powered by CADENAS

Social Share

Бор (элемент) (19024 views - Periodic Table Of Elements)

Бор — элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы группы III), второго периода периодической системы химических элементов с атомным номером 5. Обозначается символом B (лат. Borum). 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.
Go to Article

Explanation by Hotspot Model

Youtube


    

Бор (элемент)

Бор (элемент)

5 БериллийБорУглерод
B

Al
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесон
5B
Внешний вид простого вещества

Тёмно-коричневое или чёрное вещество
Свойства атома
Название, символ, номер

Бор / Borum (B), 5

Атомная масса
(молярная масса)

[10,806; 10,821][комм 1][1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[He] 2s2 2p1

Радиус атома

98 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

82 пм

Радиус иона

23 (+3e) пм

Электроотрицательность

2,04 (шкала Полинга)

Степени окисления

+3;0

Энергия ионизации
(первый электрон)

 800,2(8,29) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

2,34 г/см³

Температура плавления

2 348 K[2][3] (2,075 °C)

Температура кипения

4 138 K[2] (3,865 °C)

Уд. теплота плавления

23,60 кДж/моль

Уд. теплота испарения

504,5 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

11,09[4] Дж/(K·моль)

Молярный объём

4,6 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

ромбоэдрическая

Параметры решётки

a=10,17; α=65,18 Å

Отношение c/a

0,576

Температура Дебая

1250 K

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 27,4 Вт/(м·К)

Номер CAS

7440-42-8

5
Бор
10,81
2s22p1

Бор — элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы группы III), второго периода периодической системы химических элементов с атомным номером 5. Обозначается символом B (лат. Borum). 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[4].

История и происхождение названия

Впервые получен в 1808 году французскими химиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Через несколько месяцев бор получил Х. Дэви электролизом расплавленного B2O3.

Название элемента произошло от арабского слова бурак (араб. بورق‎) или персидского бурах (перс. بوره‎)[5], которые использовались для обозначения буры[6].

Нахождение в природе

Среднее содержание бора в земной коре составляет 4 г/т. Несмотря на это, известно около 100 собственных минералов бора; в «чужих» минералах он почти не встречается. Это объясняется, прежде всего, тем, что у комплексных анионов бора (а именно в таком виде он входит в большинство минералов) нет достаточно распространенных аналогов. Почти во всех минералах бор связан с кислородом, а группа фторсодержащих соединений совсем малочисленна. Элементарный бор в природе не встречается. Он входит во многие соединения и широко распространён, особенно в небольших концентрациях; в виде боросиликатов и боратов, а также в виде изоморфной примеси в минералах входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Бор известен в нефтяных и морских водах (в морской воде 4,6 мг/л[7]), в водах соляных озёр, горячих источников и грязевых вулканов.

Основные минеральные формы бора:

Также различают несколько типов месторождений бора:

  • Месторождения боратов в магнезиальных скарнах:
    • людвигитовые и людвигито-магнетитовые руды;
    • котоитовые руды в доломитовых мраморах и кальцифирах;
    • ашаритовые и ашарито-магнетитовые руды.
  • Месторождения боросиликатов в известковых скарнах (датолитовые и данбуритовые руды);
  • Месторождения боросиликатов в грейзенах, вторичных кварцитах и гидротермальных жилах (турмалиновые концентрации);
  • Вулканогенно-осадочные:
    • борные руды, отложенные из продуктов вулканической деятельности;
    • переотложенные боратовые руды в озёрных осадках;
    • погребённые осадочные боратовые руды.
  • Галогенно-осадочные месторождения:
    • месторождения боратов в галогенных осадках;
    • месторождения боратов в гипсовой шляпе над соляными куполами.

Крупнейшее месторождение России находится в Дальнегорске (Приморье). Оно относится к боросиликатному типу. В этом одном компактном месторождении сосредоточено не менее 3 % всех мировых запасов бора. На действующем при месторождении горно-химическом предприятии выпускается боросодержащая продукция, которая удовлетворяет потребности отечественной промышленности. При этом 75 % продукции идёт на экспорт в Корею, Японию и Китай[источник не указан 1633 дня].

Получение

  • Наиболее чистый бор получают пиролизом бороводородов. Такой бор используется для производства полупроводниковых материалов и тонких химических синтезов.
  • Метод металлотермии (чаще восстановление магнием или натрием):
  • Термическое разложение паров бромида бора на раскаленной (1000—1200 °C) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода (метод Ван-Аркеля):

Физические свойства

Чрезвычайно твёрдое вещество (уступает только алмазу, нитриду бора (боразону), карбиду бора, сплаву бор-углерод-кремний, карбиду скандия-титана). Обладает хрупкостью и полупроводниковыми свойствами (широкозонный полупроводник).

У бора — самый высокий предел прочности на разрыв 5,7 ГПа.

Изотопы бора

В природе бор находится в виде двух изотопов 10В (19,8 %) и 11В (80,2 %)[8][9].

10В имеет очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 3837 барн (для большинства нуклидов это сечение близко к единицам или долям барна), причём при захвате нейтрона образуются два нерадиоактивных ядра (альфа-частица и литий-7), очень быстро тормозящиеся в среде, а проникающая радиация (гамма-кванты) при этом отсутствует, в отличие от аналогичных реакций захвата нейтронов другими нуклидами:

10B + n → 11B* → α + 7Li + 2,31 МэВ.

Поэтому 10В в составе борной кислоты и других химических соединений применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности, а также для биологической защиты от тепловых нейтронов. Кроме того, бор применяется в нейтрон-захватной терапии рака.

Кроме двух стабильных, известно ещё 12 радиоактивных изотопов бора, из них самым долгоживущим является 8В с периодом полураспада 0,77 с.

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 H3BO3.

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 BO33−), а тетрабораты, например:

В 2014 г. исследователями из Германии был получен бис(диазаборолил) бериллия, в котором атомы бериллия и бора образуют двухцентровую двухэлектронную связь (2c-2e), впервые полученную и нехарактерную для соседних элементов в Периодической таблице[10][11].

Применение

Элементарный бор

Бор (в виде волокон) служит упрочняющим веществом многих композиционных материалов.

Также бор часто используют в электронике в качестве акцепторной добавки для изменения типа проводимости кремния.

Бор применяется в металлургии в качестве микролегирующего элемента, значительно повышающего прокаливаемость сталей.

Бор применяется и в медицине при бор-нейтронозахватной терапии (способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей)[12].

Соединения бора

Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Пербораты / пероксобораты (содержат ион [B2(O2)2(OH)4]2) применяются как окислительные агенты. Технический продукт содержит до 10,4 % «активного кислорода», на их основе производят отбеливатели, не содержащие хлор («персиль», «персоль» и др.).

Отдельно также стоит указать на то, что сплавы бор-углерод-кремний обладают сверхвысокой твёрдостью и способны заменить любой шлифовальный материал (кроме 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[13]. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой рост работ по этой тематике[14].

Борная кислота (B(OH)3) 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 путём изменения её концентрации в теплоносителе — так называемое «борное регулирование».

Нитрид бора, активированный углеродом, является люминофором со свечением от синего до жёлтого цвета под действием ультрафиолета. Обладает самостоятельной фосфоресценцией в темноте и активируется органическими веществами при нагреве до 1000 °C. Изготовление люминофоров из нитрида бора, состава BN/C не имеет промышленного назначения, но широко практиковалось химиками-любителями в первой половине XX века.

Боросиликатное стекло — стекло обычного состава, в котором заменяют щелочные компоненты в исходном сырье на окись бора (B2O3).

Фторид бора BF3 при нормальных условиях является газообразным веществом, используется как катализатор в оргсинтезе, а также как рабочее тело в газонаполненных детекторах тепловых нейтронов благодаря захвату нейтронов бором-10 с образованием ядер лития-7 и гелия-4, ионизирующих газ (см. реакцию выше).

Бороводороды и борорганические соединения

Ряд производных бора (бороводороды) являются эффективными ракетными топливами (диборан B2H6, пентаборан, тетраборан и др.), а некоторые полимерные соединения бора с водородом и углеродом стойки к химическим воздействиям и высоким температурам (как широко известный пластик Карборан-22).

Боразон и его гексагидрид

Нитрид бора (боразон) подобен (по составу электронов) углероду. На его основе образуется обширная группа соединений, в чём-то подобных органическим.

Так, гексагидрид боразона (H3BNH3, похож на этан по строению) при обычных условиях твёрдое соединение с плотностью 0,78 г/см3, содержит почти 20 % водорода по массе. Его могут использовать водородные топливные элементы, питающие электромобили[15].

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.[источник не указан 1319 дней]

Роль бора в животном организме не выяснена. В мышечной ткани человека содержится (0,33—1)·10−4 % бора, в костной ткани (1,1—3,3)·10−4 %, в крови — 0,13 мг/л[источник не указан 1319 дней]. Ежедневно с пищей человек получает 1—3 мг бора[источник не указан 1319 дней]. Токсичная доза — 4 г[источник не указан 1319 дней].

Один из редких типов дистрофии роговицы связан с геном, кодирующим белок-транспортер, предположительно регулирующий внутриклеточную концентрацию бора[16].

Комментарии

  1. Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов в природе.

1,2,3-TrichloropropaneЭтилцеллозольв2-Methoxyethanol2,4-Dinitrotoluene4,4'-Methylenedianiline41xx steelАкриламидAL-6XNAlGaAlloy 20АльникоАлюмельАлюминийАлюминиевые сплавыАлюминиевая бронзаAluminium-lithium alloyАлюмосиликатыАмальгамаДихромат аммонияAnhydrousАнтраценArgentium sterling silverОксид мышьяка(V)Оксид мышьяка(III)Arsenical bronzeArsenical copperБаббитBell metalBenzyl butyl phthalateБериллийBeryllium copperБиллонBirmabrightBis(2-ethylhexyl) phthalateBismanolВисмутТетраборат натрияБорная кислотаЛатуньBrightrayБританийBritannia silverБронзаБулат (металл)Calamine brassCalifornia Electronic Waste Recycling ActЧугунCelestriumChina RoHSChinese silverХромельХромовая кислотаХромChromium hydrideОксид хрома(VI)Каменноугольная смолаКобальтАцетат кобальта(II)Карбонат кобальта(II)Хлорид кобальта(II)Нитрат кобальта(II)Сульфат кобальта(II)Цветное золотоКонстантанМедьГидрид меди(I)Copper–tungstenCorinthian bronzeCrown goldCrucible steelCunifeМедно-никелевый сплавСплавы для тарелокДамасская стальСплав ДевардаДибутилфталатDiisobutyl phthalateDoré bullionДюралюминийDutch metalЭлектротехническая стальЭлектрумЭлектрон (сплав)ЭлинварПлатинитФерросплавыФерроцерийФеррохромФерромарганецФерромолибденФерросилицийФерротитанFerrouraniumField's metalFlorentine bronzeGalfenolГалинстанГаллийGilding metalСтеклоGlucydurЗолотоGoloidGuanín (bronze)Gum metalGunmetalHaynes InternationalГелийHepatizonHexabromocyclododecaneШестивалентный хромHiduminiumБыстрорежущая стальHigh-strength low-alloy steelHigh-temperature insulation woolГидратыГидразинВодородHydronaliumИнконельИндийIMDSИнварЖелезоIron–hydrogen alloyItalmaФехральКоварСвинецГидроортоарсенат свинца(II)Хромат свинца(II)ЛитийMagnaliumМагнийMagnox (alloy)Сталь ГадфильдаМанганинMaraging steelНержавеющая сталь AISI 316Martensitic stainless steelMegalliumМельхиор (сплав)MercuryМишметаллMolybdochalkosМонель-металлМю-металлMuntz metalMushet steelMusk xyleneN-Methyl-2-pyrrolidoneНихромНикельNickel hydrideНейзильберНитинолNicrosilNisilСеверное золотоОлигомерOrmoluПермаллойПьютерPhosphor bronzeФталевая кислотаПередельный чугунPinchbeck (alloy)ПекПластмассыPlatinum sterlingPlexiglasПлутонийPlutonium–gallium alloyPolybrominated biphenylPolybrominated diphenyl ethersКалийХромат калияДихромат калияPseudo palladiumQueen's metalREACHRestriction of Hazardous Substances DirectiveReynolds 531RhoditeРодийСплав РозеСамарийSamarium–cobalt magnetSanicro 28СкандийScandium hydrideСякудоShibuichiСереброСеребрянка (сталь)НатрийХромат натрияДихромат натрияНатрий-калиевый сплавПрипойSpeculum metalSpiegeleisenПружинная стальStaballoyНержавеющая стальСтальСтеллитСтерлинг (сплав)Strontium chromateКонструкционная стальSubstance of very high concernСупермаллойSurgical stainless steelTerfenol-DTerneTibetan silverОловоТитан (элемент)Titanium alloyTitanium Beta CTitanium goldГидрид титана(II)Нитрид титанаТомпакИнструментальная стальTributyltin oxideТрихлорэтиленTris(2-chloroethyl) phosphateТумбагаType metalУран (элемент)Uranium hydrideVitalliumWaste Electrical and Electronic Equipment DirectiveСталь кортеновскаяWhite metalСплав ВудаWootz steelY alloyZAMAKZeron 100ЦинкЦирконийОксид циркония(IV)Zirconium hydrideУглеродАзотКислородНеонФторКремнийФосфорSulfurХлорАргонКальцийВанадийГерманийArsenicСеленБромКриптонКсенонИодТеллурТехнецийИттрийМолибденНиобийСтронцийРубидийЦезийБарийЛантанГафнийТантал (элемент)РенийВольфрамОсмийИридийПлатинаРтутьТаллийПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийРезерфордийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонЦерийПразеодимНеодимПрометийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийИттербийТулийЛютецийТорийПротактинийНептунийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийГрафенХимический элемент

This article uses material from the Wikipedia article "Бор (элемент)", which is released under the Creative Commons Attribution-Share-Alike License 3.0. There is a list of all authors in Wikipedia

Periodic Table Of Elements

element,system,atom,molecule,metal,halogen,noble gas,chemical,chemistry