Бор (элемент)

5	Бериллий Бор Углерод
	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 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)

У этого термина существуют и другие значения, см. Бор.

У этого термина существуют и другие значения, см. B.

5	Бор
B 10,811
2s²2p¹

Бор в 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 в 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].

[править] 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. بورقвЋвЋ) или персидского бурах (перс. بورهвЋ) ^[2], которые использовались для обозначения буры^[3].

[править] 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:

Месторождения боратов в магнезиальных скарнах:

людвигитовые и людвигито-магнетитовые руды;
котоитовые руды в доломитовых мраморах и кальцифирах;
ашаритовые и ашарито-магнетитовые руды.

Месторождения боросиликатов в известковых скарнах (датолитовые и данбуритовые руды);
Месторождения боросиликатов в грейзенах, вторичных кварцитах и гидротермальных жилах (турмалиновые концентрации);
Вулканогенно-осадочные:

борные руды, отложенные из продуктов вулканической деятельности;
переотложенные боратовые руды в озёрных осадках;
погребённые осадочные боратовые руды.

Галогенно-осадочные месторождения:

месторождения боратов в галогенных осадках;
месторождения боратов в гипсовой шляпе над соляными куполами.

Крупнейшее месторождение России находится в Дальнегорске (Приморье). Оно относится к боросиликатному типу. В этом одном компактном месторождении сосредоточено не менее 3% всех мировых запасов бора. На действующем при месторождении горно-химическом предприятии, выпускается боросодержащая продукция, которая удовлетворяет потребности отечественной промышленности. При этом 75% продукции идёт на экспорт в Корею, Японию и Китай^[5].

[править] 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):

$\mathrm{B_2O_3 + 3 \ Mg \longrightarrow 3 \ MgO + 2 \ B}$

$\mathrm{KBF_4 + 3 \ Na \longrightarrow 3 \ NaF + \ KF + \ B}$

2. Термическое разложение паров бромида бора на раскаленной (1000в1200 °C) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода (метод Ван-Аркеля):

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

[править] 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 %)^[6].

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

[править] 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:

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

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

$\mathrm{4B + 3 \ O_2 \longrightarrow 2 \ B_2O_3}$

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

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

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

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

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

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 $~H_3BO_3$ .

Оксид бора $~B_2O_3$ в типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты:

$\mathrm{B_2O_3 + 3 \ H_2O \longrightarrow 2 \ H_3BO_3}$

При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты в бораты (содержащие анион BO₃^3в), а тетрабораты, например:

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

[править] Применение

[править] 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)^[7].

[править] Соединения бора

Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Пербораты / пероксобораты (содержат ион [B₂(O₂)₂(OH)₄]₂^в) 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^[8]. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой паллетный рост работ по этой тематике^[9].

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 в 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.

[править] 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).

[править] 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 г/см³, содержит почти 20 % водорода по весу. Его могут использовать водородные топливные элементы, питающие электромобили^[10].

[править] Биологическая роль

Бор в 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 (0,33в1)·10^в4 % бора, в костной ткани (1,1в3,3)·10^в4 %, в крови в 0,13 мг/л. Ежедневно с пищей человек получает 1в3 мг бора. Токсичная доза в 4 г.

Один из редких типов дистрофии роговицы связан с геном, кодирующим белок-транспортер, предположительно регулирующий внутриклеточную концентрацию бора^[11].

[править] Стоимость

Бор 80%-го обогащения по изотопу ¹⁰В можно было купить^{[когда?]} по цене 2-3 тыс. $ США/кг.^{[источник не указан 74 дня]}

[править] Примечания

в‘ ¹ ² Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. в Москва: Советская энциклопедия, 1988. в Т. 1. в С. 299. в 623 с. в 100 000 экз.
в‘ Shipley Joseph T. The Origins of English Words: A Discursive Dictionary of Indo-European Roots. в JHU Press, 2001. в ISBN 9780801867842
в‘ Etymology of Elements. innvista. Проверено 6 июня 2009.
в‘ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
в‘ БОР в enci - Dalas
в‘ В. В. Громов. Разделение и использование стабильных изотопов бора. в Москва: ВИНИТИ, 1990.
в‘ Сергей Таскаев (ИЯФ) о бор-нейтронозахватной терапии
в‘ Superconductivity of MgB₂: Covalent Bonds Driven Metallic J. M. An and W. E. Pickett Phys. Rev. Lett. 86, 4366 в 4369 (2001)
в‘ arXiv.org Search
в‘ вавтомобили на водородных таблетках
в‘ 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): 7557. DOI:10.1038/ng1824. ISSN 1061-4036. PMID 16767101.

[править] Ссылки

Соединения бора

Арсенид бора (BAs) Боразол (B₃N₃H₆) Борная кислота (H₃BO₃) Борогидрид натрия (NaBH₄) Диборан (B₂H₆) Карбид бора (B₄C) Метаборат натрия (NaBO₂) Нитрид бора (BN) Оксид бора (B₂O₃) Пентаборат натрия (NaB₅O₈) Субоксид бора (B₆O) Сульфид бора (B₂S₃) Тетраборан (B₄H₁₀) Тетраборат натрия (Na₂B₄O₇) Тетрагидридоборат лития (Li[BH₄]) Тетрафторид бора (B₂F₄) Тетрафтороборат водорода (H[BF₄]) Тетрафтороборат натрия (Na[BF₄]) Трибромид бора (BBr₃) Трииодид бора (BI₃) Трифторид бора (BF₃) Трихлорид бора (BCl₃) Фосфид бора (BP)

[.D0.A5.D0.AD-0] в‘ ¹ ² Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. в Москва: Советская энциклопедия, 1988. в Т. 1. в С. 299. в 623 с. в 100 000 экз.

[1] в‘ Shipley Joseph T. The Origins of English Words: A Discursive Dictionary of Indo-European Roots. в JHU Press, 2001. в ISBN 9780801867842

[2] в‘ Etymology of Elements. innvista. Проверено 6 июня 2009.

[3] в‘ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965

[4] в‘ БОР в enci - Dalas

[5] в‘ В. В. Громов. Разделение и использование стабильных изотопов бора. в Москва: ВИНИТИ, 1990.

[6] в‘ Сергей Таскаев (ИЯФ) о бор-нейтронозахватной терапии

[7] в‘ Superconductivity of MgB₂: Covalent Bonds Driven Metallic J. M. An and W. E. Pickett Phys. Rev. Lett. 86, 4366 в 4369 (2001)

[8] в‘ arXiv.org Search

[9] в‘ вавтомобили на водородных таблетках

[10] в‘ 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): 7557. DOI:10.1038/ng1824. ISSN 1061-4036. PMID 16767101.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

Бор (элемент)

Содержание

[править] История и происхождение названия

[править] Нахождение в природе

[править] Получение

[править] Физические свойства

[править] Химические свойства

[править] Применение

[править] Элементарный бор

[править] Соединения бора

[править] Бороводороды и борорганические соединения

[править] Боразон и его гексагидрид

[править] Биологическая роль

[править] Стоимость

[править] Примечания

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках