Bor (element)

PREUSMJERI Predložak:Infookvir kemijski element

Povijest

Bor je ime dobio po arapskoj riječi buraq ili perzijskoj riječi burah, koje označavaju mineral boraks.

Spojevi bora poznati su tisućama godina, te su se primjenjivali u proizvodnji glazura, te u metalurgiji.

Godine 1808. u nečistom stanju izolirali su ga Sir Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac i Louis Jacques Thénard redukcijom ortoborne kiseline kalijem. Kao poseban element prepoznao ga je Jöns Jakob Berzelius 1824. godine.

Prvi čisti uzorak bora izolirao je američki kemičar W. Weintraub 1909. godine.

Svojstva

Elementarni bor može postojati u kristaliziranom i amorfnom obliku.

Kristalizirani bor

Izuzetno je tvrd oblik bora. Tvrdoća mu je veća od tvrdoće karborunda. Kemijski je izuzetno inertna tvar, tako da ga od kiselina, mogu otopiti samo vruće i koncentrirane dušična i sumporna kiselina. Polagano ga otapa i rastaljeni natrijev hidroksid, ali tek iznad 500 °C.

Slab je vodič električne struje. Električna vodljivost povećava mu se s porastom temperature.

Amorfni bor

Amorfni bor u epruveti

Relativno je reaktivan oblik. Zagrijan u atmosferi zraka, zapali se na 700 °C, te gori dajući borov(III) oksid:

4 B_(s) + 3 O_2(g) → 2 B₂O_3(s)

Amorfni bor u prahu vrlo je jak reducens.

Otapaju ga koncentrirana sumporna te koncentrirana dušična kiselina:

B_(s) + 3 HNO₃ → H₃BO₃ + 3 NO_2(g)

Ako se na zraku tali s alkalijskim hidroksidom, nastaju odgovarajući alkalijski borati.

Rasprostranjenost

Bor spada u rijetke elemente koji su široko rasprostranjeni po Zemljinoj površini. U Zemljinoj kori nazočan je u masenom udjelu od oko 0,0003%. Veće količine nalaze se uglavnom u Sjevernoj i Južnoj Americi, te u Indiji.

Bor nikada ne dolazi u elementarnom obliku, već je vezan u spojeve, uglavnom u obliku poliborata, primjerice kao boraks, kernit i kolemanit.

Dobivanje

Elementarni bor vrlo se teško dobiva. Polazna tvar jest boraks, od koje se dobije ortoborna kiselina, a zatim borov(III) oksid.

Oksid se zatim reducira magnezijem ili natrijem na povišenoj temperaturi:

B₂O_3(s) + 3 Mg_(s) → 2 B_(s) + 3 MgO_(s)

Dobiveni bor je crn i vjerojatno amorfan prah.

Dobivanje kristalnog bora zahtijeva preradu boraksa do bromida, koji se zatim skupa s vodikom pušta preko tantalove žice usijane na temperaturu od 1100-1300 °C:

2 BBr_3(g) + 3 H_2(g) → 2 B_(s) + 6 HBr_(g)

Spojevi

Bor čini spojeve stupnja oksidacije +1, +2 i +3, te spojeve različitih negativnih stupnjeva.

+1: borov(I) klorid
+2: borov(II) klorid
+3: borani (boran, diboran, tetraboran, pentaboran, itd.), borov(III) fluorid, borov(III) klorid, borov(III) bromid, borov(III) jodid, borov(III) oksid, ortoborna kiselina, metaborna kiselina, ortoborati, metaborati, kompleksni borati (boraks, poliborati), perborati
negativni stupnjevi: boridi (kalcijev borid, aluminijev borid, niklov borid, berilijev borid)

Izotopi

Bor ima dva stabilna izotopa:

¹⁰B (19.9%)
¹¹B (80.1%)

Uporaba

Staklo i keramika

Bor se upotrebljava za proizvodnju borosilikatnog stakla (Duran, Pyrex), snažnih i lakih materijala za kompozite u aeronautici, te sportske opreme kao što su štapovi za pecanje i palice za golf.

Industrija poluvodiča

Borom se dopiraju silicij, germanij i silicijev karbid. Za to se upotrebljavaju oksid, bromid ili fluorid bora, te diboran.

Novi materijali

Za uporabu u štitovima za tenkove i pancirna odijela, upotrebljava se borov karbid, koji se dobiva redukcijom oksida uz pomoć ugljika na visokoj temperaturi u električnim pećima:

2 B₂O_3(s) + 7 C_(s) → B₄C_(s) + 6 CO_(g)

Magnezijev diborid primjenjuje se kao visokotemperaturni supravodič (39 K) u supravodljivim magnetima.

Elementarni bor upotrebljava se za proizvodnju neodimijskih magneta (Nd₂Fe₁₄B) koji su najjači trajni magneti.

Bor se upotrebljava i u proizvodnji supertvrdih materijala, kao što su heterodijamant, borov nitrid, renijev diborid, titanov diborid, cirkonijev diborid i drugi.

Moderiranje nuklearnog reaktora

U nekim tipovima nuklearnih reaktora upotrebljava se otopina ortoborne kiseline čijom se promjenom koncentracije sporo mijenja brzina nuklearnih reakcija.

Kemijska industrija

Kristali boraksa

Boraks se u velikim količinama rabi u proizvodnji fiberglasa, detergenata s perboratima, te se dodaje tamo gdje je potrebno spriječiti koroziju. Ortoborna kiselina primjenjuje se kao antiseptik, a ima i antifungalna i antiviralna svojstva. Odavno se primjenjuje kao insekticid. Trietilboran se upotrebljava za paljenje nekih turbomlaznih motora, kao inicijator reakcija s radikalima, te za proizvodnju tvrdih i tankih filmova s ugljikom, borom, silicijem i dušikom.

Neki spojevi bora eksperimentalni su lijekovi za tretiranje artritisa.

U kemijskoj analitici upotrebljava se za određivanje metala uz pomoć tzv. boraksove biserke, a amorfni bor upotrebljava se u pirotehničkim smjesama zato što daje zeleni plamen.

Biološka uloga

Velike koncentracije bora otrovne su za čovjeka i većinu životinja.

Bor je esencijalni element za biljke. Kod štakora, potreban je kao element u ultraniskim koncentracijama, a u istim količinama vjerojatno je potreban i drugim sisavcima. Fiziološka uloga mu je gotovo nepoznata.

Periodni sustav elemenata

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na