BOR: POVIJEST, SVOJSTVA, STRUKTURA, NAMJENE - KEMIJA - 2025

Bor je nemetalni element koji vodi skupina 13 periodičke tablice elemenata i predstavljen kemijskom simbolom B Njegova je atomski broj 5, a jedini nemetalni element grupe; iako ga neki kemičari smatraju metaloidom.

Čini se kao crno smeđi prah, a nalazi se u omjeru 10 ppm u odnosu na zemljinu koru. Stoga nije jedan od najbogatijih elemenata.

Uzorak bora s čistoćom oko 99%. Izvor: Alajhasha

Nalazi se kao dio nekoliko minerala poput boraksa ili natrijevog borata, od kojih je najčešći mineral bora. Postoje i kurnit, drugi oblik natrijevog borata; kolemanit ili kalcijev borat; i uleksit, natrijev i kalcijev borat.

Borati se miniraju u Sjedinjenim Američkim Državama, Tibetu, Kini i Čileu, a ukupna proizvodnja otpada otprilike dva milijuna tona godišnje.

Ovaj element ima trinaest izotopa, od kojih je najbrojniji ¹¹ B, koji čini 80,1% mase bora, i ¹⁰ B, koji čini preostalih 19,9%.

Bor je bitan element u tragovima za biljke, intervenira u sintezi nekih vitalnih biljnih bjelančevina i doprinosi apsorpciji vode. U sisavaca se čini da je to potrebno za zdravlje kostiju.

Iako je bor otkrio 1808. godine engleski kemičar Sir Humphry Davy, te francuski kemičari Jacques Thérnard i Joseph Gay-Lussac, od početka naše ere u Kini, borax se koristio u proizvodnji keramike od cakline.

Bor i njegovi spojevi imaju brojne primjene i primjene, u rasponu od upotrebe u konzerviranju hrane, posebno margarina i ribe, do njegove uporabe u liječenju karcinoma tumora mozga, mjehura, prostate i drugih organa,

Bor je slabo topljiv u vodi, ali njegovi spojevi su. To bi mogao biti mehanizam koncentracije bora, kao i izvor trovanja elementom.

Povijest

pozadina

Čovjek je od davnina koristio spojeve bora u raznim aktivnostima. Borax, mineral poznat kao tinkal, korišten je u Kini 300. godine nove ere u izradi emajlirane keramike.

Perzijski alkemičar Rhazes (865-925) prvi je put spomenuo spojeve bora. Rhazes je minerale svrstao u šest klasa, od kojih je jedan boracio koji je uključivao bor.

Agricola, oko 1600., izvijestio je o uporabi boraksa kao toka u metalurgiji. 1777. godine prisutna je borna kiselina u vrućem izvorištu u blizini Firence.

Otkrivanje elemenata

Humphry Davy je elektrolizom otopine boraksa opažao nakupljanje crnog taloga na jednoj od elektroda. Također je zagrijavana borov oksid (B ₂ O ₃) s kalij, stvaraju crnu smeđi prah koji je bio poznati oblik bora.

Gay-Lussac i Thénard smanjili su bornu kiselinu na visokim temperaturama u prisutnosti željeza da bi se stvorio bor. Oni su također pokazali obrnuti postupak, odnosno gdje je borna kiselina produkt oksidacije bora.

Identifikacija i izolacija

Jöns Jakob Berzelius (1827.) uspio je bor identificirati kao novi element. 1892. francuski kemičar Henri Moissan uspio je proizvesti bor s 98% -tnom čistoćom. Iako je istaknuto da je bor proizveden u čistom obliku američki kemičar Ezekiel Weintraub, 1909. godine.

Svojstva

Fizički opis

Kristalni čvrsti ili amorfni crno-smeđi prah.

Molekulska masa

10.821 g / mol.

Talište

2076 ° C.

Vrelište

3927 ° C.

Gustoća

-Liquid: 2,08 g / cm ³.

Kristalni i amorfni na 20 ° C: 2.34 g / cm ³.

Toplina fuzije

50,2 kJ / mol.

Toplina isparavanja

508 kJ / mol.

Molarni kalorijski kapacitet

11.087 J / (mol K)

Energija ionizacije

-Prvi nivo: 800,6 kJ / mol.

-Sekunda: 2,427 kJ / mol.

-Treća razina: 3,659,7 kJ / mol.

Elektronegativnost

2,04 na Paulingovoj skali.

Atomski radio

90 sati (empirijski).

Atomski volumen

4,16 cm ³ / mol.

Toplinska vodljivost

27,4 W / mK

Električni otpor

~ 10 ⁶ Ω.m (pri 20 ° C).

Bor je pri visokim temperaturama dobar električni provodnik, ali na sobnoj temperaturi postaje gotovo izolator.

Tvrdoća

~ 9.5 na Mohsovoj skali.

Reaktivnost

Na temperaturu ključanja ne utječe klorovodična kiselina. Međutim, one se pretvaraju vrućim dušičnom kiselinom u bornu kiselinu (H ₃ BO ₃). Bor se kemijski ponaša poput ne-metala.

Reagira sa svim halogenima kako bi se dobili vrlo reaktivni trihalidi. One imaju opću formulu BX ₃, gdje X predstavlja halogen.

Kombinira se s raznim elementima kako bi se dobili boridi. Neki od njih su među najtvrđim tvarima; na primjer, borov nitrid (BN). Bor se kombinira s kisikom i tvori bor trioksid.

Struktura i elektronska konfiguracija bora

Veze i strukturne jedinice od bora

Geometrije zajedničkih strukturnih jedinica za bor. Izvor: Materialscientist

Prije nego što se pozabavite strukturama bora (kristalnim ili amorfnim), važno je imati na umu kako se njegovi atomi mogu povezati. BB veza je u osnovi kovalentna; I ne samo to, već i zato što atomi bora prirodno predstavljaju elektronički nedostatak, pokušat će ga na ovaj ili onaj način opskrbiti svojim obveznicama.

Kod bora se primjećuje posebna vrsta kovalentne veze: ona s tri centra i dva elektrona, 3c2e. Ovdje tri atoma bora dijele dva elektrona i definiraju trokut, jedno od mnogih lica koja se nalaze u njihovim strukturnim poliedrima (gornja slika).

S lijeva na desno imamo: oktaedar (a, B ₆), kuboktaedar (b, B ₁₂) i izokahedron (c, B ₁₂). Sve ove jedinice imaju jednu karakteristiku: elektrone su siromašne. Stoga se teže kovalentno povezati jedna s drugom; a rezultat je nevjerojatna veza.

U svakom trokutu ovih poliedra postoji veza 3c2e. Inače se ne može objasniti kako bor, sposoban da formira samo tri kovalentne veze prema Valencia Bond Theory, može imati do pet veza u tim poliesterskim jedinicama.

Zatim se borove strukture sastoje od rasporeda i ponavljanja tih jedinica koje na kraju definiraju kristal (ili amorfnu krutu tvar).

Α-romboederni bor

Kristalna struktura a-romboedarskog alotropa bora. Izvor: Materialscientist s engleske Wikipedije

Možda postoje drugi poliedarske bor jedinica, kao i jedan sastoji od samo dva atoma, B ₂; borna linija koja se mora povezati s drugim atomima zbog velikog elektroničkog nedostatka.

Ikosahedron je daleko najpovoljnija jedinica bora; onaj koji vam najviše odgovara. Na gornjoj slici, na primjer, možete vidjeti kako se ove jedinice B ₁₂ međusobno spajaju kako bi definirale romboedarski kristal Boron-α.

Ako je netko htio izolirati jedan od tih ikosaedra, to bi bio složen zadatak, jer ga njegov elektronički nedostatak prisiljava na definiranje kristala gdje svaki doprinosi elektronima koji trebaju ostali susjedi.

Β-romboederni bor

Kristalna struktura alotropskog bora β-romboedra. Izvor: Materialscientist s engleske Wikipedije

Alotrop β-romboedralni bor, kao što već samo ime govori, posjeduje romboedarske kristale poput bora-α; međutim razlikuje se u svojim strukturnim jedinicama. Izgleda kao vanzemaljski brod napravljen od atoma bora.

Ako pažljivo pogledate, ikosaedarske jedinice mogu se vidjeti diskretno i stopljeno (u sredini). Tu su i B ₁₀ jedinice i usamljeni atomi bora koji djeluju kao most za spomenute jedinice. Od svih, ovo je najstabilniji alotrop bora.

Boro-γ kamena sol

Bor-γ kristalna struktura. Izvor: Materialscientist s engleske Wikipedije

U ovom bor allotrope B je ₂, a B ₁₂ jedinica koordinata. B ₂ je tako elektroničkim nedovoljan da je to zapravo uklanja elektrone iz B ₁₂, a tu je, dakle, ionski karakter unutar ovog čvrstog materijala. Odnosno, oni nisu samo kovalentno vezani, već postoji i elektrostatska privlačnost vrsta.

Bor-γ kristalizira u strukturu poput kamene soli, istu kao i NaCl. Dobiva se podvrgavanjem ostalih alotropa bora visokim pritiscima (20 GPa) i temperaturama (1800 ° C), da bi kasnije u normalnim uvjetima ostao stabilan. Njegova se stabilnost zapravo natječe s β-romboedarskim borom.

Kubični i amorfni

Ostali alotropi bora sastoje se od agregata B atoma kao da su spojeni metalnom vezom ili kao da su ionski kristali; to jest, to je kubični bor.

Također, i ništa manje važan je amorfni bor, čiji je raspored B ₁₂ jedinica slučajni i neuredan. Javlja se u obliku praškaste ili staklaste čvrste tamne i neprozirne smeđe boje.

Borophenes

Struktura najjednostavnijih borofena, B36. Izvor: Materialscientist

I na kraju, tu je najnoviji i najčudniji alotrop bora: borofeni (gornja slika). Sastoji se od jednog sloja atoma bora; izrazito tanak i analogan grafenu. Imajte na umu da čuva poznate trokute, karakteristične za elektronički nedostatak koji trpe njegovi atomi.

Osim borofena, od kojih je B ₃₆ najjednostavniji i najmanji, postoje i nakupine bora. Borosfera (slika dolje) sastoji se od sfernog kaveza u obliku kuglice od četrdeset atoma bora, B ₄₀; ali umjesto da imaju glatke ivice, grube su i nazubljene:

Borosferska jedinica, B40. Izvor: Materialscientist

Elektronska konfiguracija

Elektronska konfiguracija bora je:

2s ² 2p ¹

Stoga ima tri valentna elektrona. Potrebno je još pet da završi svoj valentni oktet i jedva može formirati tri kovalentne veze; trebat će joj četvrta dativna veza da završi svoj oktet. Bor može izgubiti svoja tri elektrona da bi stekao oksidacijsko stanje +3.

dobivanje

Bor se izolira redukcijom borove kiseline magnezijem ili aluminijom; metoda slična onoj koju koriste Gay-Lussac i Thénard. Ima poteškoće kontaminirati bor boridima ovih metala.

Uzorak visoke čistoće može se dobiti redukcijom plinske faze triklorida ili tribromida, vodikom na električno grijanim nitima tantala.

Bor visoke čistoće priprema se razgradnjom diborana na visokim temperaturama, nakon čega slijedi pročišćavanje zonom fuzijom ili Czocharalski postupcima.

Prijave

U industriji

Elementarni bor dugo se koristio za otvrdnjavanje čelika. U leguri sa željezom koja sadrži 0,001 do 0,005% bora. Upotrebljava se i u obojenoj obojenoj industriji, obično kao deoksidizator.

Osim toga, bor se koristi kao sredstvo za odmašćivanje u bakarima i bakarima na bazi bakra visoke kondukcije. U industriji poluvodiča, male količine bora pažljivo se dodaju kao doping sredstvo za silicij i germanij.

Borov oksid (B ₂ O ₃) pomiješan je sa silicijem za dobivanje stakla otpornog na toplinu (borosilikatno staklo), koje se koristi u posuđu i određenoj laboratorijskoj opremi.

Bor-karbid (B ₄ C) je izuzetno tvrda tvar koja se koristi kao abrazivno i ojačavajuće sredstvo u kompozitnim materijalima. Aluminijev borid (AlB ₁₂) koristi se kao zamjena za dijamantnu prašinu za brušenje i poliranje.

Bor se koristi u legurama, na primjer magnetima rijetke zemlje, legiranjem željeza i neodima. Nastali magneti koriste se u proizvodnji mikrofona, magnetskih sklopki, slušalica i akceleratora čestica.

U medicini

Sposobnost izotopa bora-10 (¹⁰ B) da hvata neutrone, zračeći zračenjem tipa α, korištena je za liječenje tumora mozga u tehnici poznatoj kao terapija zarobljavanjem bora (BNCT).

¹⁰ B u obliku spojeva se akumulira u kancerozni tumor. Nakon toga, područje tumora je ozračeno neutronima. One međusobno djeluju s ¹⁰ B, što uzrokuje emitiranje α čestica. Te čestice imaju visoki relativni biološki učinak i zbog velike veličine imaju malo dometa.

Stoga destruktivno djelovanje α čestica ostaje ograničeno u stanicama tumora, provodeći njihovo uništavanje. BNCT se koristi i u liječenju karcinoma raka vrata, jetre, mjehura i prostate.

Biološko djelovanje

Mala količina bora, u obliku borne kiseline ili borata, potrebna je za rast mnogih biljaka. Manjak bora očituje se u pogrešnom rastu biljaka; "smeđe srce" povrća; i "suhe truleži" šećerne repe.

Bor će vam biti potreban u malim količinama za održavanje zdravlja kostiju. Postoje studije koje pokazuju da bi nedostatak bora mogao biti uključen u stvaranje artritisa. Također bi intervenirao u funkcijama mozga poput memorije i koordinacije ruku i oka.

Neki stručnjaci ističu da u dnevnu prehranu treba uključiti 1,5 do 3 mg bora.

Rizici i oprez

Bor, borov oksid, borna kiselina i borati smatraju se netoksičnim. LD50 za životinje je 6 g bora / kg tjelesne težine, dok se tvari čiji je LD50 veći od 2 g / kg tjelesne težine smatraju netoksičnim.

S druge strane, konzumacija bora više od 0,5 mg / dan tijekom 50 dana uzrokuje manje probavne probleme, što sugerira toksičnost. Neka izvješća govore da višak unosa bora može utjecati na rad želuca, jetre, bubrega i mozga.

Također, od izloženosti boru zabilježeni su kratkotrajni nadražujući učinci na nazofarinks, gornji dišni put i oči.

Izvješća o toksičnosti bora su rijetka, au mnogim slučajevima toksičnost se javlja u vrlo visokim dozama, većim od onih izloženih općoj populaciji.

Preporuka je pratiti sadržaj bora u hrani, posebno povrću i voću. Državne zdravstvene agencije moraju osigurati da koncentracija bora u vodi ne prelazi dopuštene granice.

Radnici izloženi prašini koja sadrži bor trebaju nositi zaštitne maske za disanje, rukavice i posebne čizme.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Alotropi bora. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Prof. Robert J. Lancashire. (2014). Predavanje 5b. Struktura elemenata (nemetali, B, C). Kemijski odsjek, Sveučilište West India, Mona Campus, Kingston 7, Jamajka. Oporavak od: chem.uwimona.edu.jm
4. Manisha Lalloo. (28. siječnja 2009.). Otkrivena ultra čista struktura bora. Svijet kemije. Oporavilo od: chemistryworld.com
5. Bell Terence. (16. prosinca 2018.). Profil metalnog bora. Oporavilo od: thebalance.com
6. Urednici Encyclopaedia Britannica. (2019). Bor. Oporavilo od: britannica.com
7. Registar toksičnih tvari i bolesti. (2010). ToxFAQs ™ na bor., Oporavak od: atsdr.cdc.gov
8. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (6. veljače 2019.). Kemijska i fizikalna svojstva bora. Oporavilo od: misel.com