что такое бор в химии

Что такое бор в химии

Бор— элемент главной подгруппы третьей группы, второго периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, с атомным номером 5. Обозначается символом B ( Borium ). В свободном состоянии бор— 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.

История и происхождение названия химического элемента Бор

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.

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):

2. Термическое разложение паров бромида бора на раскаленной (1000—1200°C) танталовой проволоке в присутствии водорода:

Физические свойства

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).

Химические свойства

По многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает кремний.

Химический бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором:

.

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

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

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

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 .

Оксид бора — типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты:

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

Применение

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.

Соединения бора

Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Отдельно также стоит указать на то что сплавы бор-углерод-кремний обладают сверхвысокой твёрдостью и способны заменить любой шлифовальный материал (кроме нитрида углерода, 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. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой рост работ по этой тематике.

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 ее концентрации в теплоносителе— так называемое «борное регулирование».

Бороводороды и борорганические соединения

Ряд органических производных бора (бороводороды) являются чрезвычайно эффективными ракетными топливами (диборан(B₂H₄), пентаборан, тетраборан и др.), а некоторые полимерные соединения с водородом и углеродом являются чрезвычайно стойкими к химическим воздействиям и высоким температурам, например широко известный пластик Карборан-22.

Биологическая роль

Бор — 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.

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

Бор, Borum, В (5)
Природные соединения бора (Boron, франц. Воге, нем. Bor), главным образом нечистая бура, известны с раннего средневековья. Под названиями тинкал, тинкар или аттинкар (Tinkal, Tinkar, Attinkar) бура ввозилась в Европу из Тибета; она употреблялась для пайки металлов, особенно золота и серебра. В Европе тинкал назывался чаще боракс (Воrax) от арабского слова bauraq и персидского — burah. Иногда боракс, или борако, обозначал различные вещества, например соду (нитрон). Руланд (1612) называет боракс хризоколлой — смолой, способной «склеивать» золото и серебро. Лемери (1698) тоже называет боракс «клеем золота» (Auricolla, Chrisocolla, Gluten auri). Иногда боракс обозначал нечто вроде «узды золота» (capistrum auri). В Александрийской эллинистической и византийской химической литературе борахи и борахон, а также в арабской (bauraq) обозначали вообще щелочь, например bauraq arman (армянский борак), или соду, позже так стали называть буру.

В 1702 г. Гомберг, прокаливая буру с железным купоросом, получил «соль» (борную кислоту), которую стали называть «успокоительной солью Гомберга» (Sal sedativum Hombergii); эта соль нашла широкое применение в медицине. В 1747 г. Барон синтезировал буру из «успокоительной соли» и натрона (соды). Однако состав буры и «соли» оставался неизвестным до начала XIX в. В «Химической номенклатуре» 1787 г. фигурирует название horacique асid (борная кислота). Лавуазье в «Таблице простых тел» приводит (radical boracique). В 1808 г. Гей-Люссаку и Тенару удалось выделить свободный бор из борного ангидрида, нагревая последний с металлическим калием в медной трубке; они предложили назвать элемент бора (Вога) или бор (Воге). Дэви, повторивший опыты Гей-Люссака и Тенара, тоже получил свободный бор и назвал его бораций (Boracium). В дальнейшем у англичан это название было сокращено до Boron. В русской литературе слово бура встречается в рецептурных сборниках XVII — XVIII вв. В начале XIX в. русские химики называли бор буротвором (Захаров, 1810), буроном (Страхов,1825), основанием буровой кислоты, бурацином (Севергин, 1815), борием (Двагубский, 1824). Переводчик книги Гизе называл бор бурием (1813). Кроме того, встречаются названия бурит, борон, буронит и др.

Периодическая система химических элементов Менделеева

Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

Периодическая система элементов

IA

IIA

IIIB

IVB

VB

VIB

VIIB

—-

VIIIB

—-

IB

IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

Период

1

1 H Водород

2 He Гелий

2

3 Li Литий

4 Be Бериллий

5 B Бор

6 C Углерод

7 N Азот

8 O Кислород

9 F Фтор

10 Ne Неон

3

11 Na Натрий

12 Mg Магний

13 Al Алюминий

14 Si Кремний

15 P Фосфор

16 S Сера

17 Cl Хлор

18 Ar Аргон

4

19 K Калий

20 Ca Кальций

21 Sc Скандий

22 Ti Титан

23 V Ванадий

24 Cr Хром

25 Mn Марганец

26 Fe Железо

27 Co Кобальт

28 Ni Никель

29 Cu Медь

30 Zn Цинк

31 Ga Галлий

32 Ge Германий

33 As Мышьяк

34 Se Селен

35 Br Бром

36 Kr Криптон

5

37 Rb Рубидий

38 Sr Стронций

39 Y Иттрий

40 Zr Цирконий

41 Nb Ниобий

42 Mo Молибден

(43) Tc Технеций

44 Ru Рутений

45 Rh Родий

46 Pd Палладий

47 Ag Серебро

48 Cd Кадмий

49 In Индий

50 Sn Олово

51 Sb Сурьма

52 Te Теллур

53 I Иод

54 Xe Ксенон

6

55 Cs Цезий

56 Ba Барий

*

72 Hf Гафний

73 Ta Тантал

74 W Вольфрам

75 Re Рений

76 Os Осмий

77 Ir Иридий

78 Pt Платина

79 Au Золото

80 Hg Ртуть

81 Tl Таллий

82 Pb Свинец

83 Bi Висмут

(84) Po Полоний

(85) At Астат

86 Rn Радон

7

87 Fr Франций

88 Ra Радий

**

(104) Rf Резерфордий

(105) Db Дубний

(106) Sg Сиборгий

(107) Bh Борий

(108) Hs Хассий

(109) Mt Мейтнерий

(110) Ds Дармштадтий

(111) Rg Рентгений

(112) Cp Коперниций

(113) Uut Унунтрий

(114) Uuq Унунквадий

(115) Uup Унунпентий

(116) Uuh Унунгексий

(117) Uus Унунсептий

(118) Uuo Унуноктий

8

(119) Uue Унуненний

(120) Ubn Унбинилий

Лантаноиды *

57 La Лантан

58 Ce Церий

59 Pr Празеодим

60 Nd Неодим

(61) Pm Прометий

62 Sm Самарий

63 Eu Европий

64 Gd Гадолиний

65 Tb Тербий

66 Dy Диспрозий

67 Ho Гольмй

68 Er Эрбий

69 Tm Тулий

70 Yb Иттербий

71 Lu Лютеций

Актиноиды **

89 Ac Актиний

90 Th Торий

91 Pa Протактиний

92 U Уран

(93) Np Нептуний

(94) Pu Плутоний

(95) Am Америций

(96) Cm Кюрий

(97) Bk Берклий

(98) Cf Калифорний

(99) Es Эйнштейний

(100) Fm Фермий

(101) Md Менделевий

(102) No Нобелей

(103) Lr Лоуренсий

Химические семейства элементов периодической таблицы

Щелочные металлы	Щёлочноземельные металлы	Лантаноиды	Актиноиды	Переходные металлы
Лёгкие металлы	Полуметаллы	Неметаллы	Галогены	Инертные газы

198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

Источник

Глоссарий. Химия

Бор — элемент главной подгруппы третьей группы, второго периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 5. Обозначается символом B (лат. Borium). В свободном состоянии бор — 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.

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.

Нахождение в природе

Физические свойства

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 10 В (20 %) и 11 В (80 %). 10 В имеет очень высокое сечение поглощения тепловых нейтронов, поэтому 10 В в составе борной кислоты применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности.

Химические свойства

По многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает кремний. Химически бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором. При нагревании бор реагирует с другими галогенами с образованием тригалогенидов, с азотом образует нитрид бора BN, с фосфором — фосфид BP, с углеродом — карбиды различного состава (B₄C, B₁₂C₃, B₁₃C₂). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, образуется оксид B₂O₃. С водородом бор напрямую не взаимодействует, хотя известно довольно большое число бороводородов (боранов) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов кислотой. При сильном нагревании бор проявляет восстановительные свойства. Он способен, например, восстановить кремний или фосфор из их оксидов. 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 Н₃ВО₃. Оксид бора B₂O₃ — типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты. При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты — бораты (содержащие анион BO₃ 3- ), а тетрабораты.

Биологическая роль

Источник

Бор как химический элемент таблицы Менделеева

Как был открыт бор

Название химического элемента бор было использовано от названия минерала буры, которое представляет собой соединение из которого добывается бор. Есть сведения о том, что бура и ее минеральный вид использовались в Китае еще в 300 году до нашей эры. В неизвестных записях приблизительно 1600 года упоминается, что буру использовали в качестве флюса в металлургии. Борная кислота была обнаружена в 1777 году в Италии, недалеко от Флоренции. Это соединение стало известно как Sal Sedativum и использовалось исключительно в медицине. Редкий минерал сасолит, который был обнаружен в поселении Сассо (Италия), был главным источником европейской буры в период с 1827 по 1872 год. Затем его заменили источники с Американского континента.

Бор не был признан в качестве отдельного элемента, пока он не был отделен от минерала французскими химиками Хамфри Дэви и Джозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром. В 1808 году Дэви заметил, что электрический ток, пропускаемый через раствор боратов, вызывает образование коричневого осадка на одном из электродов. В своих последующих экспериментах он использовал калий для восстановления борной кислоты вместо электролиза. Он отделил достаточно бора, чтобы подтвердить наличие нового химического элемента, и назвал его борацием. Гей-Люссак и Тенар использовали железо для восстановления борной кислоты при высоких температурах. Окисляя бор воздухом, они показали, что борная кислота является продуктом окисления бора.

Йенс Якоб Берцелиус выделил бор как новый химический элемент только в 1824 году. Исторических сведений по этому элементу не очень много. По поводу выделения чистого бора, можно предположить, что он был выделен в 1909 году американским химиком Иезекиилем Вайнтраубом.

Где и как добывают бор

В природе бор содержится только в виде химических соединений. Добыча бора осуществляется в своей основе из боросодержащих минералов. Такими минералами являются колеманит, кернит (расорит), улексит и тинкал. Эти экономически важные минералы составляют 90% от общей массы борной руды. Крупнейшие месторождения борной буры находятся в Центральной и Западной Турции. Эти месторождения находятся в провинциях Эскишехир, Кютахья и Балыкесир. Большая часть этих месторождений еще не освоено.

Турция, США и Россия являются лидерами в бородобывающей отрасли. Годовой спрос на бор находится в пределах 4 миллионов тонн. Около 50% от этой цифры приходится на добычу в турецком месторождении. Почти 1/4 от общего объема добывает США в боровом руднике в штате Калифорния. Очищение бора от других химических соединений в борной руде осуществляется в основном методом пиролиза. Этот метод заключается в отделении бора от других элементов коротким нагреванием до высоких температур ( около 750°C ) при очень низком давлении. Вообще, методов отделения бора достаточно много. Например, оксиды могут отделяться методом электролиза или восстановлением магнием и натрием с выделением водорода и т.д. Россия в этом плане отстает от своих конкурентов, добыча бора осуществляется в Дальнегорске. Это месторождение является крупнейшим месторождением в РФ.

Распространенность бора

Распространенность бора является не очень высокой. При этом это касается как Вселенского, так и Земного масштаба. Как уже говорилось выше, бор содержится в природе только в виде соединений, причем большую часть составляют оксиды. Точные мировые запасы боросодержащих элементов неизвестны, но известно, что они оцениваются свыше одного миллиарда тонн. К сведению, годовая добыча бора составляет около 4 миллионов тонн. Как говорилось выше, Турция занимает первое место по добыче бора в мире. Этим богатством владеет компания Eti Maden İşletmeleri, которая представляет собой государственную горнодобывающую компанию. По неподтвержденным данным, эта кампания владеет 72% мирового запаса бора в мире.

Что же касается России, то тут нужно заметить, что на Россию приходится около 5% мирового запаса бора. Причем в Дальнегорском месторождении находится около 3% мирового запаса. Если взглянуть на США, то тут можно отметить калифорнийское месторождение под названием «Шахта Rio Tinto Borax», которая содержит около 33 миллионов тонн буры. Ее запасы ориентировочно иссякнут к 2050 году.

Применение бора

Не смотря на трудное производство и небольшое обилие бора, его применение является очень разнообразным. Причем применение бора захватывает очень широкий круг услуг и товаров. Для справки, на 2012 год цена бора за 1 грамм оценивалась в 5 долларов США. На сегодняшний день, мировой спрос на бор составляет около 20 миллионов тонн в год.

Основными промышленными потребителями бора являюися изготовители стекловолокна, как изолирующего элемента. К стеклу добавляется либо оксид, либо пентагидрата буры для изменения прочности или текучести продукта. На эти цели отводится около 46% производимого бора. Следующей областью применения является изготовление высокопрочной стекольной посуды из боросиликатного стекла. На эти цели приходится около 10% от общего количества потребляемого бора. Около 15% потребляемого бора приходится на производство высокопрочной керамики. Сельскохозяйственные нужды занимают около 11% производимого бора. В основном на производство удобрений и средств от насекомых. Еще около 6% приходится на бытовую химию, которая включает порошки, моющие средства и отбеливатели. Оставшаяся часть идет на другие нужды, такие как производство магнитов, экранирования нейтронов в ядерных реакторах и фармацевтика.

Интересные факты

Интересных фактов связанных с бором достаточно много. Начнем с того что бор входит в состав неодимовых магнитов (Nd ₂ Fe ₁₄ B), которые являются самыми мощными магнитами в мире. В пример можно поставить компьютерные жесткие диски, в которых неодимовые магниты раскручивают двигатель в приводах. Или в мобильных телефонах эти магниты создают магнитное поле, которое позволяет крошечным динамикам показывать заметную звуковую мощность.

Бор является одним из компонентов триэтилборана, которое представляет собой вещество поджигающее ракетное топливо в турбореактивных двигателях. Борная кислота является популярным фармацевтическим средством. Она обладает противогрибковым, противовирусным и антисептическим действием. Так же бор является важнейшим компонентом препарата бортезомиб. Является первым одобреным средством помогающим против миеломы и лимфомы. На сегодняшний день ведутся множественные разработки препаратов против этих болезней. Так же борная кислота является компонентом многих антисептиков для глаз.

Еще борную кислоту используют для очистки воды в бассейнах. Бор является очень важным питательным веществом для растений, которая оказывает влияние на стенки клеток растения. В уменренных количествах оно улучшает рост и развитие, а в чрезмерных губительно для растений.

Источник