Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Бор (елемент)



План:


Введення

Бор - елемент головної підгрупи третьої групи, другого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 5. Позначається символом B ( лат. Borum ). У вільному стані бор - безбарвне, сіре або червоне кристалічний або темне аморфне речовина. Відомо більше 10 аллотропних модифікацій бору, освіта і взаємні переходи яких визначаються температурою, при якій бор було отримано [1].


1. Історія та походження назви

Вперше отриманий в 1808 французькими фізиками Ж. Гей-Люссаком і Л. Тенаром нагріванням борного ангідриду B 2 O 3 з металевим калієм. Через декілька місяців бор отримав Х. Деві електролізом розплавленого B 2 O 3.

Своєю назвою елемент зобов'язаний латинському слову borax, що означає бура (побутова назва солей борної кислоти) від араб. بورق , Бюрак - "білий".


2. Знаходження в природі

Середній вміст бору в земній корі 4 г / т. Незважаючи на це, відомо близько 100 власних мінералів бору; в "чужих" мінералах він майже не зустрічається. Це пояснюється насамперед тим, що у комплексних аніонів бору (а саме в такому вигляді він входить у 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 боросілікатов і боратів, 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 [2]), у водах соляних озер, гарячих джерел і грязьових вулканів.



Основні мінеральні форми бору:

Боросілікати: Датолит CaBSiO 4 OH, данбурит CaB 2 Si 2 O 8
Борати: бура Na 2 B 4 O 7 10H 2 O, ашар MgBO 2 (OH), гідробораціт (Ca, Mg) B 6 O 11 6H 2 O, ініоіт Ca 2 B 6 O 11 13H 2 O, каліборіт KMg 2 B 11 O 19 9H 2 O.

Так само розрізняють декілька типів родовищ бору:

  • Родовища боратів в магнезіальних скарнах:
  1. людвігітовие і людвігіто-магнетитові руди;
  2. котоітовие руди в доломітових мраморах і кальціфірах;
  3. ашарітовие і ашарити-магнетитові руди.
  • Родовища боросілікатов в вапняних апатиту (датолітовие і данбурітовие руди);
  • Родовища боросілікатов в грейзенах, вторинних кварцитах і гідротермальних жилах (турмаліновие концентрації);
  • Вулканогенно-осадові:
  1. борні руди, відкладені з продуктів вулканічної діяльності;
  2. перевідкладення боратовие руди в озерних опадах;
  3. поховані осадові боратовие руди.
  • Галогенною-осадові родовища:
  1. родовища боратів в галогенних відкладах;
  2. родовища боратів в гіпсовій капелюсі над соляними куполами.

3. Отримання

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

1. Метод Металлотермія (частіше відновлення магнієм або натрієм):

\ Mathrm {B_2O_3 + 3 \ Mg \ longrightarrow 3 \ MgO + 2 \ B}

\ Mathrm {KBF_4 + 3 \ Na \ longrightarrow 3 \ NaF + \ KF + \ B}

2. Термічне розкладання парів броміду бору на розпеченій (1000-1200 C) вольфрамової дроті в присутності водню (метод Ван-Аркелем):

\ Mathrm {2BBr_3 + 3 \ H_2 \ longrightarrow 2 \ B + 6 \ HBr}


4. Фізичні властивості

Перетини захоплення нейтронів ізотопами 10 В (верхня крива) і 11 В (нижня крива).

Надзвичайно тверда речовина (поступається лише алмазу, нітриду вуглецю, нітрид бору (боразон), карбіду бору, сплаву бор-вуглець-кремній, карбіду скандію-титану). Володіє крихкістю і напівпровідниковими властивостями (ширококутного напівпровідник).

У природі бор знаходиться у вигляді двох ізотопів 10 В (20%) і 11 В (80%) [3].

10 В має дуже високу перетин поглинання теплових нейтронів, тому 10 В у складі борної кислоти застосовується в атомних реакторах для регулювання реактивності.


5. Хімічні властивості

Іони бору забарвлюють полум'я в зелений колір

За багатьма фізичним та хімічним властивостям неметал бор нагадує кремній.

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

\ Mathrm {2B + 3 \ F_2 \ longrightarrow 2 \ BF_3 \ uparrow} .

При нагріванні бор реагує з іншими галогенами з утворенням трігалогенідов, з азотом утворює нітрид бору BN, з фосфором - фосфід BP, з вуглецем - карбіди різного складу (B 4 C, B 12 C 3, B 13 C 2). При нагріванні в атмосфері кисню чи на повітрі бор згоряє з більшим виділенням теплоти, утворюється оксид B 2 O 3 :

\ Mathrm {4B + 3 \ O_2 \ longrightarrow 2 \ B_2O_3}

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

\ Mathrm {Mg_3B_2 + 6 \ HCl \ longrightarrow \ B_2H_6 \ uparrow + 3 \ MgCl_2}

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

\ Mathrm {3SiO_2 + 4 \ B \ longrightarrow 3 \ Si + 2 \ B_2O_3}

\ Mathrm {3P_2O_5 + 10 \ B \ longrightarrow 5 \ B_2O_3 + 6P}

Дана властивість бору можна пояснити дуже високою міцністю хімічних зв'язків в оксиді бору B 2 O 3.

При відсутності окислювачів бор стійкий до дії розчинів лугів. У гарячій азотної, сірчаної кислотах і в царській горілці бор розчиняється з утворенням борної кислоти ~ H_3BO_3 .

Оксид бору ~ B_2O_3 - Типовий кислотний оксид. Він реагує з водою з утворенням борної кислоти :

\ Mathrm {B_2O_3 + 3 \ H_2O \ longrightarrow 2 \ H_3BO_3}

При взаємодії борної кислоти з лугами виникають солі не самою борної кислоти - борати (що містять аніон BO 3 3 -), а тетраборат, наприклад:

\ Mathrm {4H_3BO_3 + 2 \ NaOH \ longrightarrow \ Na_2B_4O_7 + 7 \ H_2O}


6. Застосування

6.1. Елементарний бор

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

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

Бор застосовується в металургії як мікролегірующего елемента, значно підвищує прокаливаемость сталей.

Бор застосовується і в медицині при бор-нейтронозахватной терапії (спосіб виборчого ураження клітин злоякісних пухлин) [4].


6.2. Сполуки бору

Карбід бору застосовується в компактному вигляді для виготовлення газодинамічних підшипників.

Перборати / пероксоборати (містять іон [B 2 (O 2) 2 (OH) 4] 2 -) Технічний продукт містить до 10,4% "активного кисню", на їх основі виробляють відбілювачі, "не містять хлор" ("персіль" , "персоль" та ін.)

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

Сплав бору з магнієм (диборид магнію MgB 2) має, на даний момент, рекордно високої критичною температурою переходу в надпровідний стан серед надпровідників першого роду [5]. Поява вищевказаної статті стимулювало значне зростання робіт з цієї тематики [6].

Борна кислота (H 3 BO 3) широко застосовується в атомній енергетиці як поглинача нейтронів в ядерних реакторах типу ВВЕР (PWR) на "теплових" ("повільних") нейтронах. Завдяки своїм нейтронно-фізичним характеристикам і можливості розчинятися у воді, застосування борної кислоти робить можливим плавний (не ступеневу) регулювання потужності ядерного реактора шляхом зміни її концентрації в теплоносії - так зване " борное регулювання ".

Нітрид бору активоване вуглецем є люмінофором з світінням в УФ від синього до жовтого кольору і має 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 був широкої аматорської практикою в першій половині XX століття.


6.3. Бороводороди і борорганіческіе з'єднання

Ряд похідних бору ( бороводороди) є надзвичайно ефективними ракетними паливами ( диборан B 2 H 6, пентаборан, тетраборан тощо), а деякі полімерні сполуки з воднем та вуглецем є надзвичайно стійкими до хімічних впливів і високих температур (як широко відомий пластик карборана-22).

6.4. Боразон і його гексагідрід

Нітрид бору (боразон) подібний (за складом електронів) вуглецю. На його основі утворюється велика група сполук, чимось подібні органічним.

Так, гексагідрід боразона (H 3 BNH 3, схожий на етан за будовою) при звичайних умовах тверде з'єднання з щільністю 0,78 гр / кубСм, містить майже 20% водню за вагою. Його можуть використовувати водневі паливні елементи, що живлять електромобілі [7].


7. Біологічна роль

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

Роль бору в тваринному організмі не з'ясована. У м'язової тканини людини міститься (0,33-1) 10 -4% бору , У кістковій тканині (1,1-3,3) 10 -4% , В крові - 0,13 мг / л. Щодня з їжею людина отримує 1-3 мг бору. Токсична доза - 4 г.

Один з рідкісних типів дистрофії рогівки пов'язаний з геном, що кодує білок-транспортер, імовірно регулюючий внутрішньоклітинну концентрацію бору [8].


Примітки

  1. 1 2 Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т - Москва: Радянська енциклопедія, 1988. - Т. 1. - С. 299. - 623 с. - 100000 прим .
  2. JP Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  3. В. В. Громов Поділ і використання стабільних ізотопів бору - Москва: ВІНІТІ, 1990.
  4. Сергій Таскаев (ІЯФ) про бор-нейтронозахватной терапії - www.computerra.ru/science/532948/
  5. Superconductivity of MgB 2: Covalent Bonds Driven Metallic JM An and WE Pickett Phys. Rev. Lett. 86, 4366 - 4369 (2001)
  6. arXiv.org Search - arxiv.org/find/all/1/all: MgB2/0/1/0/all/0/1
  7. ... Автомобілі на водневих таблетках - www.membrana.ru/particle/1967
  8. 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 - dx.doi.org/10.1038/ng1824. ISSN 1061-4036 - worldcat.org/issn/1061-4036. PMID 16767101.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Бор
Бор (хвиля)
Бор, Харальд
Бор (ліс)
Срібний Бор
Бор, Нільс
Трубників Бор
Бузулукський бор
Бор (Всеволожский район)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru