Химические элементы

Бор (химический элемент)

Бор (лат. Borum), B, химический элемент III группы короткой формы (13-й группы длинной формы) , атомный номер 5, атомная масса 10,811; . В природе два стабильных : 10B (19,9 %) и 11B (80,1 %); искусственно получены изотопы с массовыми числами 7–19.

Историческая справка

Природные соединения бора, в основном , известны с раннего Средневековья. Бура, или тинкал, ввозилась в Европу из Тибета, её употребляли при , главным образом и . От арабского названия буры buraq (бурак) и позднелатинского borax (боракс) произошло название элемента. Бор открыт в 1808 г.: и выделили элемент из оксида B2O3 нагреванием с металлическим , расплавленного B2O3.

Распространённость в природе

Содержание бора в составляет 5·10–3 % по массе. В свободном виде не встречается. Важнейшие : бура Na2B4O7·10H2O, Na2B4O7·4H2O, Ca2B6O11·5H2O и др. Бор концентрируется в форме боратов калия и элементов в (см. , ).

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома бора 2s22p1; +3, редко +2; по Полингу 2,04; 97 пм, B3+ 24 пм ( 4), ковалентный радиус 88 пм. B0 → B+ → B2+ → B3+ 801, 2427 и 3660 кДж/моль. Стандартный пары B(OH)3/B0 равен –0,890 В.

Бор существует в нескольких модификациях. При температуре ниже 800 °С образуется аморфный бор (тёмный порошок, плотность 2350 кг/м3), в интервале 800–1000 °С – α-ромбоэдрическая модификация (красные кристаллы), 1000–1200 °С – β-ромбоэдрическая модификация (тёмный с красноватым оттенком, наиболее устойчив), 1200–1500 °С – тетрагональные модификации. При температуре выше 1500 °С устойчива β-ромбоэдрическая модификация. всех типов состоят из B12, по-разному упакованных в кристалле. Для β-ромбоэдрической модификации: tпл 2074 °С, tкип около 3658 °С, плотность 2340 кг/м3 (293 К), теплопроводность 27,0 Вт/(м·К) (300 К).

Образец бораОбразец бора. Фото: Phil Degginger / legion-media.ruБор , удельная –0,78·10–9 м3/кг. Является p-типа, ширина 1,56 эВ. бора по шкале Мооса 9,3. Характеризуется высокой способностью поглощать (для изотопа 10B сечение захвата тепловых нейтронов 3,8·10–25 м2).

Бор химически инертен. С реагирует при температуре выше 700 °C, образуя стеклообразный оксид B2O3. При температуре выше 1200 °С бор взаимодействует с N2 и NH3, давая BN. Образует с P и As при температуре выше 700 °С и , являющиеся высокотемпературными полупроводниками. При температуре выше 2000 °С бор реагирует с с образованием . С при повышенных температурах образует летучие тригалогениды, которые легко и склонны к образованию типа H[BF4]. Бор не взаимодействует с , , и растворами . Концентрированная HNO3 и окисляют бор до H3BO3. Сплавление бора со щелочами в присутствии окислителя приводит к получению . С металлами при высоких температурах образует . Действием кислот на бориды могут быть получены , для которых характерны реакции присоединения с образованием . Об бора см. в статье .

Бор относится к , его содержание в тканях растений и животных составляет 10–5–10–4 %. Бор участвует в углеводно-фосфатном обмене. Употребление человеком в пищу продуктов с большим содержанием бора вызывает нарушение обмена углеводов и белков, что приводит к заболеваниям. Бор – , необходимый для жизнедеятельности растений. При недостатке или избытке бора в тканях растения, связанном обычно с недостатком или избытком элемента в , возникают морфологические изменения и заболевания растений (гигантизм, карликовость, нарушение точек роста и др.). Малые количества бора резко повышают многих сельскохозяйственных культур (см. ).

Получение

В промышленности бор получают из природных боратов: колеманит и перерабатывают щелочным методом с выделением бора в виде буры, – кислотным методом с образованием ортоборной кислоты, которую при температуре около 235 °С переводят в B2O3. Аморфный бор получают восстановлением буры или B2O3 активными металлами – Mg, Na, Ca и другими, а также электролизом расплава Na[BF4] или K[BF4]. Кристаллический бор – восстановлением галогенидов BCl3 или BF3 водородом, разложением галогенидов и гидридов бора (в основном B2H6) при температуре 1000–1500 °С или аморфного бора.

Применение

Бор используется как компонент коррозионностойких и , например ферробора – сплава Fe с 10–20 % B, (). Небольшая добавка бора (доли процента) значительно повышает механические свойства стали, сплавов цветных металлов. Бором насыщают поверхность изделий (борирование) с целью улучшения механических и коррозионных свойств. Бор применяют как полупроводник для изготовления . Около 50 % получаемых искусственных и природных соединений бора используют в производстве , до 30 % – в производстве . Многие бориды применяют как режущие и абразивные материалы. Nd2Fe14B используют для изготовления мощных , ферромагнитный сплав Co–Pt–Cr–B – как среду для записи в современных носителях информации. Бор и его – поглотители нейтронов в производстве регулирующих стержней .

  • Группа 13 (IIIA, IIIB)
  • Подгруппа бора
  • p-элементы