокаливанием получают оксид B2O3, а затем его или буру восстанавливают активными металлами (магнием (Mg) или натрием (Na) до свободного бора:

B2O3 + 3Mg = 3MgO + 2B,

2Na2B4O7 + 3Na = B + 7NaBO2.

При этом в виде серого порошка образуется аморфный бор. Кристаллический бор высокой чистоты можно получить перекристаллизацией, но в промышленности его чаще получают электролизом расплавленных фтороборатов или термическим разложением паров бромида бора BBr3 на раскаленной до 1000-1500°C танталовой проволоке в присутствии водорода:

2BBr3 + 3H2 = 2B + 6HBr,

Возможно также использование крекинга бороводородов:

В4H10 = 4B + 5H2.

Применение: бор находит применение в виде добавки при получении коррозионно-устойчивых и жаропрочных сплавов. Поверхностное насыщение стальных деталей бором (борирование) повышает их механические и антикоррозийные свойства. Карбиды бора (В4С и В13С2) обладают высокой твердостью, это — хорошие абразивные материалы. Ранее их широко использовали для изготовления сверл, применяемых зубными врачами (отсюда название бормашина).

Бор (в виде волокон) служит упрочняющим веществом многих композиционных материалов. Сам бор и его соединения — нитрид BN и другие — используются как полупроводниковые материалы и диэлектрики. Газообразный BF используют в счетчиках тепловых нейтронов.

Бор (его нуклид 10В) характеризуется высоким эффективным сечением захвата тепловых нейтронов (3·10–25 м2):

105B + 10 n 42He + 73Li

Важно, что при этой ядерной реакции возникают только стабильные ядра. Поэтому чистый бор и, особенно, его сплавы применяют в виде поглощающих нейтроны материалов при изготовлении регулирующих стержней для ядерных реакторов, замедляющих или прекращающих реакции деления.

Около 50% природных и искусственных соединений бора используют при производстве стекол (так называемые боросиликатные стекла), около 30% — при производстве моющих средств. Наконец, примерно 4-5% соединений бора расходуется при производстве эмалей, глазурей, металлургических флюсов.

В медицине бура и борная кислота (в виде водно-спиртовых растворов) находят применение как антисептические средства. В быту буру или борную кислоту используют для уничтожения бытовых насекомых, в частности, тараканов (бура, попадая в органы пищеварения таракана, кристаллизуется, и образовавшиеся острые игольчатые кристаллы разрушают ткани этих органов).

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.  

назад

 

 Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
© «alhimikov.net»2006      alwa@mail.ru