Բոր (քիմիական տարր)

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Բոր (այլ կիրառումներ)

5 Բերիլիում ← Բոր → Ածխածին 5B
Մուգ շագանակագույն կամ սև նյութ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Բոր / Borum (B), B, 5
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	[10,806; 10,821][1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[He] 2s2 2p1
Ատոմի շառավիղ	98 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	82 պմ
Իոնի շառավիղ	23 (+3e) պմ
Էլեկտրաբացասականություն	2,04 (Պոլինգի սանդղակ)
Օքսիդացման աստիճաններ	+3
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	800,2(8,29) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	2573 Կ
Եռման ջերմաստիճան	3931 Կ
Գոլորշիացման տեսակարար ջերմունակություն	504,5 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն	11,09[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	4,6 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	Ութանկյուն
Բյուրեղացանցի տվյալներ	a=10,17; α=65,18
Դեբայի ջերմաստիճան	1250 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 27,4 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

Բոր (լատին․՝ Borum), տարրերի պարբերական համակարգի 3-րդ խմբի քիմիական տարր, կարգահամարը՝ 5, ատոմական զանգվածը՝ 10,811: Բորը р տարր է, նրա ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է՝ 1s²2s²2p:

Բնության մեջ հանդիպող բորը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպներից՝ ¹⁰B (19%) և ¹¹В (81%)։ Հայտնի է ավելի քան բորի 10 ալոտրոպ ձևափոխություններ։

Պատմություն և անվան ծագում

Բորը (B) առաջին անգամ ստացել են Ժոզեֆ Լուի Գեյ-Լյուսակը և Լուի Ժակ Տենարը 1808 թվականին՝ պղնձե խողովակում բորի օքսիդը կալիումի հետ տաքացնելով։ Ամիսներ անց Հ. Դևին բորը ստացել է B₂O₃ հալույթի էլեկտրոլիզով։

Անվանումը ծագել է արաբերեն բուրակ (արաբ․՝ بورق‎‎) կամ պարսկերեն բուրախ (պարս.՝ بوره)^[3] բառերից, որոնք օգտագործվում են բորակ^[4] իմաստով։

Ստացված տարրը անվանեցին բորա (Bora) կամ բորեն (Bore)՝ անվանումը վերցնելով բորաքս բառից։ Բորի բնական միացություններից բորաքսի մասին տեղեկություններ են հասել մեզ վաղ միջնադարից։

Բնության մեջ

Բորը կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 3•10-⁴ %:Բնության մեջ ազատ վիճակում չի հայտնաբերված։ Տարածված են նրա միացությունները մեծ մասամբ փոքր կոնցենտրացիաներով։Բորիի միացություններ են պարունակվում հրաբխային զանգվածներում, գազերում, նստվածքային ապարներում, նավթաջրերում, ծովաջրերում՝ 4,6 մգ/լ^[5], աղի լճերում, բնական տաք ջրերում և այլուր։ Դրանք հիմնականում բորաթթուների աղեր են, որոնցից արտադրական նշանակություն ունեն բորաքսը՝ Na₂[B₄O₅(OH)₄]•8H₂O, ուլեկսիտը՝ NaСа[В₅О_б(ОН)_б]•5Н₂O և այլն։

Բորի հիմնական հանքանյութերը.

• Բորասիլիկատ. դատոլիտ՝ CaBSiO₄OH, դանբորիտ՝ CaB₂Si₂O₈,
• Բորատներ. բորա՝ Na₂B₄O₇ • 10H₂O, հիդրոբորացիտ՝ (Ca, Mg)B₆O₁₁ • 6H₂O:

Ստացում

• Բորը ստանում են բնական բորատներից։ Նախ ստանում են բորաթթու, բորատները լուծելով տաք ջրում կամ ծծմբական թթվում, ապա ջրազրկելով ստանում են բորաթթվի անհիդրիդը։ Վերջինը վերականգնում են մագնեզիումով։Խառնուրդներից մաքրում են ալկալիական և ֆտորաջրածնական թթուներով։ Ստացվում է մուգ մոխրագույն փոշի։

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}H_{6}\ {\xrightarrow {\ t\ }\ 2B+3H_{2}$

• Մետաղների թորումով.

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+3Mg\longrightarrow 3MgO+2B}$

${\displaystyle {\mathsf {KBF_{4}+3Na\longrightarrow 3NaF+KF+B}$

Կիսահաղորդիչների արտադրության համար անհրաժեշտ չափազանց մաքուր բորը ստանում են նրա հալոգենիդները վերականգնելով ջրածնով կամ ենթարկելով ջերմային քայքայման։

${\displaystyle {\mathsf {2BBr_{3}+3H_{2}{\xrightarrow {\ W\ }\ 2B+6HBr}$

Ֆիզիկական հատկություններ

Մաքուր բորը անգույն է, խառնուրդներ պարունակելու պատճառով նրա բյուրեղները սովորաբար սև մոխրագույն են։ Հայտնի են բորիի բյուրեղական մի քանի ձևափոխությունները։ Լավ ուսումնասիրված է նրանցից երկուսը, որոնցում ատոմները առաջացնում են եռաչափ ցանց, ինչպես ածխածնի ատոմները՝ ալմաստում, թեև շատ ավելի բարդ դասավորությամբ։ Ըստ քիմիական կապի ժամանակակից պատկերացման, բորի բյուրեղում ունի էլեկտրոնների պակասորդով բազմակենտրոն կապ, որը կովալենտ կապի հատուկ տեսակ է։

Հայտնի է նաև «ամորֆ» բորը․:Բյուրեղական բորի խտությունն է 2300 կգ/մ³, հալման ջերմաստիճանը՝ 2075 °С:Բորը կիսահաղորդիչ է։ Տաքացնելիս (800 °С) մի քանի կարգով աճում է նրա էլեկտրահաղորդականությունը, միաժամանակ փոխվում է հաղորդականության տեսակը (էլեկտրոնայինից՝ խոռոչայինի)։Աովորական պայմաններում քիմիապես իներտ է, ավելի ակտիվ է «ամորֆ» բորը։

Բորը և նրա միացությունները քիմիապես նման են սիլիցիումին և նրա միացություններին։ Աովորական ջերմաստիճաններում բորը չի լուծվում թթուներում (բացի HNO₃-ից), միանում է միայն ֆտորի հետ։ Տաքացնելիս նրա ակտիվությունն աճում է։ Իոնական միացություններում եռարժեք է։ Գոյություն ունի երեք ալլոտրոպ ձևափոխությունների ձևով։ Այն սև, բյուրեղային, կիսահաղորդիչ հատկություններով, դժվարահալ (t_հալ=2030 °C) նյութ է։

Բնության մեջ հանդիպող բորը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպներից՝ ¹⁰B (19%) և ¹¹В (80%)^[6]:

Բորի իզոտոպներ

Հայտնի է բորի ավելի քան 14 իզոտոպ, որոնցից միայն երկուսն են կայուն՝ ¹⁰B և ¹¹В և մտնում են բնական բորի կազմի մեջ, որոնց կոնցետրացիան հավասար է 19 և 81-ի։ Մնացած իզոտոպները անկայուն են, որոնցից ամենաերկայակյացը հանդիսանում է ⁸В:

Քիմիական հատկություններ

Աովորական ջերմաստիճաններում բորը չի լուծվում թթուներում (բացի HNO₃-ից), միանում է միայն ֆտորի հետ։

${\displaystyle {\mathsf {2B+3F_{2}\longrightarrow 2BF_{3}\uparrow }$

Տաքացնելիս նրա ակտիվությունն աճում է։ Իոնական միացություններում եռարժեք է։ Ազոտական թթուն օքսիդացնում է նրան մինչև բորաթթու։ Բորը դանդաղ լուծվում է ալկալիների խիտ լուծույթներում, առաջացնելով բորաթթվի աղեր՝ բորատներ։ Շիկացրած բորիի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից առաջանում է B₂O₃ և ջրածին։

Ջրածնի հետ բորը անմիջապես չի միանում։ Բորաջրածիններն ստանում են կողմնակի ճանապարհով։ Թթվածնի հետ բորը միանում է միայն տաքացնելիս։700 °C-ում այրվում է օդում (կարմիր բոցով), առաջացնելով բորաթթվի անհիդրիդը՝ В₂О₃։

${\displaystyle {\mathsf {4B+3O_{2}\longrightarrow 2B_{2}O_{3}$

Այն անգույն, ապակենման խոնավածուծ զանգված է, հալվում է 294 °C-ում, եռում՝ 1500 °C-ում, խտությունը՝ 1840 կգ/մ³։Լուծվում է ջրում, առաջացնելով բորաթթու՝ Н₃ВО₃։

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+3H_{2}O\longrightarrow 2H_{3}BO_{3}$

Հալոգենների հետ տաքացնելիս բորը առաջացնում է ВХ₃ անգույն, ցնդելի միացություններ, որտեղ բորիի ատոմը կովալենտ կապերով միացած է հալոգենի ատոմների հետ։ Այդ դեպքում ութնյակը լրացնելու համար բորի ատոմին պակասում է երկու էլեկտրոն, և ВХ₃ մոլեկուլը հեշտությամբ միանում է չօգտագործված էլեկտրոնային զույգ պարունակող մոլեկուլների հետ։ Առաջանում են կոմպլեքսային միացություններ (օրինակ՝ H[BF₄]), որտեղ բորի կոորդինատային թիվը 4 է։

Բորի կարևոր կոմպլեքսային միացություններից են բորհիդրիդները՝ Me(BH₄)_n (որտեղ Me-ն մետաղ է)։

Ալկալիական և հողալկալիական մետաղների բորհիդրիդները կայուն բյուրեղական նյութեր են, ուժեղ վերականգնիչներ։ Օգտագործվում են օրգանական քիմիայում որպես վերականգնիչ և քիմիական նիկելապատման համար։ Բորիի անգույն ապակենման սուլֆիդը՝ B₂S₃, ստացվում է սինթեզով (610 °C) և խոնավության առկայությամբ քայքայվում է։

Տաքացնելիս բորը միանում է նաև ազոտի, ածխածնի և մի շարք մետաղների հետ՝ առաջացնելով համապատասխանաբար բորի նիարիդ, բորի կարբիդ և բորիդներ։ Ուշադրության է արժանի բոր և ազոտ պարունակող միացությունների նմանությունը ածխածնին և նրա միացություններին։ Այսպես, բորի նիտրիդը՝ BN, առաջացնում է գրաֆիտի կամ ալմաստի կառուցվածքով բյուրեղներ։ Արժեքական երեք էլեկտրոն ունեցող ֆտորը և հինգ էլեկտրոն ունեցող ազոտը միասին իրենց պահում են ինչպես չորսական էլեկտրոններ ունեցող ածխածնի երկու ատոմներ։ Այղ նույն պատճառով բորազանը (Н₃В-NH₃) նման է էթանին (H₃C-CH₃), բորազենը (H₂B=NH₂)՝ էթիլենին, իսկ բորազինը (HB-NH)՝ ացետիլենին (C₂H₂)։Վերջինը ացետիլենի նման տրիմերացվում է՝ առաջացնելով բորազոլ, որը ֆիզիկական և քիմիական հատկություններով նման է բենզոլին։Սրան հաճախ անվանում են անօրգանական բենզոլ։

Ստանում են որոշ միացություններից նատրիումով կամ մագնեզիումով վերականգնման միջոցով.

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+3Mg\longrightarrow 3MgO+2B}$

${\displaystyle {\mathsf {KBF_{4}+3Na\longrightarrow 3NaF+KF+B}$

Սովորական պայմաններում բորը քիմիապես իներտ է, սակայն խիստ տաքացնելիս ցուցաբերում է վերականգնիչ հատկություններ։

Սովորական թթուների հետ չի փոխազդում, իսկ խիտ HNO₃-ի հետ փոխազդելիս վեր է ածվում բորաթթվի.

${\displaystyle {\mathsf {B+HNO_{3}+H_{2}O\longrightarrow H_{3}BO_{3}+NO}$

${\displaystyle {\mathsf {4B+3O_{2}\longrightarrow 2B_{2}O_{3}$

${\displaystyle {\mathsf {2B+3F_{2}\longrightarrow 2BF_{3}$

${\displaystyle {\mathsf {2SiO_{2}+4B\longrightarrow 3Si+2B_{2}O_{3}$

Դիբորանը (B₂H₆) բորի պարզագույն ջրածնական միացությունն է։ Այն էլեկտրոնային դեֆիցիտով միացությունների խմբին է պատկանում, քանի որ կապերի թիվը մեծ է նրանց մասնակցող էլեկտրոնային զույգերի թվից.

Սովորական պայմանեներում անգույն, խիստ տհաճ հոտով շատ թունավոր գազ է, որը հեղուկանում է -92,5 °C-ում։

Ստանում են լիթիումի ալյումոհիդրիդի (LiAlH₄) և BCl₃ –ի փոխազդեցությամբ.

${\displaystyle {\mathsf {4BCl_{3}+3LiAlH_{4}\longrightarrow 2b_{2}H_{6}+3LiAlCl_{4}$

Հեշտությամբ այրվում է՝ անջատելով մեծ քանակությամբ ջերմություն.

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}H_{6}+3O_{2}\longrightarrow B_{2}O_{3}+3H_{2}O}$

Փոխազդում է ալկալիների և ջրի հետ.

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}H_{6}+6NaOH\longrightarrow 2Na_{3}BO_{3}+6H_{2}$

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}H_{6}+6H_{2}O\longrightarrow 2H_{3}BO_{3}+6H_{2}$

Բորի օքսիդը (B₂O₃) հանդես է գալիս ապակենման և բյուրեղական ձևափոխություններով։ Այն հիգրոսկոպիկ, համեմատաբար դյուրահալ (t_հալ=450°С) թթվային օքսիդ է։

Հեշտությամբ փոխազդում է ջրի, հիմքերի և հիմնային օքսիդների հետ.

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+3H_{2}O\longrightarrow 2H_{3}BO_{3}$

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+6NaOH\longrightarrow 2Na_{3}BO_{3}+3H_{2}O}$

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+3CaO\longrightarrow Ca_{3}(BO_{3})_{2}$

Լուծվում է պլավիկյան թթվում.

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+6HF\longrightarrow 2BF_{3}+3H_{2}O}$

Բորի քլորիդը (BCl₃) սովորական պայմաններում անգույն գազ է, որը հեղուկանում է 12,5 °C-ում։ Ստանում են B₂O₃-ից.

${\displaystyle {\mathsf {B_{2}O_{3}+3C+3Cl_{2}\longrightarrow BCl_{3}+3CO}$

Շնորհիվ ազատ օրբիտալի առկայության՝ այն ցուցաբերում է էլեկտրոակցեպտոր հատկություն՝ հանդես գալով որպես Լյուիսի թթու.

${\displaystyle {\mathsf {BCl_{3}+NH_{3}\longrightarrow BC_{3}.NH_{3}$

Ջրի ազդեցությամբ լրիվ քայքայվում է.

${\displaystyle {\mathsf {BCl_{3}+3H_{2}O\longrightarrow 2H_{3}BO_{3}+3HCl}$

Բորաթթուն (H₃BO₃) սպիտակ, ջրում լուծվող բյուրեղային նյութ է։ Ստանում են բորատներից.

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}B_{4}O_{7}+2HCl+5H_{2}O\longrightarrow 4H_{3}BO_{3}+2NaCl}$

Թույլ եռահիմն թթու է, տաքացնելիս քայքայվում է.

${\displaystyle {\mathsf {H_{3}BO_{3}\longrightarrow HBO_{2}+H_{2}O}$

${\displaystyle {\mathsf {2HBO_{2}\longrightarrow B_{2}O_{3}+H_{2}O}$

Կիրառություն

Բորը օգտագործվում է մի շարք համաձուլվածքներ (պողպատ, անագապղինձ և այլն) ստանալիս։ Բորի փոքր քանակները (անգամ 0,001 %) մեծացնում են պողպատի և այլ համաձուլվածքների մանրահատիկությունը, լավացնում մեխանիկական հատկությունները ն կայունությունը։ Պողպատի մեխանիկական հատկությունները լավացնելու և կոռոզիայի նկատմամբ կայուն դարձնելու համար պողպատե պատրաստի իրերը ենթարկում են բորացման։

Բորը օգտագործվում է նաև միջուկային ռեակտորների կարգավորող ձողեր պատրաստելու համար, քանի որ ¹⁰В իզոտոպը ջերմային էլեկտրոնների լավ կլանիչ է։BF₃ օգտագործվում է նեյտրոնային հաշվիչներում և որպես կատալիզատոր՝ օրգանական քիմիայում։ Բորը և նրա միացությունները՝ նիտրիդը, կարբիդը, ֆոսֆիդը ևն օգտագործում են որպես դիէլեկտրական և կիսահաղորդիչ նյութեր։ Լայն կիրառություն ունեն բորաթթուն և նրա աղերը, բորիդները։

Կենսաբանական դեր

Բորը անհրաժեշտ տարր է բնական և կենդանական օրգանիզմների համար։ Բնական և կենդանական հյուսվածքներում պարունակվում են բորի չափազանց չնչին քանակներ։ Բորի պակասը խիստ փոքրացնում է բերքատվությունը, բույսերը հիվանդանում են, դանդաղում է շաքարների օքսիդացումը, ածխաջրային փոխանակության արդյունքների ամինացումը, բջջասպիտակուցի սինթեզը և այլն։ Սակայն առայժմ հայտնի չեն բոր պարունակող ֆերմենտները։Բորի ավելցուկը նույնպես առաջացնում է բույսերի հիվանդություններ (հսկայություն, գաճաճություն և այլն)։Բորի դերը կենդանիների օրգանիզմներում դեռևս պարզված չէ։

Տես նաև

• Պարբերական աղյուսակ
• Բորավորում

Ծանոթագրություններ

Գրականություն

• А. В. Скальный, И. А. Рудаков. Биоэлементы в медицине. — 2004.
• Львов М. Д. Бор, химический элемент // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Peter Paetzold: Neues vom Bor und seinen Verbindungen, Chemie in unserer Zeit, 9. Jahrg. 1975, Nr. 3, S. 67–78.
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.

Արտաքին հղումներ

• Բորը Webelements-ում
• Բորը Քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 2, էջ 527)։