Химический элемент бор: что это такое и в чем содержится

Основные характеристики бора

Бор принадлежит ко второму периоду, являясь тринадцатым элементом периодической таблицы Менделеева и давая по крайней мере десять аллотропных веществ различных модификаций. Образование этих производных, представляющих собой простые вещества одного элемента, обычно напрямую зависит от температурного режима, при котором был получен сам примитив (в данном случае бор).

Физические свойства

В естественной среде вещество может быть в разных формах, в одном случае полностью пигментированное, в другом сером, красном или темно-коричневом. Структура элемента, который имеет кристаллическую твердую форму или выглядит как конденсат, также может измениться, что указывает на его аморфное состояние. Удивительно, но бор по праву считается одним из самых твердых элементов в мире, уступая только алмазу и многим другим представителям периодической системы.

Что касается его точных характеристик, среди наиболее важных стоит выделить:

• Молярная атомная масса вещества соответствует 10,821 г / моль.
• Радиус атома 98 пм.
• Плотность элемента в нормальных условиях составляет 2,34 грамма на кубический сантиметр.
• Предел прочности на разрыв составляет 5,7 ГПа, что автоматически делает бор абсолютным рекордсменом по этому показателю среди других элементов.
• Температура кипения соответствует 4138 Кельвину, что эквивалентно 3865 градусам Цельсия. При этом сверхтвердый и прочный элемент начинает плавиться только после того, как градусник достигнет 2075 градусов.
• Удельная теплота плавления и испарения составляет соответственно 23,6 и 504,5 кДж / моль.
• Молярная теплоемкость составляет 11,09 Дж / кмоль.
• Молярный объем составляет 4,6 кубических сантиметра на моль.
• Коэффициент теплопроводности вещества соответствует 27,4 Вт / мК.
• Температура Дебая, при которой в рассматриваемом твердом теле возбуждаются все моды колебаний, равна 1250 Кельвину.

Электронная формула бора выглядит так: He 2s22p1. В твердом состоянии вещество образует кристаллическую решетку с ромбоэдрической структурой и значениями a = 10,17 и c = 65,18 A, что дает соотношение 0,576. Несмотря на всю свою твердость, бор является хрупким и широкозонным полупроводником. Это не металл, принадлежащий к группе неметаллов, хотя по основным свойствам бор очень близок к кремнию.

В естественной среде вещество встречается только в виде одного из двух изотопов 10 B и 11 B, при этом количество первого из них составляет 19,8% от общих запасов, а доля второго соответствует показателю из 80,12%. Каждый изотоп имеет свои особенности. Например, первый вариант демонстрирует чрезвычайно высокое эффективное ядерное сечение тепловых (медленных) нейронов, образующих на выходе два нерадиоактивных ядра, характеризующихся очень быстрыми ингибирующими свойствами в естественной среде.

Интересно, что эти два изотопа стабильны, но помимо них существует как минимум 12 изотопных конфигураций со своими валентными и радиоактивными характеристиками. Если рассматривать самую длинную производную, то это, несомненно, 8 В, период полураспада которых составляет 0,77 секунды.

Химические особенности

Название бора в периодической таблице состоит из одной латинской буквы B. Специалисты подчеркивают особую инертность этого элемента, так что в нормальной окружающей среде он может вступать в прямое химическое взаимодействие только с таким веществом, как фтор. Если его нагреть, на выходе могут быть получены различные производные триагалогенида, начиная с нитрида бора, который образуется при соединении с азотом, и заканчивая фосфидом BP, который получается при взаимодействии с фосфором.

При использовании углерода получаются смеси карбидов, которые имеют различный состав и свойства. В открытом пространстве нагревание приводит к тому, что вещество быстро сгорает, выделяя большое количество тепловой энергии и образуя оксид B2O3, точное определение которого — ангидрид борной кислоты. Что касается водорода, то считается, что бор не может вступить с ним в прямой контакт, хотя науке известно довольно внушительное количество всех типов борогидридов, образующихся при обработке боридов щелочных металлов кислотными соединениями.

Если прибегнуть к сильному нагреву, можно провести довольно интересный эксперимент, демонстрирующий восстановительные свойства вещества, с помощью которого будет вполне реально выделить кремний, фосфор и другие элементы из их оксидных соединений. Следует отметить, что при отсутствии в среде окислителей бор становится устойчивым к действию различных щелочных соединений. В то же время он свободно растворяется в гидроксидах, смешанных с нитратом калия.

Среди других параметров химической составляющей элемента стоит упомянуть:

• Ковалентный радиус бора составляет 82 пм.
• Радиус иона соответствует 23 пм с максимальной погрешностью до +3e.
• Индекс электроотрицательности составил 2,04 усл. Ед. По шкале Полинга.
• Степени окисления химического элемента -3 / 0 / + 3.
• Энергия ионизации в первом электроне составляет 800,2 кДж / моль.

На бор влияет теплая азотная среда, а также его растворение в серной кислоте или смеси концентрированных кислот, называемых царской водкой, что приводит к образованию борной кислоты, часто используемой в медицине. Этот же компонент обычно содержится в любом оксиде бора с возможностью высвобождения при взаимодействии с водой.

Если прибегнуть к сочетанию бора с различными щелочами, то на выходе можно будет получить соли (тетрабораты), которые не следует путать с обычными боратами, являющимися солями борной кислоты. По общему признанию, химические свойства этого элемента еще полностью не изучены, и каждый год исследователи делают новые открытия. Например, в 2014 году немецким специалистам удалось разработать и распространить уникальную двухцентровую связь двухэлектродного типа, создание которой стало возможным благодаря взаимодействию атомов бора и бериллия.

Получение

Наиболее чистый бор получается пиролизом борогидридов. Этот бор используется для производства полупроводниковых материалов и тонкого химического синтеза.

1. Метод металлотермии (чаще восстановление магнием или натрием):

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

Применение

Элементарный бор

Бор (в виде волокон) действует как упрочняющий агент во многих композитах.

Бор также часто используется в электронике для изменения типа проводимости кремния.

Бор используется в металлургии как элемент микролегирования, значительно повышающий закаливаемость сталей.

Соединения бора

Карбид бора используется в компактной форме для производства динамических газовых подшипников.

Пербораты / пероксобораты (содержат ион B2 (O2) 2 (OH) 4 2-) Технический продукт содержит до 10,4% «активного кислорода», на основе их производства выпускаются отбеливатели, не содержащие хлора («персил «,» личный «и др.).

Отдельно стоит отметить, что сплавы бор-углерод-кремний обладают чрезвычайно высокой твердостью и могут заменить любой абразивный материал (кроме нитрида углерода, алмаза, нитрида бора по микротвердости) и превосходят по показателям все известные человечеству абразивные материалы стоимости и эффективности шлифования (эконом.

Сплав бора с магнием (диборид магния MgB2) в настоящее время имеет рекордно высокую критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние между сверхпроводниками первого типа. Появление вышеупомянутой статьи стимулировало значительный рост работы по этой теме.

Борная кислота (H3BO3) широко используется в ядерной технике в качестве поглотителя нейтронов в ядерных реакторах (PWR) типа ВВЭР, использующих «тепловые» («медленные») нейтроны. Благодаря своим физическим нейтронным характеристикам и способности растворяться в воде использование борной кислоты позволяет постепенно (а не постепенно) регулировать мощность ядерного реактора, изменяя его концентрацию в теплоносителе — так называемый «борный контроль».

Бороводороды и борорганические соединения

Ряд органических производных бора (борогидриды) являются чрезвычайно эффективным ракетным топливом (диборан (B2H4), пентаборан, тетраборан и т.д.), А некоторые полимерные соединения с водородом и углеродом чрезвычайно устойчивы к химическому воздействию и высоким температурам, например, скважина Известный пластик Карборан-22.

Дополнительные сведения:

900	Дополнительная информация
901	Количество CAS	7440-42-8

История и происхождение названия химического элемента Бор

Впервые он был получен в 1808 г французскими физиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром при нагревании диоксида бора B2O3 с металлическим калием. Через несколько месяцев Х. Дэви получил бор электролизом расплавленного B2O3.

Биологическая роль

Бор — важный микроэлемент, необходимый для нормальной жизни растений. Недостаток бора останавливает их развитие и вызывает различные заболевания культурных растений. В основе этого нарушения окислительных и энергетических процессов в тканях, снижение биосинтеза необходимых веществ. При недостатке бора в почве в сельском хозяйстве применяют борные микроудобрения (борная кислота, бура и другие), повышающие урожайность, улучшающие качество продукции и предотвращающие ряд заболеваний растений.

Роль бора в организме животных 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. Человек получает 1-3 мг бора в сутки с пищей. Токсическая доза — 4 г.

Один из редких типов дистрофии роговицы связан с геном, кодирующим белок-носитель, который предположительно регулирует внутриклеточную концентрацию бора.

Бор, Борум, Б (5)
Природные соединения бора (Boron, French Vogue, German Bor), в основном нечистая бора, известны с раннего средневековья. Под названиями Тинкал, Тинкар или Аттинкар (Тинкал, Тинкар, Аттинкар) бур был завезен в Европу из Тибета; его использовали для сварки металлов, особенно золота и серебра. В Европе тинкал часто называли Боракс (Borax) от арабского слова bauraq и персидского слова burah. Иногда бура или борако обозначали различные вещества, например соду (нитрон). Руланд (1612) называет бура хризоколла, смолой, способной «склеивать» золото и серебро. Лемери (1698) также называет бура «клеем золота» (Auricolla, Chrisocolla, Gluten auri). Иногда borax означало что-то вроде «золотой уздечки» (capistrum auri). В эллинистической и византийской химической литературе Александрии борах и борахон, а также по-арабски (баурак) обычно обозначали щелочь, например, баурак арман (армянский борак), или сода, позже так стали называть бура.
В 1702 году Хомберг, прокаливая буру с сульфатом железа, получил «соль» (борную кислоту), которую назвали «седативной солью Гомберга» (Sal sedativum Hombergii); эта соль нашла широкое применение в медицине. В 1747 году барон синтезировал буру из «успокаивающей соли» и натрона (соды). Однако состав буры и «соли» оставался неизвестным до начала 19 века. В «Химической номенклатуре» 1787 г фигурирует название horacique asid (борная кислота). Лавуазье в «Таблице простых тел» приводит (радикальный борацик). В 1808 г. Гей-Люссак и Тенар сумели выделить свободный бор из борного ангидрида путем нагревания последнего с металлическим калием в медной трубке; предложили назвать элемент бором (Вога) или бором (Вога). Дэви, повторивший эксперименты Гей-Люссака и Тенара, также получил свободный бор и назвал его борацием. Позже англичане сократили это название до Boron. В русской литературе слово бора встречается в рецептурных сборниках XVII — XVIII веков. В начале 19 века. Русские химики называли бор бором (Захаров, 1810), буро (Страхов, 1825), борной кислотой, бурацином (Севергин, 1815), бором (Двагубский, 1824). Переводчик книги Гизе назвал бор штормом (1813 г.). Также встречаются названия борита, борона, буронита и др.

Химические свойства

По многим физическим и химическим свойствам неметаллический бор напоминает кремний.

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

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

Бор непосредственно с водородом не взаимодействует, хотя известно довольно большое количество борогидридов (боранов) различного состава, получаемых обработкой кислотой боридов щелочных или щелочно-земельных металлов:

Бор проявляет восстановительные свойства при сильном нагревании. Он способен, например, восстанавливать кремний или фосфор из их оксидов:

Это свойство бора можно объяснить высокой стойкостью химических связей в оксиде бора B2O3.

В отсутствие окислителей бор устойчив к действию щелочных растворов. В горячей азотной, серной и царской водке бор растворяется с образованием борной кислоты

Оксид бора
это типичный кислотный оксид. Реагирует с водой с образованием борной кислоты:

При взаимодействии борной кислоты со щелочами из самой борной кислоты образуются соли — бораты (содержащие анион BO33-), а тетрабораты, например:

Кристаллическая решётка бора:

500	Кристаллическая решетка
511	Кристаллическая решетка # 1	α-R-бор
512	Ретикулярная структура	Ромбоэдрический (тригональный)
513	Параметры решетки	а = 10,92, а = 23,81°
514	C / a отчет
515	Температура Дебая	1250 К
516	Название группы пространств симметрии	R_ 3м
517	Номер пространственной группы симметрии	166
521	Кристаллическая решетка # 2	β-R-бор
522	Ретикулярная структура	Ромбоэдрический (тригональный)
523	Параметры решетки	а = 10,17, а = 65,18°
524	C / a отчет
525	Температура Дебая
526	Название группы пространств симметрии	R_ 3м
527	Номер пространственной группы симметрии	166

Общие сведения:

100	Общий*
101	Имя	Бор
102	Прежнее название
103	Латинское название	Borum
104	Английское имя	Бор
105	Условное обозначение	Б
106	Атомный номер (номер в таблице)	5
107	Вид	Неметалл
108	Группа
109	Открытым	Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар, Франция, 30 июня 1808 г., Хамфри Дэви, Великобритания, 9 июля 1808 г
110	Год открытия	1808 г.
111	Внешний вид и др.	Бесцветные, темно-серые, темно-коричневые, темно-красные или коричневые кристаллы. Либо темно-серая, либо черная аморфная субстанция
112	Источник	Натуральный материал
113	Изменения
114	Аллотропные модификации	Более 10 аллотропных модификаций бора, в том числе.: — α-R-бор (B12) с ромбоэдрической (тригональной) кристаллической решеткой и 12 атомами в элементарной ячейке, — β-R-бор с ромбоэдрической (тригональной) кристаллической решеткой и ~ 105 атомов на элементарную ячейку, — α-T-бор ((B12) 4B2) с тетрагональной кристаллической решеткой и 50 атомами на элементарную ячейку, — β-Т-бор с тетрагональной кристаллической решеткой, — γ-бор с ромбической кристаллической решеткой и 28 атомами в элементарной ячейке, — сверхпроводящий бор с неизвестной кристаллической решеткой. Большинство аллотропных модификаций бора основаны на икосаэдрических мотивах B12
115	Температурные и другие условия перехода аллотропных модификаций друг в друга	α-R-бор, β-R-бор, α-T-бор и β-T-бор существуют в нормальных условиях окружающей среды. γ-бор получают путем сжатия других аллотропных модификаций бора до 12-20 ГПа и нагревания до 1500-1800 ° C. -бор остается стабильным после снижения температуры и давления. α-T-бор и β-T-бор получают сжатием других аллотропных модификаций бора до 12-20 ГПа и нагреванием до 1800-2200 ° C. Сверхпроводящий бор с неизвестной кристаллической решеткой получается путем сжатия других аллотропных модификаций бора выше 160 ГПа и существует в этих условиях.
116	Конденсат Бозе-Эйнштейна
117	2D материалы	Борофен
118	Содержание в атмосфере и воздухе (по весу)	0 %
119	Содержится в земной коре (по массе)	0,00086 %
120	Содержится в морях и океанах (по массе)	0,00044 %
121	Содержится во вселенной и пространстве (по массе)	1,0 10-7 %
122	Содержание в Солнце (по массе)	2,0 10-7 %
123	Содержание метеорита (по массе)	0,00016 %
124	Содержание в организме человека (по весу)	0,00007 %

Физические свойства

Чрезвычайно твердое вещество (уступающее только алмазу, нитриду углерода, нитриду бора (боразон), карбиду бора, сплаву бор-углерод-кремний, карбиду скандия-титана). Обладает хрупкостью и полупроводниковыми свойствами (широкозонный полупроводник).

Описание

Бор до 1980 года считался второстепенным элементом, который вообще не использовался в рационе. Но в 1985 году ученые установили факт, перевернувший представление об этом веществе с ног на голову. Изначально эксперименты проводились на птицах и цыплятах, и те, кто получил химический элемент с пищей, развивались быстрее и были здоровее. И уже в 90-х годах ХХ века бор окончательно стал считаться ценным и полезным веществом.

Впервые вещество было получено в начале 1800-х годов французскими химиками Гей-Люссаком и Тенаром. Элемент был назван в честь древних арабских и персидских имен Бора.

В элементарной форме вещество не встречается, но входит в состав природных минералов боратной группы. Бор практически не встречается в чужеродных минералах. Элемент содержится в земной коре, в море, в соленых озерах, в термальных источниках, в грязевых вулканах.

Интересные факты об элементе

Первыми учеными, которым удалось получить бор в чистом виде, были знаменитые французские химики, которых когда-то звали Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар. Это знаменательное событие произошло в 1808 году при нагревании борной кислоты металлическим калием. Всего несколько месяцев спустя такое же открытие было совершено другим светилом, Хамфри Дэви из Великобритании, который смог удалить бор электролизом предварительно плавленого бесцветного ангидрита.

Получение и применение

В настоящее время бор удаляется несколькими способами, наиболее популярным из которых является процесс разложения борсодержащих соединений водорода на отдельные элементы, называемый пиролизом, поскольку они позволяют удалить вещество в его чистом виде. Что касается использования бора этого класса, то его обычно используют для изготовления полупроводниковых элементов и тончайших сплавов.

Кроме того, продолжает оставаться актуальным металлотермический метод, то есть восстановление основных компонентов соединения. В качестве последнего чаще всего используются оксиды магния и натрия. Также используется термическое разложение паров бромида водородом, которое осуществляется непосредственно на вольфрамовой проволоке, нагревая ее до максимальной температуры от 1000 до 1200 градусов Цельсия.

Что касается области применения, то из-за высокой степени твердости бром широко используется для армирования различных композитов. Помимо прочего, это вещество улучшает качество проводимости кремния, с которым оно имеет много общего, фактически, действуя как акцепторная добавка или примесь в кристаллической решетке, добавляя зазоры в его структуру. Также бор используется для изготовления компонентов микрогелирования, которые активно используются в металлургии при прокатке стали.

Но главное преимущество бора, конечно же, в его лечебных свойствах, ведь его часто используют для лечения опухолевых новообразований, из-за возможности избирательного воздействия на злокачественные клетки организма. Что касается вреда, который элемент может причинить человеку, то эта область в настоящее время полностью не изучена.

Также широко применялись всевозможные борсодержащие соединения, ведь это всего лишь борная кислота, которая активно применяется не только в медицине, но и в ветеринарии, ювелирном деле и даже в такой серьезной отрасли, как атомная энергетика. Также следует отметить роль, которую бор играет в биологической среде, являясь одним из важнейших элементов для полноценного развития и синтеза абсолютного большинства овощных культур.

К тому же урожай напрямую зависит от количества бора в почве, поэтому необходимо проводить его постоянный анализ. В случае нехватки этого элемента крупным фермерам приходится удобрять почву минеральными удобрениями, содержащими бор, что в конечном итоге дает им определенные привилегии.

Свойства атома бора :

200	Свойства атома
201	Атомная масса (молярная масса)*	10,806-10,821 а.е.м. (г / моль)
202	Электронная конфигурация	1с2 2с2 2п1
203	Электронная оболочка	K2 L3 M0 N0 O0 P0 Q0 R0
204	Радиус атома (рассчитанный)	84 вечера
205	Эмпирический радиус атома*	85 часов
206	Ковалентный радиус*	82 вечера
207	Ионный радиус (кристаллический)	B3+ 25 (16) вечера, 41 (6) вечера (в скобках указано координационное число — характеристика, определяющая количество ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)
208	Радиус Ван-дер-Ваальса	192 вечера
209	Электроны, протоны, нейтроны	5 электронов, 5 протонов, 6 нейтронов
210	Семья (блок)	член семьи p
211	Период в периодической таблице	2
212	Группа по периодической таблице	13 группа (по старой классификации — основная подгруппа 3 группы)
213	Спектр излучения

Влияние бора на организм человека

Функции и влияние, которое бор оказывает на человеческий организм, имеют первостепенное значение. Его основная концентрация находится в костной ткани и зубной эмали. Огромное количество бора сосредоточено в плазменной части крови новорожденных, но масса элемента исчезает очень быстро через несколько дней. В небольшом количестве этот элемент содержится в яичках мужчин, печени, тканях почек и легких, лимфатических узлах, мозговой и мышечной ткани.

Благодаря бору происходит естественная и правильная деятельность желез эндокринной системы, а в организм лучше усваиваются полезные вещества в виде кальция, магния и фтора, которые играют ведущую биологическую роль в формировании костной ткани, улучшение и, таким образом, укрепление прочности скелетной структуры.

При достаточном составе бора в организме мужчины и женщины повышается гормональный фон, что особенно важно в период возрастной физиологии у женщин. Холекальциферол синтезируется с бором, в результате чего происходит более продуктивное всасывание кальция. Можно сказать, что бор отлично влияет на формирование и укрепление костной ткани. А в сочетании с витаминно-минеральным комплексом и некоторыми лекарствами бор оказывает положительное влияние при лечении опорно-двигательного аппарата.

Элементы бора нормализуют активацию ферментов нуклеиновых кислот, тем самым также участвуя в образовании. Благодаря борным соединениям белки и клетки тканей правильно формируются, растут и обновляются.

Полезные свойства бора направлены на уменьшение ксалатов, которые взаимодействуют с кальцием и превращаются в камни, откладывающиеся в почках.

Польза бора влияет на многие жизненно важные функции человеческого организма:

• структура хрящевой и костной ткани правильно сгруппирована, чтобы избежать артрита, остеопороза, артроза;
• улучшает обмен веществ и минералов: кальция, магния, фтора, цинка, фосфора;
• регулируются процессы желез эндокринной системы;
• витамин D превращается в идеальную для усвоения форму;
• нормализуется выработка нуклеотидов;
• стимулируется синтез белков и полипептидов, которые участвуют в обновлении всех клеток;
• улучшается и стабилизируется работа головного мозга и нервной системы;
• повышает активность мужских и женских гормонов;
• самочувствие стабилизируется в период климакса у женской половины;
• помощь в производстве и регулировании ферментов;
• профилактика некоторых заболеваний позвоночника;
• регулирование обмена веществ;
• профилактика развития камней в почках.

Микрочастицы бора, как мы видим, оказывают мощное воздействие на организм, но поскольку элемент был открыт и получен относительно недавно, ученые еще не до конца поняли роль материи в жизни человека.

Дефицит элемента

Что касается дефицита этого микроэлемента, то он встречается крайне редко, но это явление еще полностью не изучено. Основные исследования в основном проводились на цыплятах, но даже тогда они показали, что недостаток этого химического элемента может вызвать задержку роста.

Некоторым ученым удалось объяснить проявления дефицита бора и выяснить, с чем они могут быть связаны. Так, при острой нехватке вещества может нарушиться работа желез нейроэндокринной системы, вызвав дисбаланс гормонального фона. Это, в свою очередь, может быть тесно связано с нездоровым состоянием женского организма, в результате которого развиваются миома, эктопия, фиброзно-кистозная болезнь, поликистоз яичников и рак. Недостаток бора увеличивает риск снижения плотности костей, возникновения почечной и мочекаменной болезни и заболеваний суставов.

Дефицит микроэлемента также влияет на нервную структуру и деятельность мозга. Недостаточное количество отрицательно влияет на мыслительные процессы, концентрацию, реакцию и концентрацию. Ученым удается зафиксировать эти проявления исключительно с помощью устройства, считывающего работу мозга.

Первоначально симптомы нехватки вещества могут быть похожи на простой гиповитаминоз: наслоение ногтевой пластины, дряблость эпидермиса, тусклость линии роста волос, сонливость, легкое головокружение.