Бор элемент. Свойства бора

БОР (химический элемент) БОР (химический элемент)

БОР (лат. Borum), B (читается бор), химический элемент с атомным номером 5, атомная масса 10,811. Природный бор состоит из двух стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) 10 В (19,57%) и 11 В. Бор расположен во втором периоде в группе IIIА. Конфигурация электронной оболочки слоя 1 s 2 2 s 2 1 . Радиус нейтрального атома бора 0,088-0,097 нм, радиус иона В 3+ - 0,025 нм. По шкале Полинга электроотрицательность (см. ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ) бора равна 2,04. Для бора наиболее характерно образование соединений в степени окисления +3 (валентность III). Отрицательные степени окисления бор проявляет редко, а с металлами он часто образует нестехиометрические соединения - бориды (см. БОРИДЫ) .
История открытия
С древности в ювелирном деле применялось содержащее бор соединение бура (см. БУРА) , известное средневековым алхимикам под арабским названием burag и латинским - Borax. Буру использовали как плавень - для пайки золота и серебра, для придания легкоплавкости глазури и стеклу. В начале 18 века из буры было получено вещество, которое позднее стали называть борной кислотой. В 1808 году французские химики Л. Ж. Гей-Люссак (см. ГЕЙ-ЛЮССАК Жозеф Луи) и Л. Тенар (см. ТЕНАР Луи Жак) и опоздавший на 9 дней английский химик Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) сообщили об открытии элемента. Они получили его прокаливанием борной кислоты с металлическим калием (см. КАЛИЙ) , который незадолго перед этим был открыт Дэви. Французские химики дали название элементу бор, а Дэви - борон (лат. Boron), последнее сохранилось в английском языке.
Нахождение в природе
В природе бор в свободном виде не встречается. Важнейшие минералы: бура - Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O, тетраборат натрия, кернит - Na 2 B 4 O 7 ·4H 2 O и другие природные бораты (см. БОРАТЫ ПРИРОДНЫЕ) , сассолин (борная кислота (см. БОРНЫЕ КИСЛОТЫ) ) - H 3 BO 3 . Соединения бора (бораты, боросиликаты, бороаммосиликаты) часто в небольших концентрациях входят в состав вулканических и осадочных пород. Присутствует в воде озер (особенно горьких) и морей. Содержание бора в земной коре 1·10 –3 % по массе (28 место), в воде океанов 4,41·10 –4 % (4,4 мг/л).
Получение
В промышленности из природных боратов сплавлением с содой получают буру. При обработке природных минералов бора серной кислотой образуется борная кислота. Из борной кислоты H 3 BO 3 прокаливанием получают оксид B 2 O 3 , а затем его или буру восстанавливают активными металлами (магнием или натрием) до свободного бора:
B 2 O 3 + 3Mg = 3MgO + 2B,
2Na 2 B 4 O 7 + 3Na = B + 7NaBO 2 .
При этом в виде серого порошка образуется аморфный бор. Кристаллический бор высокой чистоты можно получить перекристаллизацией, но в промышленности его чаще получают электролизом расплавленных фтороборатов или термическим разложением паров бромида бора BBr 3 на раскаленной до 1000-1500 °C танталовой проволоке в присутствии водорода:
2BBr 3 + 3H 2 = 2B + 6HBr
Возможно также использование крекинга бороводородов:
В 4 H 10 = 4B + 5H 2 .
Физические и химические свойства
По многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает элемент группы IVA неметалл кремний. (см. КРЕМНИЙ)
Простое вещество бор имеет несколько модификаций, все они построены из разным образом соединенных группировок атомов бора, представляющих собой икосаэдр B 12 .
Кристаллы бора серовато-черного цвета (очень чистые - бесцветны) и весьма тугоплавки (температура плавления 2074 °C, температура кипения 3658 °C). Плотность - 2,34 г/см 3 . Кристаллический бор - полупроводник (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ) . По твердости бор среди простых веществ занимает второе (после алмаза) место.
Химический бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором:
2B + 3F 2 = 2BF 3
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 (B 4 C, B 12 C 3 , B 13 C 2). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, причем образуется прочный оксид B 2 O 3:
4B + 3O 2 = 2B 2 O 3
С водородом бор напрямую не взаимодействует, хотя известно довольно большое число бороводородов (боранов) (см. БОРОВОДОРОДЫ) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов с кислотой:
Mg 3 B 2 + 6HCl = B 2 H 6 + 3MgCl 2
При сильном нагревании бор проявляет восстановительные свойства. Он способен, например, восстановить кремний или фосфор из их оксидов:
3SiO 2 + 4B = 3Si + 2B 2 O 3 ;
3Р 2 О 5 + 10В = 5В 2 О 3 + 6Р
Данное свойство бора можно объяснить очень высокой прочностью химических связей в оксиде бора B 2 O 3 .
При отсутствии окислителей бор устойчив к действию растворов щелочей. В горячей азотной, серной кислотах и в царской водке бор растворяется с образованием борной кислоты H 3 BO 3 .
Оксид бора В 2 О 3 - типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты:
В 2 О 3 + 3Н 2 О = 2H 3 BO 3
При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты - бораты (содержащие анион BO 3 3-), а тетрабораты, например:
4H 3 BO 3 + 2NaOH = Na 2 B 4 O 7 + 7Н 2 О
Применение
Бор находит применение в виде добавки при получении коррозионно устойчивых и жаропрочных сплавов. Поверхностное насыщение стальных деталей бором (борирование) (см. БОРИРОВАНИЕ) повышает их механические и антикоррозийные свойства. Карбиды бора (В 4 С и В 13 С 2) обладают высокой твердостью, это - хорошие абразивные материалы. Ранее их широко использовали для изготовления сверл, применяемых зубными врачами (отсюда название бормашина).
Бор (в виде волокон) служит упрочняющим веществом многих композиционных материалов. Сам бор и его соединения - нитрид BN и другие - используются как полупроводниковые материриалы и диэлектрики. Газообразный BF используют в счетчиках тепловых нейтронов.
Бор (его нуклид 10 В) характеризуется высоким эффективным сечением захвата тепловых нейтронов (3·10 -25 м 2):
10 5 B + 1 0 n 4 2 He + 7 3 Li
Важно, что при этой ядерной реакции возникают только стабильные ядра. Поэтому чистый бор и особенно его сплавы применяют в виде поглощающих нейтроны материалов при изготовлении для ядерных реакторов регулирующих стержней, замедляющих или прекращающих реакции деления.
Около 50% природных и искусственных соединений бора используют при производстве стекол (так называемые боросиликатные стекла), около 30% - при производстве моющих средств. Наконец, примерно 4-5% соединений бора расходуется при производстве эмалей, глазурей, металлургических флюсов.
В медицине как антисептические средства находят применение бура и борная кислота (в виде водно-спиртовых растворов). В быту буру или борную кислоту используют для уничтожения бытовых насекомых, в частности, тараканов (бура, попадая в органы пищеварения таракана, кристаллизуется, и образовавшиеся острые игольчатые кристаллы разрушают ткани этих органов).
Биологическая роль
Бор - важный микроэлемент (см. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ) , необходимый для нормальной жизнедеятельности растений. Недостаток бора останавливает их развитие, вызывает у культурных растений различные болезни. В основе лежат нарушения окислительных и энергетических процессов в тканях, снижение биосинтеза необходимых веществ. При дефиците бора в почве в сельском хозяйстве применяют борные микроудобрения (см. МИКРОУДОБРЕНИЯ) (борная кислота, бура и другие), повышающие урожай, улучшающие качество продукции и предотвращающие ряд заболеваний растений.
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. Ежедневно с пищей человек получает 1-3 мг бора. Токсичная доза - 4 г.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "БОР (химический элемент)" в других словарях:

Бор (лат. Borum), В, химический элемент III группы периодической системы Менделеева, атомный номер 5, атомная масса 10,811; кристаллы серовато чёрного цвета (очень чистый Б. бесцветен). Природный Б. состоит из двух стабильных изотопов: 10B (19%)… … Большая советская энциклопедия

УРАН (лат. Uranium), U (читается «уран»), радиоактивный химический элемент с атомным номером 92, атомная масса 238,0289. Актиноид. Природный уран состоит из смеси трех изотопов: 238U, 99,2739%, с периодом полураспада Т1/2 = 4,51·109 лет, 235U,… … Энциклопедический словарь

ЦИНК (лат. Zincum), Zn (читается «цинк»), химический элемент с атомным номером 30, атомная масса 65,39. Природный цинк состоит из смеси пяти стабильных нуклидов: 64Zn (48,6% по массе), 66Zn (27,9%), 67Zn (4,1%), 68Zn (18,8%) и 70Zn (0,6%).… … Энциклопедический словарь

- (фр. Chlore, нем. Chlor, англ. Chlorine) элемент из группы галоидов; знак его Cl; атомный вес 35,451 [Пo расчету Кларке данных Стаса.] при O = 16; частица Cl 2, которой хорошо отвечают найденные Бунзеном и Реньо плотности его по отношению к… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Элемент, в газообразном состоянии является главной составной частью воздуха (см.); присутствие его в воздухе указано довольно определенно в 1772 г. Рутерфордом; окончательно оно установлено опытами Пристлея, Шееле, Кавендиша и Лавуазье. Кавендиш… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона Википедия

- (греч., от borax бура). Простое тело, добытое в первый раз Дэви в 1807 г. гальваническим путем: получается из буры, в виде темного, тяжелого порошка, или в виде прозрачных кристаллов. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.… … Словарь иностранных слов русского языка

Бор или Borum (лат.) – неметаллический элемент. Существует две его формы: аморфная и кристаллическая. Аморфный вид - это порошок бурого цвета, не имеющий запаха и вкуса. Имеет очень высокую температуру плавления. Кристаллическая форма элемента представляет собой кристаллы гранатово-красного цвета. Они очень твердые, по этому показателю могут быть сравнимы с алмазом и в то же время хрупкие. Элемент обладает химической инертностью при стандартных температурных режимах.

Имя элементу дало древнее название одного из соединений «бура». Причем и на латыни, и на арабском они были близки: borax "и бурак". Его открыли в 1808 году практически одновременно двое ученых – Гей-Люссак (Франция) и Дени(Англия), причем они использовали различные способы.

В природе встречается лишь в виде борной кислоты или солей, ею образованных (боратов и полиборатов). В земной коре содержание составляет приблизительно одну тысячную процента.

Соединения элемента часто используют в промышленном производстве стали для повышения твердости и устойчивости к воздействию высокой температуры, что необходимо для создания атомных реакторов или ракет. активно его используют химическая (композиты, моющие средства, фотографические материалы, топливо) и стекольная промышленности.

Действие бора и его биологическая роль

Действие макроэлемента на жизнедеятельность человека показывает всю его важность. Учеными доказано, что бор требуется всем живым существам на этой планете – растениям, животным и, конечно же, необходим он и человеку, а соответственно его биологическая роль крайне важна для нормального функционирования организма.

В нашем организме данное вещество концентрируется в тканях костей и зубной эмали, оно даже участвует в их формировании. Также много его в мозге, мышцах, печени, легких и почках. Очень важен для мужчин и их способности к продолжению рода, ведь он содержится в семенниках. Интересно, что плазма крови новорожденных малышей сильно насыщена бором, но его количество начинает очень быстро уменьшаться, причем в течении уже первых дней жизни.

Функции бора и влияние их на жизнедеятельность человека переоценить сложно:

Также он способен снимать воспаления и уменьшать опухоли.

Суточная норма

Суточная норма макроэлемента составляет 1-3 мг. Дозировки для мужчин и женщин отличаются. Например, сильному полу требуется 0,6-1,5 мг, а прекрасным дамам необходимо немного больше – 1-2 мг. Проблемы могут возникать при получении меньше 0,2 мг и больше 4 грамм.

Спортсмены, люди с мочекаменной болезнью и женщины в период менопаузы требуют увеличения ежедневных норм, но с учетом рекомендаций врача.

Недостаток бора - какое влияние дефицит элемента оказывает на организм?

Недостаток макроэлемента довольно редкое явление и может происходить при недостаточном поступлении с пищей и нарушении обмена и усвояемости.

Первые симптомы очень схожи с проявлениями остепороза: проблемы с волосами, ногтями и зубами, а также могут появляться болезненные ощущения в суставах и костях. Страдает ЦНС, вследствие чего человек становится рассеянным, сонливым, замедляются его реакции.

Более длительный дефицит элемента приводит к неприятным симптомам и заболеваниям:

• остеопороз у людей пожилого возраста и у женщин в перод климакса;
• снижение иммунитета;
• изменения состава крови;
• задержка роста у детей;
• снижение деятельности мозга и, соответственно, умственных способностей;
• нарушение работы эндокринной системы;
• сложное заживление ран, травм и переломов;
• предрасположенность в развитию сахарного диабета.

Дефицит довольно легко восполнять с помощью грамотного рациона.

Избыток бора

Переизбыток макроэлемента может возникать при приеме борсодержащих лекарственных препаратов, получить чрезмерное количество элемента с питанием почти нереально.

Регулярное превышение дозы в 3 мг может вызывать признаки отравления из-за своих токсических качеств. Пропадает аппетит, возникают кожные высыпания, рвота, диарея, головные боли, тревожное состояние. Более длительные и неконтролируемые передозировки способны вызывать заболевания органов пищеварения, болезни почек, печени и центральной нервной системы.

Переизбыток в организме может возникать в промышленных местностях, где окружающая среда (воздух, вода и почва) загрязнены токсическими производными бора. В этом случае довольно быстро могут проявиться такие симптомы, как раздражение слизистых глаз и носоглотки, поражение легких.

Обычно бор после всасывания выводится из организма через почки, но при передозировке он начинает накапливаться в кишечнике и желудке, вызывая раздражения, воспаления и интоксикацию, которая способна затронуть и другие органы.

Воздействия на внешние кожные покровы бор не вызывает, разве что очень высокие концентрации, также как и не вызывает мутационные изменения в организме .

Источники, содержащие данное вещество

Продукты, в которых содержится бор, в основном можно отнести к растительному происхождению – это орехи, чернослив, изюм, бобовые, виноград, яблоки, соя, мед, финики, морепродукты.

Питьевая вода некоторых регионов нашей планеты содержит очень большое количество элемента. Примечательно, что местные жители реже в разы страдают от болезней суставов.

Продукты животного происхождения (мясо, рыба, яйца, молочные продукты) достаточно бедны в содержании бора, поэтому расчитывать на них практически не приходится.

Есть еще интересный момент – такие напитки, как сидр, пиво и вино очень богаты бором, но при условии, что они изготовлены по классическим рецептам, с использованием натуральных продуктов. Однако не стоит переусердствовать в их употреблении – вреда будет гораздо больше.

Есть некоторые вещества, взаимодействие бора с которыми может привести к неожиданным последствиям. Так, например, бор замедляет усвоение витамина С, аминокислот, содержащих серу и медь. И, наоборот, способен усилить действие алкоголя и антибиотиков.

Показания к назначению

Показания к назначению макроэлемента сводятся к комплексному лечению остеопороза, восстановления состояния женщин во время менопаузы.

Радиус атома 98 пм Энергия ионизации
(первый электрон) 800,2(8,29) кДж /моль (эВ) Электронная конфигурация 2s 2 2p 1 Химические свойства Ковалентный радиус 82 пм Радиус иона 23 (+3e) пм Электроотрицательность
(по Полингу) 2,04 Электродный потенциал — Степени окисления 3 Термодинамические свойства простого вещества Плотность 2,34 /см ³ Молярная теплоёмкость 11,09 Дж /( ·моль) Теплопроводность 27,4 Вт /( ·) Температура плавления 2573 Теплота плавления 23,60 кДж /моль Температура кипения 3931 Теплота испарения 504,5 кДж /моль Молярный объём 4,6 см ³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки ромбоэдрическая Параметры решётки a=10,17; α=65,18 Отношение c/a 0,576 Температура Дебая 1250

B	5
10,811
2s 2 2p 1
Бор

Химический 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 (B 4 C, B 12 C 3 , B 13 C 2). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, образуется оксид B 2 O 3:

С водородом бор напрямую не взаимодействует, хотя известно довольно большое число бороводородов (боранов) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов с 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 B 2 O 3 .

При отсутствии окислителей бор устойчив к действию растворов щелочей. В горячей азотной, серной кислотах и в царской водке бор растворяется с образованием борной кислоты .

Оксид бора — 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 BO 3 3-), а тетрабораты, например:

Применение

Элементарный бор

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

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

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

Соединения бора

Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Пербораты / пероксобораты (содержат ион 2 -) 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 нитрида углерода, алмаза, нитрида бора по микротвёрдости), а по стоимости и эффективности шлифования (экономической) превосходят все известные человечеству абразивные материалы.

Сплав бора с магнием (диборид магния MgB 2) обладает, на данный момент, рекордно высокой критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние среди сверхпроводников первого рода. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой рост работ по этой тематике.

Борная кислота (H 3 BO 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 путем изменения ее концентрации в теплоносителе— так называемое «борное регулирование».

Бороводороды и борорганические соединения

Ряд органических производных бора (бороводороды) являются чрезвычайно эффективными ракетными топливами (диборан(B 2 H 4), пентаборан, тетраборан и др.), а некоторые полимерные соединения с водородом и углеродом являются чрезвычайно стойкими к химическим воздействиям и высоким температурам, например широко известный пластик Карборан-22.

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.

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— 0,13мг/л. Ежедневно с пищей человек получает 1—3 мг бора. Токсичная доза— 4г.

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

Бор, Borum, В (5)
Природные соединения бора (Boron, франц. Воге, нем. Bor), главным образом нечистая бура, известны с раннего средневековья. Под названиями тинкал, тинкар или аттинкар (Tinkal, Tinkar, Attinkar) бура ввозилась в Европу из Тибета; она употреблялась для пайки металлов, особенно золота и серебра. В Европе тинкал назывался чаще боракс (Воrax) от арабского слова bauraq и персидского — burah. Иногда боракс, или борако, обозначал различные вещества, например соду (нитрон). Руланд (1612) называет боракс хризоколлой — смолой, способной «склеивать» золото и серебро. Лемери (1698) тоже называет боракс «клеем золота» (Auricolla, Chrisocolla, Gluten auri). Иногда боракс обозначал нечто вроде «узды золота» (capistrum auri). В Александрийской эллинистической и византийской химической литературе борахи и борахон, а также в арабской (bauraq) обозначали вообще щелочь, например bauraq arman (армянский борак), или соду, позже так стали называть буру.

В 1702 г. Гомберг, прокаливая буру с железным купоросом, получил «соль» (борную кислоту), которую стали называть «успокоительной солью Гомберга» (Sal sedativum Hombergii); эта соль нашла широкое применение в медицине. В 1747 г. Барон синтезировал буру из «успокоительной соли» и натрона (соды). Однако состав буры и «соли» оставался неизвестным до начала XIX в. В «Химической номенклатуре» 1787 г. фигурирует название horacique асid (борная кислота). Лавуазье в «Таблице простых тел» приводит (radical boracique). В 1808 г. Гей-Люссаку и Тенару удалось выделить свободный бор из борного ангидрида, нагревая последний с металлическим калием в медной трубке; они предложили назвать элемент бора (Вога) или бор (Воге). Дэви, повторивший опыты Гей-Люссака и Тенара, тоже получил свободный бор и назвал его бораций (Boracium). В дальнейшем у англичан это название было сокращено до Boron. В русской литературе слово бура встречается в рецептурных сборниках XVII — XVIII вв. В начале XIX в. русские химики называли бор буротвором (Захаров, 1810), буроном (Страхов,1825), основанием буровой кислоты, бурацином (Севергин, 1815), борием (Двагубский, 1824). Переводчик книги Гизе называл бор бурием (1813). Кроме того, встречаются названия бурит, борон, буронит и др.

Чаще всего представления о боре связывают не с простым веществом, свойства которого малоизвестны, а с соединениями - борной кислотой или ее солью, называемой бурой. Элемент бор широко распространен в земной коре, достаточно сказать, что более ста горных пород и минералов содержат его в своем составе. В нашей статье мы изучим физические и химические свойства элемента и рассмотрим области применения бора и его соединений в промышленности, медицине и сельском хозяйстве. Интересным является также вопрос влияния боратов на организм человека и их роли в обмене веществ, который мы выясним на конкретных примерах.

Особенности физических свойств

Для человека, не связанного с химией, основные характеристики элемента - агрегатное состояние, плотность, температура кипения или плавления - малоизвестны. Более того, как простое вещество элемент бор в природе не встречается. При обычных условиях он представляет собой аморфную массу темного цвета. Кристаллическая форма имеет различную окраску: бесцветную, красную или серую. Соединение может образовывать до десяти видов аллотропных модификаций, отличающихся между собой строением кристаллической решетки. Она же, в свою очередь, зависит от температуры получения вещества. Бор хрупкий, но очень твердый, и по этой характеристике уступает только алмазу, он также хорошо проводит электрический ток.

Положение в периодической системе: характерные особенности соединения

Свойства элемента бор определяются местом, которое он занимает в химических элементов Д.И. Менделеева. Являясь р-элементом, изучаемое нами вещество проявляет как неметаллические, так и металлические свойства и в соединениях имеет степень окисления, равную +3. Это значит, что для образования химической связи атом бора отдает три своих электрона, расположенных на последнем энергетическом уровне. Много общих физических и химических свойств у него с кремнием, расположенным в периодической системе по диагонали. В 13-й группе таблицы свойства химического элемента бор имеют наиболее выраженный неметаллический характер. С увеличением заряда ядра атома у всех остальных представителей - алюминия, галлия, индия - наблюдается плавное усиление признаков металлов. Атомы элемента встречаются в виде двух изотопов с массовыми числами 10 и 11. Первый из них имеет интересное свойство, что позволило использовать изотоп в ядерной физике, другой активно применяют в металлургическом производстве. Ознакомимся с ними подробнее.

Роль элемента в современных отраслях промышленности

Изотоп 10 B способен поглощать быстро движущиеся в реакторах атомных станций элементарные частицы - нейтроны. Его используют в качестве фактора, не позволяющего ядерной реакции перейти в неконтролируемую фазу, заканчивающуюся взрывом. При выплавке черных и цветных металлов простое вещество применяют в качестве добавки, уменьшающей размер зернистости сплава, что значительно улучшает его физические показатели. Способность к образованию слоя на металлических поверхностях - эта характеристика химического элемента бор, называемая борованием, повышает качество изделий, предохраняя их от коррозии.

Как получают простое вещество?

Свободный бор в виде аморфного порошка можно добыть восстановлением его оксида металлическим магнием. Полученное соединение содержит примеси, не получило широкого распространения. Поэтому в последнее время применяют метод термического разложения боранов - соединений с водородом, или же восстановление галогенидов бора. В этом случае чистота бора высока. Он имеет вид черного и очень твердого кристалла.

Распространение в природе

Более ста минералов и руд содержат элемент в виде боратов и боросиликатов. Наиболее известные из них - датолит и кристаллогидрат Na 2 B 2 O 7 × 10 H 2 O, называемый бурой. Они входят в состав пород, образованных в результате вулканических извержений, а также и тех, что имеют осадочное происхождение. Вот еще некоторые представители борсодержащих пород. Например, названный в честь итальянского химика А. Авогадро, определившего минерал авогадрит. Это комплексное соединение калия, фтора и бора. Другое, достаточно редкое соединение - улексит, представляет собой кристаллогидрат боратов кальция и натрия. Или пейнит - минерал, содержащий кладезь ценных элементов, таких как алюминий, цирконий, бор. Характеристика элемента будет неполной, если мы не вспомним о широком его распространении в составе геотермальных минеральных вод, гейзеров и морской воды. Особенно высокое содержание ионов В 3+ регистрируется в бальнеологических и питьевых источниках Кавказа и Крыма.

Особенности реакций с химическими веществами

Как мы уже говорили, свойства бора во многом напоминают кремний. При обычной температуре и давлении он достаточно пассивен и вступает во взаимодействие только с самым активным неметаллом - фтором. При нагревании реагирует с хлором, бромом и другими галогенами, а также с фосфором, азотом и углеродом. Чтобы получить соединение бора с водородом, применяют реакцию между сильной неорганической кислотой и боратами щелочных и щелочноземельных металлов. В окислительно-восстановительных реакциях с оксидами, например фосфора или кремния, элемент бор ведет себя, как восстановитель, а вот со щелочами не взаимодействует вовсе. Трехосновную кислоту - H 3 BO 3 , являющуюся важным для промышленности сырьем, можно получить действием на простое вещество горячих растворов азотной или серной кислот либо растворением бора в царской водке: смеси азотной и соляной кислот. Борная кислота имеет ярко выраженные бактерицидные свойства и применяется в медицине. Однако в больших дозах она сильно токсична, поэтому в настоящее время ее использование ограничено.

Соли борных кислот

Если в химической литературе упоминаются бораты, то речь идет о солях тетраборной кислоты H 2 B 4 O 7 или других, менее гидратированных соединениях, чем обычная борная кислота. Наибольшее значение для промышленности имеет тетраборат натрия, в обиходе он часто называется бурой. При изготовлении фаянсовых и фарфоровых изделий элемент бор применяют в качестве компонента глазури, а при производстве эмалированной посуды бура входит в состав ее покрытия. Тетраборат натрия давно применяется в стекольной промышленности для придания стеклу специальных свойств, например таких, как высокая прозрачность и способность пропускать до 75% всех ультрафиолетовых лучей, воспринимаемых живыми объектами.

Бор как микроэлемент в организмах

Наиболее важное влияние оказывает этот компонент на растения. Он входит в состав фитогормонов, регулирующих развитие образовательной ткани - меристемы, расположенной на верхушках молодых побегов и в точке роста растения. Если почва бедна на ионы B 3+ , то наблюдается не только отставание в развитии, но и угнетение репродуктивных функций, и растение перестает образовывать цветки. Химический элемент бор поступает в почву вместе с минеральными удобрениями, которые вносят осенью.

Есть растения-индикаторы, по которым можно судить о содержании соединения в почвенном растворе. Например, галофит солянка при высокой концентрации анионов BO 3 3- становится гигантских размеров, а солерос и полынь степная прекращают свой рост. Бор важен и для организма человека. Он влияет на функцию инсулина, повышая его активность, регулирует выработку половых гормонов и проведение возбуждения по нервному волокну.

В нашей статье мы дали характеристику элемента бор и выяснили его значение для жизни человека.