Бор является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 5 и условным обозначением B. В кристаллической форме бор представляет собой хрупкий темный блестящий металлоид, который при нормальных условиях выглядит как коричневый порошок.
Открытие
Соединения бора известны человечеству уже несколько тысячелетий. Еще в Древнем Египте минерал натрон, который имеет в своем химическом составе бораты, использовался для мумификации людей и священных животных. Бораксовое стекло массово использовалось в Китайской Империи начиная с IV века Нашей Эры.
Долгое время бор не был открыт как самостоятельный химический элемент, но все изменилось в начале XIX века. В 1808 году Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар получили химический элемент путем восстановления триоксида бора калием, а чуть позднее сэр Хамфри Дэви самостоятельно получил его электролизом борной кислоты. Американскому химику В. Вейнтраубу удалось в 1909 получить чистый кристаллизованный бор восстановлением газообразного трихлорида бора водородом в электрической дуге. Впоследствии изучение данного химического элемента и его соединений продолжалось, что помогло лучше изучить характеристики.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 2076 ° С |
| Точка кипения | 3930°С |
| Плотность при Н.У. | 2,35 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 9,3 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 50,2 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 508 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 11,087 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 4,39 · 10 -6 м 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 5 |
| Атомная масса | 610,86 |
| Электронная конфигурация | 2s22p1 |
| Радиус атома | 85 пм |
| Ковалентный радиус | 82 пм |
| Степени окисления | -5, -1, 0, +1, +2, +3 |
| Радиус иона | 23 пм |
| Электроотрицательность | 2,04 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 800,6 кДж/моль |
| Изотопы | ⁸B; ⁹B; 10B; 11B; 12B;13B; |
Интересное:
Добыча и производство
Бор наряду с литием и бериллием является достаточно редким химическим элементом в Солнечной системе. Редкость этих трех элементов объясняется тем, что они не являются продуктами звездных ядерных синтезов, приводящих к нуклеосинтезу. На Земле бор встречается исключительно в кислородосодержащих соединениях. Основными боросодержащими минералами, которые добываются в коммерческих целях являются бура, кернит и колеманит.
Сегодня внутреннее строение планеты подразумевает наличие более 100 минералов содержащих бор. Среднее содержание бора в земной коре составляет 4 грамма на тонну. В большинстве стран добыча этого элемента составляет коммерческую тайну, но приблизительное количество добываемой руды в виде триоксида бора оценивается в 5 миллионов тонн. Лидерами среди добывающих стран являются Турция, США, Аргентина, Чили и России.
Аморфный бор получают восстановлением триоксида бора B2O3 порошком магния:
B2O3 + 3 Mg → 2B + 3MgO
Получаемый таким образом бор после отделения примесей имеет чистоту около 98%. Повысить чистоту вещества можно кристаллизацией бора в чистом виде из расплава платины при температуре 800–1200 °С. Этот метод является наиболее распространенным среди коммерческих производителей данного химического элемента.
Интересное:
Применение
Почти вся добываемая на Земле борная руда перерабатывается в борную кислоту и пентагидрат тетрабората натрия. В большинстве стран большая часть добываемого бора используется для производства стекла и керамики. Основное промышленное использование соединений бора в мире (около 46% конечного использования) приходится на производство стекловолокна для борсодержащих изоляционного и конструкционного стекловолокона. Это применение особенно широко распространено в Азии.
Так же бор добавляется в стекло в виде пентагидрата буры или оксида бора, чтобы повлиять на прочность или флюсующие свойства стекловолокон. Еще порядка 10% мирового производства бора приходится на боросиликатное стекло, которое используется в производстве высокопрочной стеклянной посуды. Около 15% мирового бора используется в борной керамике, включая сверхтвердые материалы, обсуждаемые ниже. Сельское хозяйство потребляет 11% мирового производства бора, а отбеливатели и моющие средства – около 6%. Так же существуют и другие применения бора, но они составляют менее 1% от общего объема.
Интересное:
Безопасность
Элементарный бор, оксид бора, борная кислота, бораты и многие борорганические соединения относительно нетоксичны для человека и животных. Токсичность бора сопоставима с токсичностью поваренной соли. Летальная доза при которой наблюдается 50% смертность для животных составляет около 6 граммов на кг массы тела. Применение бора до уровня 2 грамма на килограмм веса считается безопасным. Сообщалось о приеме 4 г борной кислоты в день без каких-либо происшествий, но превышение этого количества считается токсичным в течение продолжительного времени.
Прием более 0,5 граммов в день в течение 50 дней вызывает незначительные проблемы с пищеварением и другие проблемы, указывающие на токсичность. Диетические добавки бора могут быть полезны для роста костей, заживления ран и антиоксидантной активности, а недостаточное количество бора в рационе может привести к заболеваниями связанными с дефицитом бора. Разовые медицинские дозы 20 г борной кислоты для нейтронозахватной терапии применялись без чрезмерной токсичности.
Борная кислота более токсична для насекомых, чем для млекопитающих, и ее обычно используют в качестве инсектицида. Бораны, которые представляют соединения бора и водорода и подобные им газообразные соединения, являются очень ядовитыми веществами. Как обычно, бор не является ядовитым по своей сути элементом, но токсичность этих соединений зависит от структуры. Бораны также легко воспламеняются и требуют особой осторожности при обращении, а некоторые комбинации боранов представляют очень взрывоопасные соединения. Боргидрид натрия представляет опасность пожара из-за своей восстановительной природы и выделения водорода при контакте с кислотой. Галогениды бора вызывают сильную коррозию.