Бор (элемент)

Бор

Химический элемент

Тёмно-коричневое или чёрное вещество

Символ, номер

B, 5

Атомная масса

10,811 а.е.м.

Электронная конфигурация

[He] 2s² 2p¹

Электроотрицательность

2,04 по шкале Поллинга

Степени окисления

3

Плотность

2,34 г/см³

Температура плавления

2573 K

Температура кипения

3931 K

Молярная теплоёмкость

 Дж/(K·моль)

Структура кристаллической решетки

ромбоэдрическая

Теплопроводность

(300 K) 27,4 Вт/(м·К)

Бор — весьма инертный неметалл, нерастворимый в воде и кислотах. Горит во фторе.

История и происхождение названия

С древности в ювелирном деле применялась бура, содержащая бор, известная средневековым алхимикам под арабским названием burag и латинским, — Borax. Буру использовали в качестве плавней — для пайки золота и серебра, для придания легкоплавкости глазури и стеклу. В начале XVII века из буры было получено вещество, которое позже стали называть борной кислотой. В 1808 году французские химики Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар, а также английский химик Гемфри Дэви, опоздавший на 9 дней, сообщили об открытии нового элемента. Они получили его прокаливанием борной кислоты с металлическим калием, который незадолго до этого был открыт Дэви. После получения вещества французские химики дали название элементу бор, а Дэви — борон (лат. Boron), последнее сохранилось в английском языке.

Получение

Ионы бора окрашивают пламя в зелёный цвет

В промышленности из природных боратов сплавом с содой получают буру. При обработке природных минералов бора серной кислотой образуется борная кислота. С борной кислоты H₃BO₃ прокаливанием получают оксид B₂O₃, а затем его или буру восстанавливают активными металлами (магнием или натрием) до свободного бора.

• $\mathrm {B_{2}O_{3}+3\ Mg\longrightarrow 3\ MgO+2\ B}$
• $\mathrm {KBF_{4}+3\ Na\longrightarrow 3\ NaF+\ KF+\ B}$

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

• $\mathrm {2BBr_{3}+3\ H_{2}\longrightarrow 2\ B+6\ HBr}$

Применение

Применяют соединения бора в металлургии, медицине, ядерной физике, электронике. Бор находит применение в виде добавки при получении коррозионно устойчивых и жаростойких сплавов. Поверхностное насыщение стальных деталей бором повышает их механические и антикоррозионные свойства. Карбиды бора (В₄С и В₁₃С₂) обладают высокой твердостью, это — хорошие абразивные материалы. Ранее они широко использовались для изготовления сверл, применяемых зубными врачами (отсюда название бормашина). Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Бор (в виде волокон) служит укрепляющим веществом многих композиционных материалов. Сам бор и его соединения — нитрид BN и другие — используются как полупроводниковые материалы и диэлектрики, алмазоподобные модификации нитрида бора (боразон) по твердости почти не уступает алмазу и применяется как важный абразивный материал.

Бор характеризуется высоким эффективным сечением захвата тепловых нейтронов. Важно, что при этом ядерной реакции возникают только стабильные ядра. Поэтому чистый бор и, особенно, его сплавы применяют в виде материалов, поглощающих нейтроны, при изготовлении для ядерных реакторов регулирующих стержней, замедляющих или прекращают реакции деления.

Около 50 % природных и искусственных соединений бора используют при производстве стекла (так называемые боросиликатного типа стекла), около 30 % — при производстве моющих средств. Наконец, примерно 4−5 % соединений бора расходуется при производстве эмалей, глазури, металлургических флюсов.

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

Отдельно также стоит указать на то, что сплавы бор-углерод-кремний обладают сверхвысокой твердостью и способны заменить любой шлифовальный материал (кроме нитрида углерода, алмаза, нитрида бора по микротвердости), а по стоимости и эффективности шлифования (экономической) превосходят все известные человечеству абразивные материалы. Ряд органических производных бора являются чрезвычайно эффективными ракетными топливами (диборан, тетраборан, пентаборан и др.), а некоторые полимерные соединения с водородом и углеродом чрезвычайно устойчивыми к химическим воздействиям и высоким температурам, например широко известный пластик карборана-22.

Литература

• Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
• Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3