Historia Boro, właściwości, struktura, użycia

On bor Jest to element niemetaliczny, który kieruje grupą 13 tabeli okresowej i jest reprezentowany z symbolem chemicznym B. Jego liczba atomowa wynosi 5 i jest jedynym niemetalicznym elementem w jego grupie; Chociaż niektóre chemikalia uważają to za metaloid.

Jest przedstawiony jako czarno -brązowy proszek i jest w proporcji 10 ppm w odniesieniu do skorupy ziemskiej. Dlatego nie jest to jeden z najliczniejszych elementów.

Próbka boro o czystości około 99%. Źródło: ALAJHASHA [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Jest częścią kilku minerałów, takich jak boraks lub boran sodu, jest to najczęstszy minerał boru. Istnieje również Kurnite, inna forma bwwru sodu; Boran colemanit lub wapniowy; oraz Ulexite, sod i wapń borato.

Boratos są ekstrahowane w Stanach Zjednoczonych, Tybecie, Chinach i Chile z światową produkcją około dwóch milionów ton rocznie.

Ten element ma trzynaście izotopów, będąc najbardziej obfitym ^jedenaścieB, który stanowi 80,1% boru i ¹⁰B, który stanowi pozostałe 19,9%.

Bor jest niezbędnym śladem dla roślin, interweniującego w syntezie niektórych ważnych białek roślinnych i przyczynia się do wchłaniania wody. U ssaków wydaje się konieczne dla zdrowia kości.

Chociaż bor został odkryty w 1808 roku przez angielskiego chemika Sir Humphry'ego Davy'ego, a francuscy chemicy Jacques Thérnard i Joseph Gay-Lussac, od początku naszej ery w Chinach był używany boraks w opracowaniu ceramiki emalii.

Bor i jego związki mają wiele zastosowań i zastosowań, od ich zastosowania w ochronie żywności, zwłaszcza margaryna i ryb, aż do zastosowania w leczeniu guzów raka mózgu, pęcherza, prostaty i innych narządów i innych narządów i innych narządów.

Bor nie jest bardzo rozpuszczalny w wodzie, ale jego związki są. Może to być mechanizm koncentracyjny boru, a także źródło zatrucia elementem.

[TOC]

Historia

Tło

Ponieważ Man Remote Times używał związków boru w różnych czynnościach. El Borax, minerał znany jako Tincal, był używany w Chinach w ciągu 300 dni.C. W opracowaniu szkliwa ceramiki.

Perski alchemik (865-925) pierwszą wzmiankę o związkach boro. Rhazes sklasyfikował minerały w sześciu klasach, z których jednym były borki, które obejmowały bor.

Agricola, około 1600 roku, zgłosił zastosowanie boraksu jako przepływu w metalurgii. W 1777 r.

Odkrycie elementu

Humphry Davy, poprzez elektrolizę roztworu boraksu, zaobserwował akumulację czarnego osadu w jednej z elektrod. Ogrzewał także tlenek boru (b₂ALBO₃) Z potasem, wytwarzając czarno -brązowy proszek, który był znaną formą boru.

Gay-Lussac i Thénard zmniejszyli kwas borowy w wysokich temperaturach w obecności żelaza do produkcji boru. Pokazali także proces odwrotny, to znaczy, gdzie kwas borowy jest produktem utleniania boru.

Identyfikacja i izolacja

Jöns Jakob Berzelius (1827) osiągnął identyfikację Boro jako nowego elementu. W 1892 r. Francuskiego chemika Henri Moissanowi udało się wyprodukować bor z 98% czystością. Chociaż wskazano, że Bor został wyprodukowany wyłącznie przez amerykańskiego chemika Ezechiela Weintrauba, w 1909 roku.

Nieruchomości

Opis fizyczny

Krystaliczny stały lub czarno-brązowy amorficzny proszek.

Może ci służyć: nadtlenki: właściwości, nomenklatura, zastosowania, przykłady

Masa cząsteczkowa

10 821 g/mol.

Temperatura topnienia

2076 ºC.

Punkt wrzenia

3927 ºC.

Gęstość

-Ciecz: 2,08 g/cm³.

-Krystaliczny i amorficzny przy 20 ° C: 2,34 g/cm³.

Fusion Heat

50,2 kJ/mol.

Ciepło parowe

508 kJ/mol.

Pojemność kaloryczna trzonowa

jedenaście.087 J/(mol · k)

Energia jonizacji

-Pierwszy poziom: 800.6 kJ/mol.

-Drugi poziom: 2.427 kJ/mol.

-Trzeci poziom: 3.659,7 kJ/mol.

Elektronialiczność

2.04 na skali Pauling.

Radio atomowe

90 PM (empiryczne).

Objętość atomowa

4,16 cm³/mol.

Przewodność cieplna

27,4 W/m.K

Rezystancja

~ 10⁶ Ω.M (w 20ºC).

Wysokie temperatury Bor jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, ale w temperaturze otoczenia staje się prawie izolatorem.

Twardość

~ 9,5 w skali MOHS.

Reaktywność

Bor nie ma wpływu kwas hydrochlorowy w temperaturze wrzenia. Jest jednak przekształcany przez gorący kwas azotowy na kwas borowy (h (h₃Bo₃). Boro chemicznie zachowuje się jak nie -metal.

Reaguje ze wszystkimi halogenami, aby dać trihaluros, wysoce reaktywne. Mają one ogólną formułę Bx₃, Gdzie x reprezentuje halogen.

Jest to połączone z kilkoma elementami, aby powstać boruros. Niektóre z nich należą do substancji o większej twardości; Na przykład azotek boru (BN). Bor jest połączony z tlenem z tworzeniem tritlesu boru.

Elektroniczna struktura i konfiguracja boru

Linki i jednostki strukturalne w boru

Geometrie wspólnych jednostek strukturalnych dla boru. Źródło: MaterialScientist [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Przed zajęciem się strukturami boru (krystalicznego lub amorficznego) należy pamiętać o tym, jak można połączyć ich atomy. Link B-B jest w esencji kowalencyjnej; Nie tylko to, ale ponieważ naturalnie atomy boro mają niedobór elektroniczny, będą próbować dostarczyć go w swoje linki w taki czy inny sposób.

W boru znajduje się specjalny rodzaj wiązania kowalencyjnego: trzy centra i dwa elektrony, 3c2e. Tutaj trzy atomy boru mają dwa elektrony i definiują trójkąt, jedną z wielu twarzy znalezionych w ich strukturalnych wielościach (obraz doskonały).

Od lewej do prawej mamy: octaedro (a, b₆), Cuboctaedro (b, b₁₂) I izokazowe (c, b₁₂ Również). Wszystkie te jednostki mają funkcję: są słabe w elektronach. Dlatego muszą łączyć kowalencyjnie między sobą; A rezultat jest zaskakującą imprezą linków.

W każdym trójkącie tych wielosedrów obecny jest link 3C2E. W przeciwnym razie nie można wyjaśnić, w jaki sposób bor, zdolny do tworzenia tylko trzech kowalencyjnych wiązań zgodnie z teorią łącza walencji, może mieć do pięciu linków w tych jednostkach wielościennych.

Struktury boru składają się następnie z układu i powtórzenia tych jednostek, które ostatecznie definiują kryształ (lub amorficzny stał).

BORO α-ROMBOédrico

Krystaliczna struktura α-Romboédrico Bor alotropic. Źródło: MaterialScientist w angielskiej Wikipedii [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Mogą istnieć inne wielościenne jednostki boro, a także związek tylko przez dwa atomy, b₂; „linia” boru, którą należy powiązać z innymi atomami po wysokim niedoborze elektronicznym.

Icosaedro jest zdecydowanie preferowaną jednością boru; Ten, który czuje się lepiej. Na przykład na górnym obrazie jest doceniane, w jaki sposób te jednostki B₁₂ Przeplatają się, aby zdefiniować kryształ romboedralny boru-α.

Gdyby jeden z tych iCosaedros chciał zostać wyizolowany, byłoby to skomplikowane zadanie, ponieważ ich niedobór elektroniczny zmusza ich do zdefiniowania kryształu, w którym każdy z nich zapewnia elektrony, których potrzebują inni sąsiedzi.

Bor β-Romboédrico

Krystaliczna struktura β-romboédrico boru alotropowego. Źródło: MaterialScientist w angielskiej Wikipedii [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Bor β-Romboédrico alotropowy, jak wskazuje już jego nazwa, ma kryształy Rhomboédica, a także bor-α; Jednak różni się w swoich jednostkach strukturalnych. Wygląda jak pozaziemski statek wykonany z atomów boru.

Może ci służyć: wodorotlenek litu (lioh)

Jeśli możesz uważnie zobaczyć jednostki ICOSAHEDRYCZNE w dyskretny i połączony sposób (w centrum). Istnieją również jednostki B₁₀ i samotne atomy boru, które działają jak most dla wyżej wymienionych jednostek. Z tego wszystkiego jest to najbardziej stabilny boru.

BORO-γ GEMA

Krystaliczna struktura boru-γ. Źródło: MaterialScientist w angielskiej Wikipedii [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

W tym boru jednostki B są skoordynowane₂ oraz b₁₂. B₂ przedstawia tyle niedoboru elektronicznego, że w rzeczywistości zdejmuje elektrony z B₁₂ I zatem istnieje charakter jonowy w tej substancji stałej. Oznacza to, że nie tylko są kowalencyjnie zjednoczeni, ale istnieje przyciąganie elektrostatyczne [B₂^-] [B₁₂⁺].

Boro-γ krystalizuje się w strukturze soli GEMA, tak samo jak w przypadku NaCl. Pozostają inne wyniesienia od boru do wysokiego ciśnienia (20 GPa) i temperatury (1800 ° C), a następnie pozostają stabilne w normalnych warunkach. Jego faktyczna stabilność konkuruje ze stabilnością boru β-romboédrico.

Sześcienne i amorficzne

Inne szczeliny boru składają się z agregatów atomów B, jakby były zjednoczone wiązaniem metalowym lub jakby były kryształami jonowymi; to znaczy, to bor sześcienny.

Również, a nie mniej więcej, jest amorficzny bor, którego rozmieszczenie jednostek B₁₂ Jest przypadkowy i niechlujny. Jest prezentowany jako drobny lub szklisty proszek o ciemnych kolorach i nieprzezroczystym brązu.

Borofenos

Struktura najprostszego z Borofenos, B36. Źródło: MaterialScientist [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

I wreszcie jest najbardziej nowatorski i dziwny alotropowy z Boro: Borofenos (wyższy obraz). Składa się z małpy warstwy atomów boru; wyjątkowo cienki i analogiczny do grafenu. Zauważ, że zachowuje słynne trójkąty, charakterystyczne dla niedoboru elektronicznego, jaki cierpią.

Oprócz Borofenos, z których B₃₆ Jest najprostszy i mały, są też klastry Boro. Borosferen (obraz poniżej) składa się z sferycznej klatki podobnej do kulki czterdziestu atomów Boro, b₄₀; Ale zamiast mieć gładkie krawędzie, są nagle i nieregularne:

Borosferenos Unit, B40. Źródło: MaterialScientist [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Elektroniczna Konfiguracja

Elektroniczna konfiguracja boru wynosi:

[On] 2s² 2 p¹

Dlatego trzy elektrony z Walencji. Brakuje mu jeszcze pięciu, aby ukończyć swoje okteto w Walencji i ledwo utworzy trzy kowalencyjne więzi; Potrzebowałbym czwartego linku do celownika, aby ukończyć twój okett. Bor może stracić trzy elektrony, aby uzyskać stan utleniania +3.

Uzyskanie

Bor jest izolowany przez zmniejszenie kwasu borowego magnezem lub aluminium; Metoda podobna do gay-leussac i thénard. Ma trudności z zanieczyszczeniem boru z borurami tych metali.

Próbkę o wysokiej czystości można uzyskać przez gazową redukcję trichlorku boru lub tribromidu, z wodorem na elektrycznie ogrzewanych włókienach.

Bor o wysokiej czystości jest wytwarzany przez rozkład w wysokich temperaturach diborano, a następnie oczyszczanie procesów strefy lub czocharalski.

Aplikacje

W przemyśle

Bor żywiołowy zastosowano w hartowaniu stali. W stopie z żelazem, który zawiera od 0,001 do 0,005 % boru. Jest również stosowany w przemyśle niebędącym odchodem, zwykle jako deoksydant.

Ponadto bor jest używany jako błotnisty w stopach miedzianych i miedzi o wysokiej przewodności. W przemyśle półprzewodników dodawane są niewielkie ilości boro jako agent dopingowy krzemowej i germanów.

Może ci służyć: Isopreno: Struktura, właściwości, aplikacje

Tlenek boro (b₂ALBO₃) jest mieszany z krzemionką, aby zrobić szklankę odporną na ciepło (szkło borosylianowe), stosowane w naczyniach kuchennych i niektórych sprzętach laboratoryjnych.

Carbide boro (b₄C) Jest to niezwykle twarda substancja, która jest stosowana jako środek ścierny i wzmacniający w materiałach kompozytowych. Aluminium boruro (alb₁₂) Jest stosowany jako diamentowy substytut mrożony i wypolerowany.

Boro jest używane w stopach, na przykład w magnesach ziem rzadkich, stopu z żelazem i neodymem. Utworzone magnesy są używane do produkcji mikrofonów, przełączników magnetycznych, słuchawek i akceleratorów cząstek.

W medycynie

Pojemność izotopu Boro-10 (¹⁰B) do złapania neutronów, emitujące promieniowanie typu α zastosowano do leczenia guzów mózgu w technice znanej jako terapia neutronowa boru (BNCT).

On ¹⁰B w postaci związków jest gromadzone w guza nowotworowym. Następnie promieniuje się strefą guza z neutronami. Te wchodzą w interakcje z ¹⁰B, co powoduje emisję cząstek α. Cząstki te mają wysoki względny efekt biologiczny i ze względu na ich duży rozmiar mają niewielki zasięg.

Tak więc niszczycielskie działanie cząstek α ​​jest ograniczone w komórkach nowotworowych, wykonując ich zniszczenie. BNCT stosuje się również w leczeniu guzów szyi, wątroby, pęcherza i prostaty.

Działanie biologiczne

Niewielka ilość kwasu borowego lub boru w kształcie bwera jest konieczna do wzrostu wielu roślin. Niedobór boru przejawia się w zdeformowanym wzroście roślin; „brązowe serce” warzyw; i „sucha zgnilizna” buraków cukrowych.

Bor może być konieczny w małych ilościach, aby utrzymać zdrowie kości. Istnieją badania wskazujące, że brak boru byłby zaangażowany w generowanie zapalenia stawów. Interweniowałby również w funkcjach mózgu, takich jak pamięć i koordynacja wzroku.

Niektórzy eksperci wskazują, że 1,5 do 3 mg boru powinno być uwzględnione w diecie codziennej.

Ryzyko i ostrożność

Bor, tlenek boru, kwas borowy i boratos, są uważane za nietoksyczne. LD50 dla zwierząt wynosi 6 g boru/kg masy ciała, podczas gdy substancje o LD50 większe niż 2 g/kg masy ciała są uważane za nietoksyczne.

Z drugiej strony zużycie ponad 0,5 mg/dzień boru przez 50 dni powoduje niewielkie problemy trawienne, sugerując toksyczność. Niektóre doniesienia wskazują, że nadmiar spożycia boru może wpływać na funkcjonowanie żołądka, wątroby, nerek i mózgu.

Podobnie krótkoterminowe irytujące efekty wskazano w nosogardzieli, górnych dróg oddechowych i oczu do narażenia na bor.

Raporty o toksyczności boru są rzadkie, aw wielu przypadkach toksyczność jest prezentowana w bardzo wysokich dawkach, wyższa niż populacja ogólna jest narażona.

Zaleceniem jest monitorowanie treści boru w żywności, zwłaszcza warzyw i owoców. Rządowe agencje zdrowotne muszą monitorować, że koncentracja boru wody nie przekracza dozwolonych limitów.

Pracownicy narażeni na kurz zawierający bor powinni nosić maski, które chronią drogi oddechowe, rękawiczki i specjalne buty.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Alotropy boru. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Prof. Robert J. Lancashire. (2014). Wykład 5b. Struktura elementów (nie-metal, B, C). Departament Chemii, University of the West Indies, Mona Campus, Kingston 7, Jamajka. Odzyskane z: chem.Uwiimona.Edu.JM
4. Manisha Lalloo. (28 stycznia 2009). Odkryta struktura boru ultra-kure. Świat chemii. Odzyskane z: ChemistryWorld.com
5. Bell Terence. (16 grudnia 2018 r.). Profil metalowego boru. Odzyskane z: balita.com
6. Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (2019). BOR. Odzyskane z: Britannica.com
7. Agencja ds. Substancji toksycznych i rejestrów chorób. (2010). Toxfaqs ™ na Bor. [PDF]. Źródło: ATSDR.CDC.Gov
8. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (6 lutego 2019). Właściwości chemiczne i fizyczne boru. Odzyskane z: Thoughtco.com