Бор химический элемент. Химические свойства бора

От цыпленка к человеку. Обычно, говорят: — «От обезьяны». Но, речь не об эволюции, а о доказательстве важности бора для организма.

До 1981-го года элемент считали несущественным, не требующим включения в рацион. Убеждения ученых пошатнули цыплята.

Их выращивание шло успешнее, если в питание входил бор . Его необходимость курам, доказали в 1985-ом, а к 1990-ым дело дошло и до человека.

Выяснилось, что бор – элемент , поддерживающий плотность костной ткани.

К тому же, вещество удерживает в норме выработку, как мужского, так и женского гормона, то есть, эстрогена и прогестерона.

Эксперименты показали, что принимая препараты бора , люди теряют на 40% меньше и на 33% с .

Свойства бора

Бор – химический элемент , стоящий в под 5-ым номером. Строение у вещества атомное.

Такое характерно для металлов, однако, бор к ним не относится. Элемент является исключением среди своей группы неметаллов.

Они, собственно в периодической системе находятся на, и выше линии, проведенной от бора к .

Для неметаллов характерно молекулярное строение, но , и 5-ое вещество вне правил.

Атомная решетка обеспечивает герою рекордный предел прочности на разрыв – 5,7 гектопаскалей.

Не удивительно, что волокнистый бор – хим. элемент , добавляемый в композиционные материалы.

Их создают искусственно, складывая из компонентов с различными свойствами. В итоге, получаются легкие, но жесткие, прочные и износостойкие конструкции.

Атомы бора состоят и 5-ти протонов и стольки же, или 6-ти, нейтронов. Соответственно, есть два природных изотопа: — 10-ый и 11-ый.

На электронных оболочках атома элемента вращаются 5 частиц. Два электрона располагаются на ближней к ядру орбите, а три – на дальней.

Поэтому, стандартная валентность бора равна +3-ем. Под валентностью понимается способность атома формировать с другими элементами определенное количество химических связей.

Три электрона, готовые к взаимодействию, обеспечивают 5-му элементу высокую химическую активность.

Характерна, к примеру, реакция спекания с порошками металлов. Образуются бориды. «Стремится» 5-ое вещество и к . Правда, образованный бороводород нестабилен.

А вот оксиды бора устойчивы. Получаются последние, как правило, при высоких температурах из оксидов других элементов. Так, бор способен заменить углерод в угарном газе, кремний в .

Соединения бора – единственные его представители в природе. В свободном виде 5-ый элемент получают лишь в лабораториях.

Впервые опыт удался Анри Муассан. Французский химик разработал магниетермический способ получения чистого бора . Элемент таблицы Менделеева извлечен в ходе реакции: B 2 O 3 + 3Mg -à3MgO + 2B.

При этом, конечный бор был загрязнен примесями не более, чем на 10%. Удалось рассмотреть внешность элемента.

Это жесткое, серое вещество. Расплавить его удается лишь при 4000 градусов Цельсия.

Два природных изотопа бора значительно разнятся в характеристиках, в частности, в сечении захвата тепловых нейтронов.

Последние, провоцируют атомные реакции. Сечение захвата – способность ядра бора улавливать медленные нейтроны. Если показатель велик, можно регулировать ход реакции, останавливать ее.

Значит, вещества с большим сечением захвата подходят для стержней атомных реакторов. Из изотопов бора годится лишь один. Какой именно, расскажем в следующей главе.

Применение бора

Для стержней реакторов годится легкий изотоп бора , то есть, B10. У него не просто большое сечение захвата, а первое среди всех элементов таблицы Менделеева.

У 11-го бора, напротив, показатель самый маленький. Соответственно, тяжелую версию 5-го вещества можно применять в горячей зоне реакторов. То есть, B11 – отличный конструкционный материал для атомных станций.

В атомной энергетике ценят не только чистый бор , но и его соединение с .

Это газ, необходимый в счетчиках тепловых нейтронов. Их, так же, называют борными. Аппаратура служит в качестве приемника излучения.

В атомных реакторах, и не только, приходится кстати тугоплавкость и жаропрочность бора.

Поэтому, элемент становится добавкой к многим . Чаще всего, насыщают их поверхность.

Этот процесс называется борированием. Подвергают ему, как правило, . Их поверхность становится более прочной и устойчивой к коррозии.

В итоге, из борированной могут служит в агрессивных средах, выдерживать повышенные ударные нагрузки.

Карбиды бора, то есть соединения с углеродом, долгое время применялись зуботехниками. Задумывались, почему так называются?

Потому что сверла в аппаратах сделаны из сплава с карбидом 5-го элемента. Такими сверление зубов наиболее быстро и эффективно.

Формула бора в : — B 4 C. Есть, так же, более редкое соединение B 13 C 2 . Оба – отличные абразивные материалы, поскольку , как .

Нитриды 5-го вещества, то есть, его соединения с , — отличные полупроводники.

Их удельная проводимость больше, чем у диэлектриков, но меньше, чем у металлов.

Полупроводники нужны в интегральных схемах, транзисторах, оптоэлектронике.

Секрет материалов в том, что с повышением температуры они начинают проводить ток лучше. Обычные же проводники при жаре, напротив, теряют свойства.

Добыча бора

В соединениях бор извлекают из земных недр. На тонну породы, в среднем, приходятся 4 грамма 5-го элемента.

Больше всего, около 100 микрограммов на килограмм породы, бора в . Его, так же, ищут там, где есть щелочные почвы.

Они наиболее насыщенны элементом. Интересно, что добывать его можно даже из морских растений. В них 5-го вещества 120 микрограммов на кило.

Из минералов бором наиболее богат улексит. Его залежи, к примеру, разрабатывают в Чили. Общие запасы оцениваются в 30 000 000 тонн.

Все залежи находятся в пустыне Атакама. Первые поставки отсюда начались еще в середине 19-го века, сразу после постройки в стране железной дороги.

Сколько в те годы стоил бор, не говориться. Однако, можем узнать современный ценник.

Цена бора

Стоимость продукции зависит от вида и объемов. Так, в металлургии нужен чистый, аморфный бор .

Аморфным называют вещество, но не имеющее кристаллической решетки.

Если промышленники приобретают кристаллический элемент, то максимально измельченный.

Так вот, порошок аморфного бора в фасовке по 15 килограммов стоит около 9000 рублей.

Однако, есть предложения, где кило оценивают лишь в 50 рублей. Здесь уже нужно собирать досье на поставщика.

Причиной низкой стоимости может быть загрязненность бора, большой процент примесей. Хотя, встречаются и честные предложения, особенно, при оптовых поставках.

Что касается соединений 5-го элемента, за карбиды дают от 100-та до 700-от рублей. Это ценник за 1000 граммов.

Разброс стоимости обоснован разными формулами и свойствами карбидов. За кило борного ангидрита приходится выложить в районе 250-ти, а за нитрид – несколько тысяч рублей.

Встречается и органобор . Это комплексное удобрение, ведь, если бы 5-ый элемент ни был нужен растениям, как и человеческому организму, его бы не добывали из водорослей. Типичная фасовка органобора – литровая. Ее стоимость — 350-400 рублей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Бор - пятый элемент Периодической таблицы. Обозначение - B от латинского «borum». Расположен во втором периоде, IIIА группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 5.

Бор сравнительно мало распространен в природе; общее содержание в земной коре составляет около 10 -3 % (масс.).

К главным природным соединениям бора относятся борная кислота H 3 BO 3 и соли борных кислот, из которых наиболее известна бура Na 2 B 4 O 7 ×10H 2 O.

В обычных условиях бор представляет собой вещество кристаллической структуры (ромбоэдрическая сингония) темно-серого цвета (рис.1). Тугоплавок (температура плавления 2075 o С, температура кипения 3700 o С), диамагнитен, обладает полупроводниковыми свойствами.

Рис. 1. Бор. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса бора

Относительная молекулярная масса M r - это молярная масса молекулы, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С). Это безразмерная величина.

Относительная атомная масса A r - это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С).

Поскольку в свободном состоянии бор существует в виде одноатомных молекул В, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 10,806.

Аллотропия и аллотропные модификации бора

Для бора характерно проявление аллотропии, т.е. существование в виде нескольких простых веществ, называемых аллотропными (аллотропическими) модификациями. Во-первых, бор существует в двух агрегатных состояниях - кристаллическом (окрашен в серый цвет) и аморфном (окрашен в белый цвет). Во-вторых, в кристаллической форме бор имеет более 10 аллотропных модификаций. Например, атомы бора могут быть объединены в группировки B 12 , имеющие форму икосаэдра - двадцатигранника (рис. 2).

Рис. 2. Икосаэдрическая группировка атомов бора B 12 .

Эти икосаэдры B 12 ,в свою очередь, могут располагаться относительно друг друга в кристалле по разному:

Изотопы бора

В природе бор существует в виде двух стабильных изотопов 10 B (19,8%) и 11 B (80,2%). Их массовые числа равны 10 и 11 соответственно. Ядро атома изотопа бора 10 B содержит пять протонов и пять нейтронов, а изотопа 11 B - такое же количество протонов и четыре нейтрона.

Существует двенадцать искусственных (радиоактивных) изотопов бора с массовыми числами от 5-ти до 17-ти, из которых наиболее устойчивым является 8 B с периодом полураспада равным 0,77 с.

Ионы бора

На внешнем энергетическом уровне атома бора имеется три электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 1 .

В результате химического взаимодействия бор может терять свои валентные электроны, т.е. являться их донором, и превращаться в положительно заряженный ион (B 3+) или принимать электроны другого атома, т.е. являться их акцептором, и превращаться в отрицательно заряженный ион (B 3-):

B 0 -3e → B 3+ ;

B 0 +3e → B 3- .

Молекула и атом бора

В свободном состоянии бор существует в виде одноатомных молекул В. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу бора:

Сплавы бора

В металлургии бор применяется как добавка к стали и к некоторым цветным сплавам. Присадка очень небольших количеств бора уменьшает размер зерна, что приводит к улучшению механических свойств сплавов. Применяется также поверхностное насыщение стальных изделий бором - борирование, повышающее твердость и стойкость против коррозии.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание	Найдите формулу соединения бора с водородом (борана), имеющего состав в массовых долях процента: бора - 78,2; водорода - 21,8. Если масса 1 см 3 этого газа равна массе 1 см 3 азота.
Решение	Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (бор), «у» (водород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y = ω(B)/Ar(B) : ω(H)/Ar(H); x:y= 78,2/11: 21,8/1; x:y= 7,12: 21,8= 1: 3. Значит простейшая формула соединения бора с водородом (борана) будет иметь вид BH 3 и молярную массу 14 г/моль . Согласно условию задачи: m(N 2) = M(N 2) × V(N 2) / V m = 28 × 1 / 22,4 = 1,25 г. m(B x H y) = M(B x H y) × V(B x H y) / V m = M(B x H y) × 1 / 22,4. m(N 2) = m(B x H y) = M(B x H y) × 1 / 22,4; M(B x H y) = m(N 2) ×22,4 = 1,25 × 22,4 = 28 г/моль. Чтобы найти истинную формулу вещества найдем отношение полученных молярных масс: M(B x H y) / M(BH 3) = 28 / 12 = 2. Значит индексы атомов бора и водорода должны быть в 2 раза выше, т.е. формула борана будет иметь вид B 2 H 6 .
Ответ	B 2 H 6

Бор (лат. Borum), В, химический элемент III группы периодической системы Менделеева, атомный номер 5, атомная масса 10,811; кристаллы серовато-черного цвета (очень чистый Бор бесцветен). Природный Бор состоит из двух стабильных изотопов: 10 B (19%) и 11 B (81%).

Ранее других известное соединение Бора - бура - упоминается в сочинениях алхимиков под арабским названием "бурак" и латинским Borax, откуда и произошло наименование "бор". Свободный Бор (нечистый) впервые получили французские химики Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар в 1808 году нагреванием борного ангидрида B 2 O 3 с металлическим калием. Общее содержание Бора в земной коре 3·10 -4 % по массе. В природе Бор в свободном состоянии не обнаружен. Многие соединения Бора широко распространены, особенно в небольших концентрациях. В виде боросиликатов, боратов, бороалюмосиликатов, а также как изоморфная примесь в других минералах Бор входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Соединения Бора найдены в нефтяных водах, морской воде, соляных озерах, горячих источниках, в вулканических и сопочных грязях, во многих почвах.

Физические свойства Бора. Известно несколько кристаллических модификаций Бор Для двух из них рентгеноструктурным анализом удалось полностью определить кристаллическую структуру, которая в обоих случаях оказалась весьма сложной. Атомы Бора образуют в этих структурах трехмерный каркас подобно атомам углерода в алмазе. Этим объясняется высокая твердость Бора. Однако строение каркаса в структурах Бора гораздо сложнее, чем в алмазе. Основной структурной единицей в кристаллах Бора служат двадцатигранники (икосаэдры), в вершинах каждого из которых находятся 12 атомов Бора. Икосаэдры соединяются между собой как непосредственно, так и посредством промежуточных атомов Бора, не входящих в состав какого-либо икосаэдра. При таком строении оказывается, что атомы Бор в кристаллах имеют разные координационные числа: 4, 5, 6 и 5 + 2 (5 ближних "соседей" и 2 более далеких). Так как на внешней оболочке атома Бора находятся всего 3 электрона (электронная конфигурация 2s 2 2p 1), на каждую присутствующую в кристаллическом Боре связь приходится существенно меньше двух электронов. В соответствии с современными представлениями, в кристаллах Бор осуществляется особый тип ковалентной связи - многоцентровая связь с дефицитом электронов. В соединениях ионного типа Бор 3-валентен. Так называемый "аморфный" Бор, получаемый при восстановлении B 2 O 3 металлическим натрием или калием, имеет плотность 1,73 г/см 3 . Чистый кристаллический Бор имеет плотность 2,3 г/см 3 , температуру плавления 2030°С, температуру кипения 3860°С; твердость Бора по минералогической шкале 9, микротвердость 34 Гн/м 2 (3400 кгс/мм 2). Кристаллический Бор - полупроводник. В обычных условиях он проводит электрический ток плохо. При нагревании до 800°С электрическая проводимость Бора увеличивается на несколько порядков, причем знак проводимости меняется (электронная - при низких температурах, дырочная - при высоких).

Химические свойства Бора. Химически Бор при обычных условиях довольно инертен (взаимодействует активно лишь с фтором), причем кристаллический Бор менее активен, чем аморфный. С повышением температуры активность Бора возрастает и он соединяется с кислородом, серой, галогенами. При нагревании на воздухе до 700°С Бор горит красноватым пламенем, образуя борный ангидрид B 2 O 3 - бесцветную стекловидную массу. При нагревании выше 900 °С Бор с азотом образует нитрид бора BN, при нагревании с углем -карбид бора B 4 C 3 , с металлами - бориды. С водородом Бор заметно не реагирует; его гидриды (бороводороды) получают косвенным путем. При температуре красного каления Бор взаимодействует с водяным паром: 2B + 3Н 2 О = B 2 O 3 + 3H 2 . В кислотах Бор при обычной температуре не растворяется, кроме концентрированной азотной кислоты, которая окисляет его до борной кислоты H 3 BO 3 . Медленно растворяется в концентрированных растворах щелочей с образованием боратов.

Во фториде BF 3 и других галогенидах Бор связан с галогенами тремя ковалентными связями. Поскольку для завершения устойчивой 8-электронной оболочки атому Бора в галогениде BX 3 недостает пары электронов, молекулы галогенидов, особенно BF 3 , присоединяют молекулы других веществ, имеющие свободные электронные пары, например аммиака.

В таких комплексных соединениях атом Бор окружен четырьмя атомами (или группами атомов), что соответствует характерному для Бора в его соединениях координационному числу 4. Важные комплексные соединения Бор - борогидриды, например Na, и фтороборная, или борофтористоводородная, кислота H , образующаяся из BF 3 и HF; большинство солей этой кислоты (фтороборатов) растворимы в воде (за исключением солей К, Rb, Cs). Общая особенность самого Бора и его соединений - их сходство с кремнием и его соединениями. Так, борная кислота, подобно кремниевой, обладает слабыми кислотными свойствами и растворяется в HF с образованием газообразного BF 3 (кремниевая дает SiF 4). Бороводороды напоминают кремневодороды, а карбид Бора - карбид кремния, и т. д. Представляет интерес особое сходство модификаций нитрида BN с графитом или алмазом. Это связано с тем, что атомы В и N по электронной конфигурации совместно имитируют 2 атома С (у В - 3 валентных электрона, у N - 5, у двух атомов С - по 4). Эта аналогия характерна и для других соединений, содержащих одновременно Бор и азот. Так, боразан ВН 3 -NH 3 подобен этану СН 3 -СН 3 , а боразен BH 2 =NH 2 и простейший боразин BH≡NH подобны соответственно этилену СН 2 =СН 2 и ацетилену СН≡СН. Если тримеризация ацетилена С 2 Н 2 дает бензол С 6 Н 6 , то аналогичный процесс приводит от боразина BHNH к боразолу B 3 N 3 H 6 .

Получение Бора. Элементарный Бор из природного сырья получают в несколько стадий. Разложением боратов горячей водой или серной кислотой (в зависимости от их растворимости) получают борную кислоту, а ее обезвоживанием - борный ангидрид. Восстановление В 2 О 3 металлическим магнием дает Бор в виде темно-бурого порошка; от примесей его очищают обработкой азотной и плавиковой кислотами. Очень чистый Бор, необходимый в производстве полупроводников, получают из его галогенидов: восстанавливают ВCl 3 водородом при 1200°С или разлагают пары ВВr 3 на танталовой проволоке, раскаленной до 1500°С. Чистый Бор получают также термическим разложением бороводородов.

Применение Бора. Бор в небольших количествах (доли%) вводят в сталь и некоторые сплавы для улучшения их механических свойств; уже присадка к стали 0,001-0,003% Бор повышает ее прочность (обычно в сталь вводят Бор в виде ферробора, то есть сплава железа с 10-20% Бора). Поверхностное насыщение стальных деталей бором (до глубины 0,1-0,5 мм) улучшает не только механические свойства, но и стойкость стали против коррозии. Благодаря способности изотопа 10 В поглощать тепловые нейтроны, его применяют для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов, служащих для прекращения или замедления реакции деления. Бор в виде газообразного BF 3 используют в счетчиках нейтронов. (При взаимодействии ядер 10 В с нейтронами образуются заряженные α-частицы, которые легко регистрировать; число же α-частиц равно числу нейтронов, поступивших в счетчик: 10 5 В + 1 0 n = 7 3 Li + 4 2 α). Сам Бор и его соединения - нитрид BN, карбид B 4 C 3 , фосфид ВР и другие - применяют как диэлектрики и полупроводниковые материалы. Обширное применение находят борная кислота и ее соли (прежде всего бура), бориды и другие. BF 3 - катализатор некоторых органических реакций.

Бор в организме. Бор относится к числу химических элементов, которые в очень малых количествах содержатся в тканях растений и животных (тысячные и десятитысячные доли% на сухую массу). Бор необходим для поддержания нормальной жизнедеятельности растений. Важнейший симптом недостатка Бора - отмирание точки роста главного стебля, а затем и пазушных почек. Одновременно черешки и листья становятся хрупкими, цветки не появляются или не образуются плоды; поэтому при недостатке Бора падает урожай семян. Известны многие болезни, связанные с недостатком Бора, например гниль сердечка сахарной свеклы, черная пятнистость столовой свеклы, побурение сердцевины брюквы и цветной капусты, засыхание верхушки льна, желтуха верхушки люцерны, бурая пятнистость абрикосов, опробковение яблок. При недостатке Бора замедляется окисление сахаров, аминирование продуктов углеводного обмена, синтез клеточных белков; однако ферменты, для которых Бор является необходимым элементом, пока неизвестны. При недостатке Бора у растений снижается содержание аденозинтрифосфорной кислоты, а также нарушается процесс окислительного фосфорилирования, вследствие чего энергия, выделяющаяся при дыхании, не может быть использована для синтеза необходимых веществ. При недостатке Бора в почве в нее вносят борные удобрения. В биогеохимических провинциях с избытком Бора в почве (например, в Северо-Западном Казахстане) возникают морфологические изменения и заболевания растений, вызываемые накоплением Бора,- гигантизм, карликовость, нарушение точек роста и других. На почвах с интенсивным борным засолением встречаются участки, лишенные растительности, "плешины", - один из поисковых признаков месторождения Бора. Значение Бора в организме животных пока не выяснено. У человека и животных (овец, верблюдов) при питании растениями с избыточным содержанием Бора (60-600 мг/кг сухого вещества и более) нарушается обмен веществ (в частности, активность протеолитических ферментов) и появляется эндемическое заболевание желудочно-кишечного тракта - борный энтерит.

Бор — пятый химический элемент, принадлежит к третьей группе главной подгруппе периодической системы Д. И. Менделеева. Он проявляет свойства, как металлов, так и неметаллов. В обычном состоянии это - кристаллическое вещество бледно-коричневого цвета. Название бора происходит от арабского слова «борак», обозначающего одно из самых часто встречающихся в природе соединений бора - минерал бура. Если бор без примесей, то он бесцветный. В природе встречается в различных вулканических и осадочных породах. Соединения бора с примесями также часто обнаруживают в виде боросиликатов, боратов и других минералов, в которых он содержится в небольших концентрациях. Его соединения присутствуют в большинстве термальных источников, морской воде, а также в сопровождающих нефтяные месторождения водах. Кроме того, бор часто входит в состав многих типов почвы.

Исторические факты

Впервые бор в свободном состоянии был получен в 1808 году. Французские химики Жозеф Гей-Люссак и Луи Жак Тенар, восстанавливая борный ангидрид, предварительно полученный в результате прокаливания борной кислоты, смогли получить новый элемент. Однако полученное вещество содержало огромное число примесей. Через 50 лет физиохимиком Анри Сент-Клер Девилем и Фридрихом Вёлером было установлено, что бор может существовать в двух модификациях: в кристаллической алмазоподобной форме и аморфной форме, больше всего похожей на графит . Однако в 1876 году публикуется статья, в которой немецкий химик Л. Гампе утверждает, что кристаллический бор вовсе не элементарен, а представляет собой лишь соединение борида алюминия AlB 12 . Такая участь постигает и графитоподобный бор, французский химик К. Жоли приводит странную формулу B 48 C 2 Al, никак не состыковывающуюся с классической теорией валентности элементов. Позже, в 1908 году американец Эзекил Вейнтрауб подтвердил положение Гампе об алмазоподобном боре и смог первым выделить этот химический элемент 99%-ной чистоты.

Химические свойства бора

В нормальных условиях бор не проявляет особых свойств и поэтому считается инертным элементом, вступает в реакцию лишь с фтором . Аморфный бор более активен, чем кристаллический. Однако с увеличением температуры активность бора возрастает, так, например, при достаточно высоких температурах бор начинает реагировать с серой, кислородом , некоторыми галогенами. Бор начинает гореть красным пламенем при повышении температуры до 700⁰C. В процессе горения образуется ангидрид бора, представляющий собой прозрачную стеклоподобную массу. При дальнейшем росте температуры бор вступает в реакции с азотом , образуя нитрит бора, с углеродом - карбид, а также с металлами - бориды. Бор не растворяется в кислотах при нормальной температуре, исключение составляет лишь концентрированная азотная кислота . С растворами щелочей бор ведет себя более активно, медленно растворяясь, он образует бораты. При детальном рассмотрении у бора обнаруживается множество общих с кремнием свойств, например, борная кислота, как и кремниевая, обладает слабыми кислотными свойствами и растворяется в фтороводороде, при этом образуются газообразные соединения бора и кремния соответственно.

Применение бора

Бор используется в различных сплавах стали для улучшения тех или иных качеств материала, а также устойчивости к коррозии. Изотоп бора 10 В способен задерживать тепловые нейтроны, благодаря этой особенности его используют для создания специальных стержней, регулирующих работу атомных реакторов. Газообразное соединение бора BF 3 нашло применение в качестве нейтронных счётчиков. Бор и такие соединения как карбиды, нитриды, фосфиды и подобные им широко используются как диэлектрики и входят в состав полупроводниковых материалов. Борная кислота вместе с солями используется в органических реакциях в роли катализатора. Также производные соединения бора входят в состав многих видов ракетного топлива.

Особый интерес представляет такое соединение как нитрид бора, который может образовывать целые группы соединений схожих с органическими углеродными веществами. Например, гексагидрид нитрида бора имеет очень много общего в строении с этаном. Он применяется в качестве топлива для электромобилей.

Борное мыло

• Бор играет важную роль в жизнедеятельности растений. При его недостатке нарушаются многие процессы связанные с окислением энергии и синтезом необходимых веществ в тканях растений. Своевременное удобрение почвы предотвращает заболевания у растений и повышает урожай.
• Ген, который управляет концентрацией бора внутри клетки, также связан с одним из редких типов истощения роговицы человеческого глаза.
• Каждый день человек вместе с пищей потребляет от 1 до 3 мг бора. При этом токсичной считается доза около 4 г.
• Бор активно участвует в росте костной ткани, увеличивая усвояемость кальция. Кроме того, он влияет на здоровье суставов и их подвижность.
• Для красивого зеленого цвета пламени соединения бора часто добавляют в фейерверки.
• Борная кислота является своего рода исключением, т.к. из-за своих слабых кислотных свойств она может быть обнаружена в земной коре. Вследствие чего, её нередко называют минеральной. Если кислоту нагревать борную кислоту, то можно получить ещё один слабый тип кислоты бора - метаборная кислота. Однако существует очень сильные варианты кислот бора, например, комплексная фтороборная кислота H - продукт реакции соединения фтороводорода и трифторида бора. По своим свойствам эта кислота ничем не уступает ни плавиковой, ни серной, ни соляной кислотам.

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.