Bor. Charakterystyka i zastosowanie
Bor to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 5. W układzie okresowym znajduje się w 13 grupie (grupie borowców). Bor jest półmetalem jako jedyny w swojej grupie, wszystkie pozostałe przynależne do niej pierwiastki są metalami. Charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia z uwagi na mocne wiązania kowalencyjne. Czym jeszcze charakteryzuje się bor? Gdzie występuje i jakie jest jego zastosowanie?
1. Kiedy odkryto bor?
Bor (łac. borum), odkryty został w 1808 roku w Paryżu, przez Louisa Thénarda i Josepha Gay-Lussaca, jako wynik działania metalicznym potasem na tritlenek boru B203. W tym samym czasie inny badacz, londyńczyk Humphry Davy, dzięki zastosowaniu metody elektrochemicznej otrzymał bor jako produkt reakcji anodowej w czasie elektrolizy kwasu borowego.
2. Charakterystyka boru
Pierwiastek ten pod względem chemicznym przypomina węgiel i krzem, ponieważ tworzy borowodory - anologi krzemowodorów i węglowodorów. Po połączeniu go z gorącym i stężonym kwasem azotowym powstaje kwas borowy H3BO3.
Tworzy kompleksy z alkoholami polihydroksylowymi; dzięki reakcji kwasu borowego z mannitolem jesteśmy w stanie oznaczyć ilość boru w próbce.
Bor czysty krystaliczny ma;
- czarnoszarą barwę;
- źle przewodzi ciepło i elektryczność;
- jest twardy;
Bor występuje w trzech krystalicznych alotropowych odmianach. Ponadto:
- Symbol boru - B;
- Nazwa w języku łacińskim - borum;
- Nazwa w języku angielskim - boron;
- Stan skupienia - ciało stałe;
- Charakter chemiczny - półmetal;
- Masa atomowa [u] - 10,81;
- Liczba atomowa - 5;
- Numer grupy, okres, blok energetyczny - 13, IIIa, 2, p;
- Warościowość - II;
- Elektroujemność według Paulinga - 2,0;
- Konfiguracja elektronowa uproszczona - [He] 2s²2p¹;
- Temperatura wrzenia [°C] - około 2550;
- Temperatura topnienia [°C] - 2300;
- Gęstość [g/cm³] - 2,34.
3. Właściwości chemiczne
Bor to pierwiastek chemicznie mało aktywny. Nie oddziałuje na niego ani wrzący kwas solny, ani fluowodorowy, rozpuszcza się natomiast w gorącym stężonym kwasie azotowym, przechodząc w kwas ortoborowy. Spalany w powietrzu przechodzi w tlenek B2O3 i w niewielkiej części w azotek boru - BN.
Bor jest w związkach trójwartościowy, występuje na stopniu utlenienia +3. Z metalami pierwiastek ten tworzy związki tak zwane borki (CaB6), które czasem są bardzo odporne na temperatury i twarde, z wodorem tworzy bromowodorki. Z fluorowcami wchodzi w reakcję w podwyższonych temperaturach, tworząc między innymi BF3, BI3,BBr3, BCI3, ponadto w 100 °C reaguje z azotem.
4. Gdzie występuje bor?
Zawartość boru w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0009%. Ważniejsze minerały boru to: kernit, aszaryt, kolemanit i boraks. Bor nie występuje w naturze jako wolny pierwiastek, jego głównym źródłem jest boraks.
Od strony odżywiania podstawowym źródłem boru są owoce i świeże warzywa, a przede wszystkim orzechy.
5. Zastosowanie boru
Bor oraz jego stopy wykorzystywany jest w energetyce jądrowej jako materiał, który pochłania neutrony. W metalurgii stosowany jest jako środek odtleniający miedź, a także dodatek uszlachetniający stopy, żeliwo i stal.
Czteroboran sodowy - boraks jest wykorzystywany przy wyrobie szkła, jako dodatek do masy szklanej, do wyrobu emalii i szkliw. Znalazł zastosowanie także w czyszczeniu powierzchni metalicznych w procesie lutowania i w analizie (tzw. perły boraksowe).
Ze względu na właściwości utleniające związek perboraks (Na2B4O7 H2O2 9H2O) stosowany jest jako środek wybielający dodawany do proszków do prania, jako środek do dezynfekcji, a w kosmetyce jako rozjaśniacz do włosów.
Kwas ortoborowy (H3BO3) to środek dezynfekcyjny i konserwujący w przemyśle żywnościowym, dzięki niemu możemy otrzymać także boraks, jako dodatek do emalii.
Jako paliwa rakietowe wykorzystywane są bardzo aktywne chemicznie borowodory. Węglik boru B4C ma zastosowanie jako środek odtleniający stopy metali oraz środek ścierny.
Fluorek boru jest stosowany jako katalizator w reakcjach polimeryzacji oraz kondensacji związków organicznych.
