Bor - Boron

Bor,  ₅ B

bor (β-romboedryczny)
Bor
Wymowa	/ B ɔːr ɒ n / ( BOR -on )
Alotropy	α-, β-romboedryczny, β-tetragonalny (i więcej )
Wygląd zewnętrzny	czarny brązowy
Standardowa masa atomowa A r, std (B)	[10.806 , 10.821 ] konwencjonalne: 10.81
Bor w układzie okresowym
Wodór Hel Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton Rubid Stront Itr Cyrkon Niob molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon Astatin Radon Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubniu Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson – ↑ B ↓ Al beryl ← bor → węgiel
Liczba atomowa ( Z )	5
Grupa	grupa 13 (grupa boru)
Okres	okres 2
Blok	p-blok
Konfiguracja elektronów	[ On ] 2s 2 2p 1
Elektrony na powłokę	2, 3
Właściwości fizyczne
Faza w  STP	solidny
Temperatura topnienia	2349  K (2076 ° C, 3769 ° F)
Temperatura wrzenia	4200 K (3927 ° C, 7101 ° F)
Gęstość w stanie ciekłym (w  mp )	2,08 g / cm 3
Ciepło stapiania	50,2  kJ/mol
Ciepło parowania	508 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna	11,087 J/(mol·K)
Ciśnienie pary P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys w  T  (K) 2348 2562 2822 3141 3545 4072
Właściwości atomowe
Stany utleniania	-5, -1, 0, +1, +2, +3 (lekko kwaśny tlenek)
Elektroujemność	Skala Paulinga: 2,04
Energie jonizacji
Promień atomowy	empiryczny: 90  pm
Promień kowalencyjny	84±3 po południu
Promień Van der Waalsa	192 po południu
Linie widmowe boru
Inne właściwości
Naturalne występowanie	pierwotny
Struktura krystaliczna	romboedrycznej
Prędkość dźwięku cienki pręt	16 200 m/s (przy 20 °C)
Rozszerzalność termiczna	forma β: 5-7 µm/(m⋅K) (w 25 °C)
Przewodność cieplna	27,4 W/(m⋅K)
Rezystancja	~10 6  Ω⋅m (przy 20 °C)
Zamawianie magnetyczne	diamagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna	-6,7 × 10 -6  cm 3 /mol
Twardość Mohsa	~9,5
Numer CAS	7440-42-8
Historia
Odkrycie	Joseph Louis Gay-Lussac i Louis Jacques Thénard (30 czerwca 1808)
Pierwsza izolacja	Humphry Davy (9 lipca 1808)
Główne izotopy boru
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt 10 B 20% stabilny 11 B 80% stabilny
Zawartość 10 B wynosi 19,1–20,3% w próbkach naturalnych, a pozostała część to 11 B.
Kategoria: Bor pogląd rozmowa edytować | Bibliografia

Bor jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu  B i liczbie atomowej  5. W postaci krystalicznej jest kruchym, ciemnym, błyszczącym metaloidem ; w formie amorficznej jest brązowym proszkiem. Jako najlżejszy pierwiastek z grupy boru ma trzy elektrony walencyjne do tworzenia wiązań kowalencyjnych , co daje wiele związków, takich jak kwas borowy , boraks mineralny i ultratwardy krystaliczny węglik boru .

Bor jest syntetyzowany w całości przez spallację promieniowaniem kosmicznym i supernowe, a nie przez gwiezdną nukleosyntezę , jest więc pierwiastkiem mało liczebnym w Układzie Słonecznym i skorupie ziemskiej . Stanowi około 0,001 procenta masy skorupy ziemskiej. Bor jest skoncentrowany na Ziemi dzięki rozpuszczalności w wodzie jego bardziej powszechnych naturalnie występujących związków, minerałów boranowych . Są one wydobywane przemysłowo jako ewaporaty , takie jak boraks i kernit . Największe znane złoża boru znajdują się w Turcji , która jest największym producentem minerałów boru.

Bor pierwiastkowy jest metaloidem, który występuje w niewielkich ilościach w meteoroidach, ale niezwiązany chemicznie bor nie występuje naturalnie na Ziemi. Przemysłowo bardzo czysty bor jest wytwarzany z trudnością z powodu zanieczyszczenia węglem lub innymi pierwiastkami, które są odporne na usuwanie. Istnieje kilka alotropów boru : amorficzny bor jest brązowym proszkiem; krystaliczny bor jest srebrzysty do czarnego, niezwykle twardy (około 9,5 w skali Mohsa ) i jest słabym przewodnikiem elektrycznym w temperaturze pokojowej. Podstawowym zastosowaniem boru pierwiastkowego są włókna borowe o zastosowaniach podobnych do włókien węglowych w niektórych materiałach o wysokiej wytrzymałości.

Bor jest używany przede wszystkim w związkach chemicznych. Około połowa całego boru zużywanego na świecie to dodatek do włókna szklanego do materiałów izolacyjnych i konstrukcyjnych. Kolejnym wiodącym zastosowaniem są polimery i ceramika z wysokowytrzymałych, lekkich materiałów konstrukcyjnych i żaroodpornych . Szkło borokrzemianowe jest pożądane ze względu na większą wytrzymałość i odporność na szok termiczny niż zwykłe szkło sodowo-wapniowe. Bor jako nadboran sodu jest używany jako wybielacz . Niewielka ilość boru jest wykorzystywana jako domieszka w półprzewodnikach i odczynniki pośrednie w syntezie organicznych chemikaliów wysokowartościowych . Kilka organicznych farmaceutyków zawierających bor jest używanych lub jest w trakcie badań. Naturalny bor składa się z dwóch stabilnych izotopów, z których jeden ( bor-10 ) ma wiele zastosowań jako czynnik wychwytujący neutrony.

Przecięcie boru z biologią jest bardzo małe. Brakuje zgody co do tego, że bor jest niezbędny do życia ssaków. Borany mają niską toksyczność u ssaków (podobnie jak sól kuchenna ), ale są bardziej toksyczne dla stawonogów i są czasami stosowane jako środki owadobójcze . Znane są antybiotyki organiczne zawierające bor. Chociaż wymagane są tylko śladowe ilości, bor jest niezbędnym składnikiem odżywczym roślin.

Historia

Słowo bor zostało ukute od boraksu , minerału, z którego został wyizolowany, przez analogię z węglem , który bor jest chemicznie podobny.

Sassolite

Boraks w swojej formie mineralnej (wtedy znany jako tynka) po raz pierwszy był używany jako glazura, począwszy od około 300 roku n.e. w Chinach . Jakiś surowy boraks wędrował na zachód i najwyraźniej wspomniał o nim alchemik Jabir ibn Hayyan około 700 roku naszej ery. Marco Polo w XIII wieku przywiózł do Włoch niektóre glazury. Georgius Agricola , około 1600 rne, doniósł o użyciu boraksu jako topnika w metalurgii . W 1777 r. kwas borowy został rozpoznany w gorących źródłach ( soffioni ) niedaleko Florencji we Włoszech, kiedy to stał się znany jako sal sedativum , z rzekomymi korzyściami medycznymi. Minerał został nazwany sassolite , po Sasso Pisano we Włoszech. Sasso było głównym źródłem europejskiego boraksu w latach 1827-1872, kiedy zastąpiły go źródła amerykańskie . Związki boru były stosunkowo rzadko używane do końca XIX wieku, kiedy to firma Pacific Coast Borax Company Francisa Marion Smitha po raz pierwszy spopularyzowała i produkowała je masowo po niskich kosztach.

Bor nie został rozpoznany jako pierwiastek, dopóki nie został wyizolowany przez Sir Humphry'ego Davy'ego oraz przez Josepha Louisa Gay-Lussaca i Louisa Jacquesa Thénarda . W 1808 roku Davy zaobserwował, że prąd elektryczny przesyłany przez roztwór boranów wytworzył brązowy osad na jednej z elektrod. W kolejnych eksperymentach do redukcji kwasu borowego zamiast elektrolizy stosował potas . Wyprodukował wystarczającą ilość boru, aby potwierdzić nowy pierwiastek i nazwał go boracium . Gay-Lussac i Thénard używali żelaza do redukcji kwasu borowego w wysokich temperaturach. Utleniając bor powietrzem, wykazali, że kwas borowy jest produktem utleniania boru. Jöns Jacob Berzelius zidentyfikował bor jako pierwiastek w 1824 roku. Czysty bor został prawdopodobnie po raz pierwszy wyprodukowany przez amerykańskiego chemika Ezekiela Weintrauba w 1909 roku.

Przygotowanie boru pierwiastkowego w laboratorium

Najwcześniejsze drogi do pierwiastkowego boru obejmowały redukcję tlenku boru metalami takimi jak magnez czy aluminium . Jednak produkt prawie zawsze jest zanieczyszczony borkami tych metali. Czysty bor można otrzymać redukując lotne halogenki boru wodorem w wysokich temperaturach. Ultraczysty bor do stosowania w przemyśle półprzewodnikowym jest wytwarzany przez rozkład diboranu w wysokich temperaturach, a następnie oczyszczany w topieniu strefowym lub procesach Czochralskiego .

Produkcja związków boru nie obejmuje tworzenia pierwiastkowego boru, ale wykorzystuje dogodną dostępność boranów.

Charakterystyka

Alotropy

Kawałki boru

Bor jest podobny do węgla pod względem zdolności do tworzenia stabilnych kowalencyjnie związanych sieci molekularnych. Nawet nominalnie nieuporządkowany ( bezpostaciowy ) bor zawiera regularne icosahedry boru, które są jednak losowo połączone ze sobą bez uporządkowania dalekiego zasięgu . Bor krystaliczny jest bardzo twardym, czarnym materiałem o temperaturze topnienia powyżej 2000 °C. Tworzy cztery główne alotropy : α-romboedryczną i β-romboedryczną (α-R i β-R), γ-rombową (γ) i β-tetragonalną (β-T). Wszystkie cztery fazy są stabilne w warunkach otoczenia , a β-romboedryczna jest najbardziej powszechna i stabilna. Istnieje również faza α-tetragonalna (α-T), ale jest bardzo trudna do wyprodukowania bez znacznego zanieczyszczenia. Większość faz bazuje na dwudziestościanach B ₁₂ , ale fazę γ można opisać jako układ soli kamiennej między dwudziestościanami i parami atomowymi B ₂ . Można go wytworzyć przez sprasowanie innych faz boru do 12-20 GPa i podgrzanie do 1500-1800 °C; pozostaje stabilny po zwolnieniu temperatury i ciśnienia. Faza β-T jest wytwarzana przy podobnym ciśnieniu, ale w wyższych temperaturach 1800-2200 °C. Fazy ​​α-T i β-T mogą współistnieć w warunkach otoczenia, przy czym faza β-T jest bardziej stabilna. Kompresja bor powyżej 160 GPa tworzy fazę boru o nieznanej strukturze i ten etap jest nadprzewodnika w temperaturze poniżej 6-12 K. Borospherene ( fulerenu -jak B ₄₀ cząsteczek) i borophene (proponowane grafenu -jak struktury) są opisane w 2014 roku.

Chemia pierwiastka

Bor elementarny jest rzadki i słabo zbadany, ponieważ czysty materiał jest niezwykle trudny do przygotowania. Większość badań „boru” obejmuje próbki zawierające niewielkie ilości węgla. Zachowanie chemiczne boru przypomina bardziej krzem niż aluminium . Krystaliczny bor jest chemicznie obojętny i odporny na atak wrzącego kwasu fluorowodorowego lub chlorowodorowego . Po dokładnym rozdrobnieniu jest powoli atakowany gorącym stężonym nadtlenkiem wodoru , gorącym stężonym kwasem azotowym , gorącym kwasem siarkowym lub gorącą mieszaniną kwasu siarkowego i chromowego .

Szybkość utleniania boru zależy od krystaliczności, wielkości cząstek, czystości i temperatury. Bor nie reaguje z powietrzem w temperaturze pokojowej, ale w wyższych temperaturach spala się tworząc trójtlenek boru :

4 B + 3 O ₂ → 2 B ₂ O ₃

Model kuli i sztyftu anionu tetraboranowego [B ₄ O ₅ (OH) ₄ ] ^2- , który występuje w krystalicznym boraksie, Na ₂ [B ₄ O ₅ (OH) ₄ ]·8H ₂ O. Atomy boru są różowy, z tlenami mostkowymi w kolorze czerwonym i czterema wodorami hydroksylowymi w kolorze białym. Zauważ, że dwa bory są związane trygonalnie sp ² bez ładunku formalnego, podczas gdy pozostałe dwa bory są związane czworościennie sp ³ , z których każdy ma ładunek formalny -1. Stopień utlenienia wszystkich boru to III. Ta mieszanina liczb koordynacyjnych boru i ładunków formalnych jest charakterystyczna dla naturalnych minerałów boru.

Bor poddaje się halogenowaniu dając trihalogenki; na przykład,

2 b + 3Br ₂ → 2 BBR ₃

W praktyce trójchlorek jest zwykle wytwarzany z tlenku.

Struktura atomowa

Bor jest najlżejszym pierwiastkiem posiadającym elektron na orbicie p w stanie podstawowym. Ale w przeciwieństwie do większości innych pierwiastków p , rzadko przestrzega zasady oktetu i zwykle umieszcza tylko sześć elektronów (w trzech orbitalach molekularnych ) na swojej powłoce walencyjnej . Bor jest prototypem grupy borowej ( grupa  13 IUPAC ), chociaż pozostali członkowie tej grupy to metale i bardziej typowe pierwiastki p (tylko aluminium w pewnym stopniu dzieli awersję boru do reguły oktetu).

Związki chemiczne

Struktura trifluorku boru (III) , pokazująca „pusty” orbital p boru w koordynacyjnych wiązaniach kowalencyjnych typu pi

W najbardziej znanych związkach bor ma formalny stopień utlenienia III. Należą do nich tlenki, siarczki, azotki i halogenki.

Trihalogenki przyjmują planarną strukturę trygonalną. Związki te są kwasami Lewisa , ponieważ łatwo tworzą addukty z donorami par elektronów, które nazywane są zasadami Lewisa . Na przykład, fluorek (F ^- ) i trifluorek boru (BF ₃ ) połączone dają anion tetrafluoroboranowy BF ₄ ^- . Trifluorek boru jest stosowany w przemyśle petrochemicznym jako katalizator. Halogenki reagują z wodą tworząc kwas borowy .

Bor występuje w przyrodzie na Ziemi prawie w całości jako różne tlenki B(III), często związane z innymi pierwiastkami. Ponad sto minerałów boranowych zawiera bor w stopniu utlenienia +3. Minerały te pod pewnymi względami przypominają krzemiany, chociaż bor często występuje nie tylko w czworościennej koordynacji z tlenem, ale także w konfiguracji trygonalnej planarnej. W przeciwieństwie do krzemianów minerały boru nigdy nie zawierają boru o liczbie koordynacyjnej większej niż cztery. Przykładem typowego motywu są aniony tetraboranowe zwykłego mineralnego boraksu , pokazane po lewej stronie. Formalny ładunek ujemny czworościennego centrum boranowego jest równoważony przez kationy metali w minerałach, takie jak sód (Na ⁺ ) w boraksie. Turmalinowa grupa krzemianów boranowych jest również bardzo ważną grupą minerałów zawierających bor, a wiele borokrzemianów jest również znanych z naturalnego występowania.

Modele kulowo-kijowe przedstawiające struktury szkieletów borowych klastrów boranu . Struktury można zracjonalizować za pomocą wielościennej teorii par elektronów szkieletowych .

Borany to związki chemiczne boru i wodoru o ogólnym wzorze B _x H _y . Związki te nie występują w naturze. Wiele boranów szybko utlenia się w kontakcie z powietrzem, niektóre gwałtownie. Człon macierzysty BH ₃ nazywany jest boranem, ale znany jest tylko w stanie gazowym i dimeryzuje tworząc diboran B ₂ H ₆ . Wszystkie większe borany składają się z wielościennych klastrów boru, z których niektóre istnieją jako izomery. Na przykład, izomery B ₂₀ H ₂₆ są oparte na fuzji dwóch blokach 10 atomów.

Najważniejszymi boranami są diboran B ₂ H ₆ i dwa jego produkty pirolizy, pentaboran B ₅ H ₉ i dekaboran B ₁₀ H ₁₄ . Duża ilość anionowych borowodorki są znane, na przykład [B ₁₂ H ₁₂ ] ^2- .

Formalny stopień utlenienia boranów jest dodatni i opiera się na założeniu, że wodór jest liczony jako -1, jak w aktywnych wodorkach metali. Średni stopień utlenienia boru to po prostu stosunek wodoru do boru w cząsteczce. Na przykład, w diboranu B ₂ H ₆ , stan utlenienia +3 boru, lecz w dekaboran B ₁₀ H, ₁₄ , to jest ⁷ / ₅ lub 1,4. W tych związkach stopień utlenienia boru często nie jest liczbą całkowitą.

W azotki boru są godne uwagi na różnorodność struktur, które przyjmują. Wykazują struktury analogiczne do różnych alotropów węgla , w tym grafitu, diamentu i nanorurek. W strukturze diamentopodobnej, zwanej sześciennym azotkiem boru (nazwa handlowa Borazon ), atomy boru występują w czworościennej strukturze atomów węgla w diamencie, ale jedno na cztery wiązania BN można postrzegać jako współrzędne wiązanie kowalencyjne , w którym dwa elektrony są oddawane przez atom azotu, który działa jako zasada Lewisa do wiązania z kwasowym centrum boru (III) Lewisa . Jako materiał ścierny stosuje się m.in. sześcienny azotek boru, który ma twardość porównywalną z diamentem (obie substancje są w stanie tworzyć na sobie rysy). W związku BN, analogu grafitu, heksagonalnym azotku boru (h-BN), dodatnio naładowane atomy boru i ujemnie naładowane atomy azotu w każdej płaszczyźnie leżą w sąsiedztwie przeciwnie naładowanego atomu w następnej płaszczyźnie. W związku z tym grafit i h-BN mają bardzo różne właściwości, chociaż oba są smarami, ponieważ płaszczyzny te łatwo mijają się ze sobą. Jednak h-BN jest stosunkowo słabym przewodnikiem elektrycznym i cieplnym w kierunkach planarnych.

Chemia boru organoorganicznego

Znanych jest wiele związków boroorganicznych, a wiele z nich jest użytecznych w syntezie organicznej . Wiele z nich wytwarza się w procesie hydroborowania , w którym wykorzystuje się diboran , B ₂ H ₆ , prosty związek chemiczny boranu . Organoboranowe (III), związki są zazwyczaj płaskie czworościenne lub trójkątny, na przykład, tetrafenyloboran , [B (C ₆ H ₅ ) ₄ ] ^- porównaniu trifenyloboran , B (C ₆ H ₅ ), ₊₃ . Jednak wiele atomów boru reagujących ze sobą ma tendencję do tworzenia nowych struktur dwunastościennych (12-stronnych) i dwudziestościennych (20-stronnych) złożonych całkowicie z atomów boru lub z różną liczbą heteroatomów węgla.

Chemikalia organoboronowe zostały wykorzystane w tak różnych zastosowaniach, jak węglik boru (patrz poniżej), złożona bardzo twarda ceramika składająca się z anionów i kationów klastrów borowo-węglowych, do karboranów , związków chemicznych klastrów węgiel-bor , które można chlorowcować w celu utworzenia reaktywnych struktur, w tym kwas karboranowy , superkwas . Jako jeden przykład, karborany tworzą użyteczne ugrupowania molekularne, które dodają znaczne ilości boru do innych substancji biochemicznych w celu syntezy związków zawierających bor do terapii wychwytu boru neutronów w przypadku raka.

Związki B(I) i B(II)

Zgodnie z przewidywaniami klastrów wodorkowych bor tworzy szereg stabilnych związków o formalnym stopniu utlenienia mniejszym niż trzy. B ₂ C ₄ i B ₄ Cl ₄ są dobrze scharakteryzowane.

Model kulkowo-kijowy nadprzewodnikowego diborku magnezu. Atomy boru leżą w heksagonalnych warstwach przypominających grafit aromatyczny, z ładunkiem -1 na każdym atomie boru. Jony magnezu(II) leżą między warstwami

Binarne związki metal-bor, borki metali, zawierają bor w ujemnych stanach utlenienia. Ilustrującym dwuborek magnezu (MGB ₂ ). Każdy atom boru ma ładunek formalny -1, a magnezowi przypisuje się ładunek formalny +2. W tym materiale centra boru są trygonalnie płaskie z dodatkowym podwójnym wiązaniem dla każdego boru, tworząc arkusze podobne do węgla w graficie . Jednak w przeciwieństwie do heksagonalnego azotku boru, w którym brakuje elektronów w płaszczyźnie atomów kowalencyjnych, zdelokalizowane elektrony w diborku magnezu pozwalają mu przewodzić elektryczność podobną do grafitu izoelektronicznego. W 2001 roku odkryto, że materiał ten jest nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym . Jest nadprzewodnikiem w trakcie aktywnego rozwoju. Projekt w CERN, mający na celu wytworzenie kabli MgB ₂ , zaowocował nadprzewodnikowymi kablami testowymi zdolnymi do przenoszenia 20 000 amperów do zastosowań w zakresie dystrybucji ekstremalnie wysokich prądów, takich jak rozważana wersja dużego zderzacza hadronów o wysokiej jasności .

Niektóre inne borki metali znajdują specjalistyczne zastosowanie jako twarde materiały do ​​narzędzi skrawających. Często bor w borkach ma ułamkowe stany utlenienia, takie jak -1/3 w sześcioborku wapnia (CaB ₆ ).

Z perspektywy strukturalnej najbardziej charakterystycznymi związkami chemicznymi boru są wodorki. Zawarte w tej serii są dodekaboranowe związki klastrowe ( B
₁₂h^2-
₁₂) Dekaboran (B ₁₀ H ₁₄ ) oraz karborany takie jak C ₂ B ₁₀ H ₁₂ . Charakterystycznie takie związki zawierają bor o liczbach koordynacyjnych większych niż cztery.

Izotopy

Bor ma dwa naturalnie występujące i stabilne izotopy , ¹¹ B (80,1%) i ¹⁰ B (19,9%). Różnica mas skutkuje szerokim zakresem wartości δ ¹¹ B, które definiuje się jako różnicę ułamkową między ¹¹ B a ¹⁰ B i tradycyjnie wyraża się w częściach na tysiąc, w wodach naturalnych w zakresie od -16 do +59. Znanych jest 13 izotopów boru, najkrócej żyjący izotop to ⁷ B, który rozpada się poprzez emisję protonów i rozpad alfa . Ma okres półtrwania 3,5× ^10-22 s. Frakcjonowanie izotopowe boru jest kontrolowane przez reakcje wymiany form boru B(OH) ₃ i [B(OH) ₄ ] ⁻ . Izotopów boru także frakcjonowanej krystalizacji w mineralnym, w trakcie H ₂ O zmian fazowych w hydrotermalnych systemami oraz w hydrotermalnym zmiany w skale . Ta ostatnia występuje w rezultacie w selektywne usuwanie [ ¹⁰ B (OH) ₄ ] ^- jon na glin. Skutkuje to roztworami wzbogaconymi w ¹¹ B(OH) _3, a zatem może być odpowiedzialny za duże wzbogacenie ¹¹ B w wodzie morskiej w stosunku zarówno do skorupy oceanicznej, jak i kontynentalnej ; ta różnica może działać jak sygnatura izotopowa .

Egzotyczny ¹⁷ B ma jądrowe halo , tzn. jego promień jest znacznie większy niż przewidywany przez model kropli cieczy .

¹⁰ izotop B jest użyteczna do przechwytywania neutronów termicznych (patrz neutronów przekrój # Typowe przekroju ). Przemysł jądrowy wzbogaca naturalny bor do prawie czystego ¹⁰ B. Mniej wartościowy produkt uboczny, zubożony bor, ma prawie czysty ¹¹ B.

Komercyjne wzbogacanie izotopowe

Ze względu na duży przekrój neutronów bor-10 jest często używany do kontrolowania rozszczepienia w reaktorach jądrowych jako substancja wychwytująca neutrony. Opracowano kilka procesów wzbogacania na skalę przemysłową; Jednak tylko frakcjonowana destylacji próżniowej eter dimetylowy addukt trifluorku boru (DME BF ₃ ) i chromatografii kolumnowej, z boranami są używane.

Bor wzbogacony (bor-10)

Przekrój neutronowy boru (górna krzywa jest dla ¹⁰ B a dolna krzywa dla ¹¹ B)

Wzbogacony bor lub ¹⁰ B jest stosowany zarówno w osłonie przed promieniowaniem, jak i jest podstawowym nuklidem stosowanym w terapii raka z wychwytem neutronów . W drugim ( „terapia wychwytu neutronów przez bor” i BNCT), związek zawierający ¹⁰ B włączono do farmaceutycznych, które jest selektywnie wchłaniania przez tkanki nowotworu złośliwego, i w jego pobliżu. Pacjent jest następnie leczony wiązką neutronów o niskiej energii przy stosunkowo niskiej dawce promieniowania neutronowego. Jednak neutrony wyzwalają energetyczne i krótkozasięgowe wtórne cząstki alfa oraz promieniowanie ciężkich jonów litu-7, które są produktami reakcji jądrowej bor + neutron , a to promieniowanie jonowe dodatkowo bombarduje guz, zwłaszcza z wnętrza komórek nowotworowych.

W reaktorach jądrowych ¹⁰ B służy do kontroli reaktywności oraz w systemach awaryjnego wyłączania . Może pełnić funkcję albo w postaci borokrzemianowych prętów kontrolnych, albo jako kwas borowy . W reaktorów wodnych ciśnieniowych , ¹⁰ B kwas borowy dodaje się do płynu chłodzącego, gdy instalacja reaktora jest zamknięty na tankowania. Następnie jest powoli filtrowany przez wiele miesięcy, ponieważ materiał rozszczepialny jest zużywany, a paliwo staje się mniej reaktywne.

W przyszłych załogowych międzyplanetarnych statkach kosmicznych, ¹⁰ B ma teoretyczną rolę jako materiał konstrukcyjny (jako włókna boru lub materiał z nanorurek BN ), który pełniłby również szczególną rolę w osłonie radiacyjnej. Jedną z trudności w radzeniu sobie z promieniowaniem kosmicznym , które w większości są protonami o wysokiej energii, jest to, że część promieniowania wtórnego z interakcji promieniowania kosmicznego i materiałów statku kosmicznego to wysokoenergetyczne neutrony spallacyjne . Takie neutrony mogą być moderowane przez materiały o dużej zawartości lekkich pierwiastków, takie jak polietylen , ale moderowane neutrony nadal stanowią zagrożenie dla promieniowania, o ile nie są aktywnie absorbowane w osłonie. Wśród lekkich pierwiastków, które pochłaniają neutrony termiczne, ⁶ Li i ¹⁰ B pojawiają się jako potencjalne materiały konstrukcyjne statków kosmicznych, które służą zarówno do mechanicznego wzmocnienia, jak i ochrony przed promieniowaniem.

Zubożony bor (bor-11)

Półprzewodniki utwardzane promieniowaniem

Promieniowanie kosmiczne będzie wytwarzać neutrony wtórne, jeśli uderzy w struktury statku kosmicznego. Neutrony te zostaną wychwycone w ¹⁰ B, jeśli są obecne w półprzewodnikach statku kosmicznego , wytwarzając promieniowanie gamma , cząstkę alfa i jon litu . Te powstałe produkty rozpadu mogą następnie napromieniować pobliskie struktury „chipów” półprzewodnikowych, powodując utratę danych (przerzucanie bitów lub zakłócenie pojedynczego zdarzenia ). W konstrukcjach półprzewodników utwardzanych promieniowaniem , jednym ze środków zaradczych jest użycie zubożonego boru , który jest znacznie wzbogacony w ¹¹ B i prawie nie zawiera ¹⁰ B. Jest to przydatne, ponieważ ¹¹ B jest w dużej mierze odporny na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem. Zubożony bor jest produktem ubocznym przemysłu jądrowego .

Fuzja protonowo-borowa

¹¹ B jest również kandydatem na paliwo do syntezy aneutronicznej . Uderzony protonem o energii około 500 k eV wytwarza trzy cząstki alfa i energię o energii 8,7 MeV. Większość innych reakcji syntezy jądrowej z udziałem wodoru i helu wytwarza przenikające promieniowanie neutronowe, które osłabia struktury reaktora i indukuje długotrwałą radioaktywność, zagrażając w ten sposób personelowi operacyjnemu. Jednak cząstki alfa z fuzji ¹¹ B można bezpośrednio przekształcić w energię elektryczną, a całe promieniowanie ustaje, gdy tylko reaktor zostanie wyłączony.

Spektroskopia NMR

Zarówno ¹⁰ B, jak i ¹¹ B mają spin jądrowy . Spin jądrowy ¹⁰ B wynosi 3, a ¹¹ B to3/2. Izotopy te są zatem przydatne w spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego; oraz spektrometry specjalnie przystosowane do wykrywania jąder boru-11 są dostępne w handlu. W ¹⁰ B i ¹¹ B jądra również powodować rozszczepienie w rezonansów przyłączonych jąder.

Występowanie

Fragment uleksytu

Kryształy boraksu

Bor jest rzadki we Wszechświecie i Układzie Słonecznym ze względu na ślady formacji w Wielkim Wybuchu iw gwiazdach. Powstaje w niewielkich ilościach w nukleosyntezie spallacji promieniowania kosmicznego i można go znaleźć w postaci niezwiązanej w pyle kosmicznym i materiałach meteoroidowych .

W środowisku o wysokiej zawartości tlenu na Ziemi bor jest zawsze w pełni utleniony do boranu. Bor nie pojawia się na Ziemi w formie pierwiastków. Niezwykle małe ślady pierwiastkowego boru wykryto w regolicie księżycowym.

Chociaż bor jest stosunkowo rzadkim pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, stanowi zaledwie 0,001% masy skorupy, może być silnie skoncentrowany pod wpływem wody, w której rozpuszcza się wiele boranów. Występuje naturalnie w połączeniu w związkach, takich jak boraks i kwas borowy (czasami występujący w wulkanicznych wodach źródlanych). Znanych jest około stu minerałów boranowych .

5 września 2017 roku naukowcy poinformowali, że łazik Curiosity wykrył na planecie Mars bor, niezbędny składnik życia na Ziemi . Takie odkrycie, wraz z wcześniejszymi odkryciami, że woda mogła być obecna na starożytnym Marsie, dodatkowo potwierdza możliwą wczesną możliwość zamieszkania krateru Gale na Marsie.

Produkcja

Ekonomicznie ważnym źródłem boru są minerały kolemanitu , rasorite ( kernitu ), uleksyt i tynkalu . Razem stanowią one 90% wydobytej rudy zawierającej bor. Największe znane światowe złoża boraksu, wiele wciąż niewykorzystanych, znajdują się w środkowej i zachodniej Turcji , w tym w prowincjach Eskişehir , Kütahya i Balıkesir . Światowe potwierdzone rezerwy wydobycia minerałów boru przekraczają miliard ton metrycznych, przy rocznej produkcji około czterech milionów ton.

Największymi producentami wyrobów borowych są Turcja i Stany Zjednoczone. Turcja wytwarza około połowy światowego rocznego zapotrzebowania za pośrednictwem Eti Mine Works ( turecki : Eti Maden İşletmeleri ), tureckiej państwowej firmy wydobywczej i chemicznej , skupiającej się na produktach borowych. Posiada monopol rządowy na wydobycie minerałów boranowych w Turcji, która posiada 72% znanych światowych złóż. W 2012 roku miała 47% udział w światowej produkcji minerałów boranowych, wyprzedzając swojego głównego konkurenta Rio Tinto Group .

Prawie jedna czwarta (23%) światowej produkcji boru pochodzi z pojedynczej kopalni Rio Tinto Borax Mine (znanej również jako US Borax Boron Mine) 35°2′34.447″N 117°40′45.412″W w / 35.04290194°N 117,67928111°W / 35.04290194; -117,67928111 ( Kopalnia Boraksu Rio Tinto ) pobliżu Boru w Kalifornii .

Trend rynkowy

Średni koszt boru krystalicznego to 5 USD/g. Wolny bor jest używany głównie do wytwarzania włókien borowych, gdzie jest osadzany przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej na rdzeniu wolframowym (patrz poniżej). Włókna boru są używane w lekkich zastosowaniach kompozytowych, takich jak taśmy o wysokiej wytrzymałości. To użycie stanowi bardzo mały ułamek całkowitego zużycia boru. Bor jest wprowadzany do półprzewodników jako związki boru poprzez implantację jonów.

Szacunkowe globalne zużycie boru (prawie w całości w postaci związków boru) wyniosło w 2012 r. około 4 mln ton B ₂ O ₃ . Zdolności wydobycia i rafinacji boru są uważane za wystarczające do osiągnięcia oczekiwanego poziomu wzrostu w ciągu następnej dekady.

Forma konsumpcji boru zmieniła się w ostatnich latach. Wykorzystanie rud, takich jak kolemanit , spadło z powodu obaw o zawartość arsenu . Konsumenci przeszli na stosowanie rafinowanych boranów i kwasu borowego, które mają niższą zawartość zanieczyszczeń.

Rosnący popyt na kwas borowy skłonił wielu producentów do inwestowania w dodatkowe moce produkcyjne. Turcji państwowy Eti Mine Works otwarto nową fabrykę kwasu borowego o zdolności produkcyjnej 100.000 ton rocznie w Emet w 2003 roku Rio Tinto zwiększona pojemność zakładzie boru z 260.000 ton rocznie w 2003 roku do 310.000 ton rocznie przez Maj 2005, z planami zwiększenia tej ilości do 366 000 ton rocznie w 2006. Chińscy producenci boru nie byli w stanie zaspokoić szybko rosnącego popytu na borany wysokiej jakości. Doprowadziło to do stukrotnego wzrostu importu tetraboranu sodu ( boraksu ) w latach 2000-2005 oraz wzrostu importu kwasu borowego o 28% rocznie w tym samym okresie.

Wzrost globalnego popytu był spowodowany wysokim tempem wzrostu produkcji wyrobów z włókna szklanego , włókna szklanego i szkła borokrzemianowego . Szybki wzrost produkcji wzmocnionego włókna szklanego zawierającego bor w Azji zrekompensował rozwój niezawierającego boru wzmocnionego włókna szklanego w Europie i USA. Ostatnie wzrosty cen energii mogą prowadzić do większego wykorzystania włókna szklanego klasy izolacyjnej, aw konsekwencji do wzrostu zużycia boru. Roskill Consulting Group prognozuje, że światowy popyt na bor będzie rósł o 3,4% rocznie, by osiągnąć 21 mln ton do 2010 roku. Największy wzrost popytu spodziewany jest w Azji, gdzie popyt może wzrosnąć średnio o 5,7% rocznie.

Aplikacje

Prawie cała ruda boru wydobywana z Ziemi jest przeznaczona do rafinacji na kwas borowy i pentahydrat tetraboranu sodu . W Stanach Zjednoczonych 70% boru jest wykorzystywane do produkcji szkła i ceramiki. Główne globalne zastosowanie związków boru na skalę przemysłową (około 46% końcowego zastosowania) dotyczy produkcji włókna szklanego do izolacyjnych i strukturalnych włókien szklanych zawierających bor , zwłaszcza w Azji. Bor jest dodawany do szkła w postaci pentahydratu boraksu lub tlenku boru, aby wpłynąć na wytrzymałość lub upłynnienie włókien szklanych. Kolejne 10% światowej produkcji boru to szkło borokrzemianowe stosowane w wyrobach szklanych o wysokiej wytrzymałości. Około 15% światowego boru jest wykorzystywane w ceramice borowej, w tym w materiałach supertwardych omówionych poniżej. Rolnictwo zużywa 11% światowej produkcji boru, a wybielacze i detergenty około 6%.

Włókno boru pierwiastkowego

Włókna borowe (filamenty borowe) to wysokowytrzymałe, lekkie materiały, które są wykorzystywane głównie w zaawansowanych konstrukcjach lotniczych jako składnik materiałów kompozytowych , a także w ograniczonej produkcji artykułów konsumpcyjnych i sportowych, takich jak kije golfowe i wędki . Włókna mogą być wytwarzane przez chemiczne naparowywanie boru na włókno wolframowe .

Włókna borowe i submilimetrowe sprężyny z boru krystalicznego są wytwarzane przez wspomagane laserowo naparowywanie chemiczne . Translacja skupionej wiązki laserowej umożliwia produkcję nawet skomplikowanych struktur śrubowych. Struktury takie wykazują dobre właściwości mechaniczne ( moduł sprężystości 450 GPa, odkształcenie złamania 3,7%, naprężenie zrywające 17 GPa) i mogą być stosowane jako wzmocnienie ceramiki lub w układach mikromechanicznych .

Borowane włókno szklane

Włókno szklane to polimer wzmocniony włóknem wykonanym z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami szklanymi , powszechnie wpleciony w matę. Włókna szklane użyte w materiale są wykonane z różnych rodzajów szkła w zależności od zastosowania włókna szklanego. Wszystkie te szkła zawierają krzemionkę lub krzemian, z różnymi ilościami tlenków wapnia, magnezu, a czasem boru. Bor występuje w postaci borokrzemianu, boraksu lub tlenku boru i jest dodawany w celu zwiększenia wytrzymałości szkła lub jako topnik w celu obniżenia temperatury topnienia krzemionki , która jest zbyt wysoka, aby można ją było łatwo obrabiać w czystej postaci, aby zrobić włókna szklane.

Wysoce borowane szkła stosowane w włóknie szklanym to szkło typu E (o nazwie „elektryczne”, ale obecnie najpowszechniejsze włókno szklane do ogólnego użytku). E-szkło to szkło glinowo-borokrzemianowe zawierające mniej niż 1% wag. tlenków alkalicznych, stosowane głównie do tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym. Inne popularne szkła wysokoborowe obejmują szkło C, szkło wapienno-alkaliczne o wysokiej zawartości tlenku boru, stosowane do szklanych włókien staplowych i izolacji, oraz szkło D, szkło borokrzemianowe , nazwane ze względu na niską stałą dielektryczną).

Nie wszystkie włókna szklane zawierają bor, ale w skali globalnej większość stosowanego włókna szklanego go zawiera. Ze względu na wszechobecne stosowanie włókna szklanego w budownictwie i izolacji, włókna szklane zawierające bor zużywają połowę światowej produkcji boru i stanowią największy pojedynczy komercyjny rynek boru.

Szkło borokrzemianowe

Szkło borokrzemianowe. Wyświetlane są dwie zlewki i probówka.

Szkło borokrzemianowe , które zazwyczaj składa się z 12–15% B ₂ O ₃ , 80% SiO ₂ i 2% Al ₂ O ₃ , ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej , co zapewnia mu dobrą odporność na szok termiczny . „Duran” firmy Schott AG i Pyrex, będący znakiem towarowym firmy Owens-Corning , to dwie główne marki tego szkła, używanego zarówno w szklanych naczyniach laboratoryjnych, jak iw naczyniach kuchennych i wypiekach konsumenckich , głównie ze względu na tę odporność.

Ceramika z węglika boru

Komórka elementarna B ₄ C. Zielona sfera i dwudziestościan składają się z atomów boru, a czarne sfery to atomy węgla.

Kilka związków boru jest znanych ze swojej ekstremalnej twardości i wytrzymałości. Węglik boru to materiał ceramiczny otrzymywany przez rozkład B ₂ O ₃ węglem w piecu elektrycznym:

2 B ₂ O ₃ + 7 C → B ₄ C + 6 CO

Węglik boru ma strukturę tylko w przybliżeniu B ₄ C i wykazuje wyraźne ubytek węgla z tego sugerowanego stosunku stechiometrycznego. Wynika to z jego bardzo złożonej struktury. Substancja ma wzór empiryczny B ₁₂ C ₃ (tj. dwunastościan B ₁₂ jest motywem), ale ma mniej węgla, ponieważ sugerowane jednostki C ₃ są zastąpione łańcuchami CBC, a niektóre mniejsze (B ₆ ) oktaedry są obecne również (patrz artykuł z węglika boru do analizy strukturalnej). Powtarzający się polimer plus półkrystaliczna struktura węglika boru zapewnia mu doskonałą wytrzymałość strukturalną na wagę. Jest stosowany w zbroi czołgów , kamizelkach kuloodpornych i wielu innych zastosowaniach konstrukcyjnych.

Zdolność węglika boru do pochłaniania neutronów bez tworzenia długożyciowych radionuklidów (zwłaszcza po domieszkowaniu dodatkowym borem-10) sprawia, że ​​materiał jest atrakcyjny jako pochłaniacz promieniowania neutronowego powstającego w elektrowniach jądrowych . Zastosowania nuklearne węglika boru obejmują osłony, pręty sterujące i peletki wyłączające. W prętach kontrolnych węglik boru jest często sproszkowany w celu zwiększenia jego powierzchni.

Mieszanki o wysokiej twardości i ścierniw

Proszki z węglika boru i regularnego azotku boru są szeroko stosowane jako materiały ścierne. Azotek boru jest materiałem izoelektronicznym w stosunku do węgla . Podobnie jak węgiel, ma zarówno formę heksagonalną (miękki grafitopodobny h-BN), jak i sześcienny (twardy, diamentopodobny c-BN). h-BN jest stosowany jako składnik wysokotemperaturowy i środek smarny. c-BN, znany również pod nazwą handlową borazon , jest doskonałym materiałem ściernym. Jego twardość jest tylko nieznacznie mniejsza niż diamentu, ale jego stabilność chemiczna jest lepsza. Heterodiamond (zwany również BCN) to kolejny diamentopodobny związek boru.

Metalurgia

Bor jest dodawany do stali borowych w ilości kilku części na milion w celu zwiększenia hartowności. Do stali stosowanych w przemyśle jądrowym dodaje się wyższe zawartości procentowe ze względu na zdolność boru do absorpcji neutronów.

Bor może również zwiększać twardość powierzchni stali i stopów poprzez borowanie . Dodatkowo borki metali są stosowane do powlekania narzędzi metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej lub fizycznego osadzania z fazy gazowej . Implantacja jonów boru do metali i stopów, poprzez implantację jonów lub osadzanie wiązką jonów , powoduje spektakularny wzrost rezystancji powierzchniowej i mikrotwardości. W tym samym celu z powodzeniem zastosowano również stopowanie laserowe. Borki te są alternatywą dla narzędzi z powłoką diamentową, a ich (obrobione) powierzchnie mają podobne właściwości do borków w masie.

Na przykład diborek renu może być wytwarzany pod ciśnieniem otoczenia, ale jest dość drogi ze względu na ren. Twardość ReB ₂ wykazuje znaczną anizotropię ze względu na heksagonalną strukturę warstwową. Jego wartość jest porównywalna z węglika wolframu , węglika krzemu , dwuborku tytanu lub dwuborek cyrkonu . Podobnie kompozyty AlMgB ₁₄ + TiB ₂ charakteryzują się wysoką twardością i odpornością na zużycie i są stosowane zarówno w postaci sypkiej, jak i jako powłoki na elementy narażone na działanie wysokich temperatur i obciążeń ściernych.

Preparaty detergentowe i środki wybielające

Boraks jest stosowany w różnych domowych produktach do prania i czyszczenia, w tym w przyspieszaczu prania „ 20 Mule Team Borax ” i mydle w proszku „ Borakso ”. Jest również obecny w niektórych preparatach do wybielania zębów .

Nadboran sodu służy jako źródło aktywnego tlenu w wielu detergentach , proszkach do prania , środkach czyszczących i wybielaczach do prania . Jednak pomimo swojej nazwy, wybielacz do prania „Borateem” nie zawiera już żadnych związków boru, zamiast tego używa nadwęglanu sodu jako środka wybielającego.

Insektycydy

Kwas borowy jest stosowany jako środek owadobójczy, zwłaszcza przeciwko mrówkom, pchłom i karaluchom.

Półprzewodniki

Bor jest użyteczną domieszką dla takich półprzewodników jak krzem , german i węglik krzemu . Mając o jeden elektron walencyjny mniej niż atom macierzysty, oddaje dziurę, co skutkuje przewodnictwem typu p . Tradycyjną metodą wprowadzania boru do półprzewodników jest jego dyfuzja atomowa w wysokich temperaturach. W procesie tym wykorzystuje się stałe (B ₂ O ₃ ), ciekłe (BBr ₃ ) lub gazowe źródła boru (B ₂ H ₆ lub BF ₃ ). Jednak po latach 70. zastąpiono ją głównie implantacją jonów , która opiera się głównie na BF ₃ jako źródle boru. Gazowy trichlorek boru jest również ważną substancją chemiczną w przemyśle półprzewodników, jednak nie do domieszkowania, lecz do plazmowego trawienia metali i ich tlenków. Trietyloboran jest również wstrzykiwany do reaktorów naparowywania jako źródło boru. Przykładami są odkładanie plazmy twardych folii zawierających węgiel, bor, folii z azotku krzemu, azotku boru, a dla domieszkowania z diamentu powłoki z boru.

Magnesy

Bor jest składnikiem magnesów neodymowych (Nd ₂ Fe ₁₄ B), które należą do najsilniejszych magnesów trwałych. Magnesy te można znaleźć w różnych urządzeniach elektromechanicznych i elektronicznych, takich jak systemy obrazowania medycznego metodą rezonansu magnetycznego (MRI), w kompaktowych i stosunkowo małych silnikach i siłownikach . Na przykład komputerowe dyski twarde (dyski twarde), odtwarzacze CD (dyski kompaktowe) i DVD (dyski cyfrowe) wykorzystują silniki z magnesami neodymowymi, aby zapewnić dużą moc obrotową w wyjątkowo kompaktowej obudowie. W telefonach komórkowych magnesy „Neo” zapewniają pole magnetyczne, które umożliwia małym głośnikom dostarczanie znacznej mocy dźwięku.

Ekranowanie i absorber neutronów w reaktorach jądrowych

Osłony borowe są wykorzystywane jako kontrola reaktorów jądrowych , wykorzystując ich duży przekrój do wychwytywania neutronów.

W ciśnieniowych reaktorach wodnych zmienne stężenie kwasu borowego w wodzie chłodzącej jest stosowane jako trucizna neutronowa w celu skompensowania zmiennej reaktywności paliwa. Po włożeniu nowych prętów stężenie kwasu borowego jest maksymalne i zmniejsza się w trakcie użytkowania.

Inne zastosowania niemedyczne

Odtwórz multimedia

Wystrzelenie rakiety Apollo 15 Saturn V przy użyciu zapłonnika trietyloboranowego

• Ze względu na charakterystyczny zielony płomień bor amorficzny jest stosowany w rozbłyskach pirotechnicznych .
• Kleje na bazie skrobi i kazeiny zawierają dekahydrat tetraboranu sodu (Na ₂ B ₄ O ₇ ·10 H ₂ O)
• Niektóre systemy antykorozyjne zawierają boraks.
• Borany sodu stosuje się jako topnik do lutowania srebra i złota oraz z chlorkiem amonu do spawania metali żelaznych. Są również dodatkami ogniochronnymi do wyrobów z tworzyw sztucznych i gumy.
• Kwas borowy (znany również jako kwas ortoborowy) H ₃ BO ₃ jest stosowany w produkcji tekstylnych wyświetlaczy z włókna szklanego i płaskich wyświetlaczy oraz w wielu klejach na bazie PVAc i PVOH .
• Trietyloboran jest substancją, która zapala paliwo JP-7 silników turboodrzutowych / strumieniowych Pratt & Whitney J58 napędzających Lockheed SR-71 Blackbird . Był również używany do zapłonu F-1 Silniki na Saturn V Rocket wykorzystywane przez NASA „s Apollo i Skylab programów od 1967 aż do 1973. Dziś SpaceX używa go do zapalania silników na ich Falcon 9 rakiet. Trietyloboran nadaje się do tego ze względu na swoje właściwości piroforyczne , a zwłaszcza na fakt, że pali się w bardzo wysokiej temperaturze. Trietyloboran jest przemysłowym inicjatorem w reakcjach rodnikowych , gdzie jest skuteczny nawet w niskich temperaturach.
• Borany są używane jako przyjazne dla środowiska środki ochrony drewna .

Zastosowania farmaceutyczne i biologiczne

Kwas borowy ma właściwości antyseptyczne, przeciwgrzybicze i przeciwwirusowe iz tych powodów jest stosowany jako klarownica wody w uzdatnianiu wody basenowej. Jako środki antyseptyczne do oczu stosowano łagodne roztwory kwasu borowego.

Bortezomib (sprzedawany jako Velcade i Cytomib ). Bor pojawia się jako aktywny składnik w swoim pierwszym zatwierdzonym organicznym farmaceutyku w farmaceutycznym bortezomibie, nowej klasie leków zwanych inhibitorami proteasomu, które są aktywne w szpiczaku i jednej postaci chłoniaka (obecnie jest w badaniach eksperymentalnych przeciwko innym typom chłoniaków). chłoniak). Atom boru w bortezomibie wiąże miejsce katalityczne proteasomu 26S z wysokim powinowactwem i swoistością.

• Przygotowano wiele potencjalnych boronowanych farmaceutyków wykorzystujących bor-10 do stosowania w terapii wychwytu neutronów boru (BNCT).
• Niektóre związki boru są obiecujące w leczeniu zapalenia stawów , chociaż żaden z nich nie został jeszcze ogólnie zatwierdzony do tego celu.

Tavaborole (sprzedawany jako Kerydin ) jestinhibitorem syntetazy aminoacylo-tRNA , który jest stosowany w leczeniu grzybicy paznokci. Uzyskał aprobatę FDA w lipcu 2014 roku.

Chemia dioksaborolanowa umożliwia znakowanie radioaktywnym fluorkiem ( ¹⁸ F ) przeciwciał lub krwinek czerwonych , co pozwala na obrazowanie odpowiednio raka i krwotoków za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) . A H uman- D erived, G enetic, P ositron emitujących F luorescent (HD-FPG) systemu reporterowego wykorzystuje ludzkiego białka PSMA i nieimmunogenne i małe cząsteczki, która jest emitujące pozytrony (boru wiąże ¹⁸ K ) oraz fluorescencyjny do obrazowania PET o podwójnej modalności i fluorescencji komórek zmodyfikowanych genomem, np. raka , CRISPR/Cas9 lub komórek CAR T , u całej myszy. Dwumodalna mała cząsteczka ukierunkowana na PSMA została przetestowana na ludziach i znalazła lokalizację pierwotnego i przerzutowego raka prostaty , fluorescencyjne usuwanie raka i wykrywanie pojedynczych komórek rakowych w marginesach tkanek.

Obszary badawcze

Diborek magnezu jest ważnym materiałem nadprzewodzącym o temperaturze przejścia 39 K. Druty MgB ₂ są produkowane metodą proszkową w rurce i stosowane w magnesach nadprzewodzących.

Bor amorficzny jest stosowany jako depresator temperatury topnienia w lutach niklowo-chromowych.

Sześciokątny azotek boru tworzy atomowo cienkie warstwy, które zostały wykorzystane do zwiększenia ruchliwości elektronów w urządzeniach grafenowych . Tworzy również struktury nanotubularne ( BNNT ), które wśród swoich pożądanych właściwości mają wysoką wytrzymałość, wysoką stabilność chemiczną i wysoką przewodność cieplną .

Rola biologiczna

Bor jest niezbędnym składnikiem odżywczym roślin , niezbędnym przede wszystkim do utrzymania integralności ścian komórkowych. Jednak wysokie stężenia w glebie, większe niż 1,0  ppm, prowadzą do martwicy brzegowej i wierzchołkowej liści, jak również do słabej ogólnej wydajności wzrostu. Poziomy tak niskie jak 0,8 ppm powodują te same objawy u roślin, które są szczególnie wrażliwe na bor w glebie. Prawie wszystkie rośliny, nawet te nieco tolerujące bor w glebie, wykażą przynajmniej pewne objawy toksyczności boru, gdy zawartość boru w glebie przekroczy 1,8 ppm. Gdy ta zawartość przekroczy 2,0 ppm, niewiele roślin będzie dobrze sobie radzić, a niektóre mogą nie przetrwać.

Uważa się, że bor odgrywa kilka zasadniczych ról u zwierząt, w tym ludzi, ale dokładna rola fizjologiczna jest słabo poznana. Niewielkie badanie na ludziach opublikowane w 1987 r. wykazało, że kobiety po menopauzie najpierw miały niedobór boru, a następnie uzupełniano je 3 mg/dzień. Suplementacja borem znacznie zmniejszyła wydalanie wapnia z moczem i podwyższyła stężenie 17 beta-estradiolu i testosteronu w surowicy.

Amerykański Instytut Medycyny nie potwierdził, że bor jest niezbędnym składnikiem odżywczym dla ludzi, dlatego nie ustalono ani zalecanego dodatku dietetycznego (RDA), ani odpowiedniego spożycia. Spożycie w diecie dorosłych szacuje się na 0,9 do 1,4 mg/dzień, przy czym około 90% jest wchłaniane. To, co zostanie wchłonięte, wydalane jest głównie z moczem. Górny tolerowany poziom spożycia dla dorosłych wynosi 20 mg/dzień.

W 2013 roku pojawiła się hipoteza, że ​​możliwe było, że bor i molibden katalizowały produkcję RNA na Marsie, a życie zostało przetransportowane na Ziemię przez meteoryt około 3 miliardy lat temu.

Istnieje kilka znanych naturalnych antybiotyków zawierających bor . Pierwszym znalezionym była boromycyna wyizolowana ze streptomyces .

Wrodzona dystrofia śródbłonka typu 2 , rzadka postać dystrofii rogówki , jest powiązana z mutacjami w genie SLC4A11, który koduje transporter regulujący wewnątrzkomórkowe stężenie boru.

Kwantyfikacja analityczna

Do oznaczania zawartości boru w żywności lub materiałach stosuje się kolorymetryczną metodę kurkuminy . Boru jest przekształcany do kwasu borowego lub boranu , a w reakcji z kurkumy w roztworze kwaśnym, w kolorze czerwonym bor chelatowy kompleks rosocyanine jest utworzone.

Problemy zdrowotne i toksyczność

Bor

Zagrożenia
Piktogramy GHS
Hasło ostrzegawcze GHS	Ostrzeżenie
Zwroty wskazujące rodzaj zagrożenia GHS	H302
NFPA 704 (ognisty diament)	1 0 0

Bor, tlenek boru , kwas borowy , borany i wiele związków borowoorganicznych są stosunkowo nietoksyczne dla ludzi i zwierząt (o toksyczności podobnej do soli kuchennej). LD ₅₀ (dawka, przy której 50% śmiertelności) dla zwierząt wynosi około 6 g na kg masy ciała. Substancje o LD ₅₀ powyżej 2 g są uważane za nietoksyczne. Spożycie 4 g/dzień kwasu borowego odnotowano bez incydentów, ale więcej niż to uważa się za toksyczne w więcej niż kilku dawkach. Spożycie ponad 0,5 grama dziennie przez 50 dni powoduje drobne problemy trawienne i inne problemy sugerujące toksyczność. Suplementacja diety borem może być pomocna dla wzrostu kości, gojenia ran i aktywności przeciwutleniającej, a niewystarczająca ilość boru w diecie może skutkować niedoborem boru .

Pojedyncze dawki medyczne 20 g kwasu borowego do terapii wychwytu neutronów były stosowane bez nadmiernej toksyczności.

Kwas borowy jest bardziej toksyczny dla owadów niż ssaków i jest rutynowo stosowany jako środek owadobójczy.

W borany (związki boru wodoru) i podobne związki gazowe są bardzo trujące. Jak zwykle bor nie jest pierwiastkiem samoistnie trującym, ale toksyczność tych związków zależy od struktury (inny przykład tego zjawiska patrz fosfina ). Borany są również wysoce łatwopalne i wymagają szczególnej ostrożności podczas obsługi. Borowodorek sodu stanowi zagrożenie pożarowe ze względu na swój charakter redukcyjny i uwalnianie wodoru w kontakcie z kwasem. Halogenki boru są żrące.

Toksyczność boru w liściach róży.

Bor jest niezbędny do wzrostu roślin, ale jego nadmiar jest toksyczny dla roślin i występuje szczególnie w glebach kwaśnych. Występuje jako żółknięcie od wierzchołka do wewnątrz najstarszych liści i czarne plamki na liściach jęczmienia, ale można go pomylić z innymi stresami, takimi jak niedobór magnezu u innych roślin.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Boron w układzie okresowym filmów wideo (University of Nottingham)
• JB Calvert: Boron , 2004, strona prywatna ( wersja archiwalna )