Բոր (քիմիական տարր)

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
1rightarrow blue.svg Անվան այլ գործածումների համար տես՝ Բոր (այլ կիրառումներ)
5 ԲերիլիումԲորԱծխածին
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կալիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
5B
Unknown.svg
Electron shell 005 Boron.svg
Boron mNACTEC.jpg
Մուգ շականակագույն կամ սև նյութ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Բոր / Borum (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
Կովալենտային շառավիղ 82 պմ
Իոնի շառավիղ 23 (+3e) պմ
Էլեկտրաբացասականություն 2,04 (Պոլինգի սանդղակ)
Օքսիդացման աստիճաններ +3
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 800,2(8,29) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 2,34 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 2573
Եռման ջերմաստիճան 3931
Գոլորշիացման տեսակարար ջերմունակություն 504,5 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն 11,09[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 4,6 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
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)
5
Բոր
10,811
2s22p1

Բոր (լատ.՝ 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[խմբագրել]

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[խմբագրել]

դատոլիտի նմուշը

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[В5Об(ОН)б]•5Н2O և այլն։

Բորի հիմնական հանքանյութերը.

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

Ստացում[խմբագրել]

  • 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:
\mathsf{B_2H_6 \ \xrightarrow{\ t\ }\ 2B + 3H_2}
\mathsf{B_2O_3 + 3 Mg \longrightarrow 3 MgO + 2 B}
\mathsf{KBF_4 + 3 Na \longrightarrow 3 NaF + KF + B}

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

\mathsf{2BBr_3 + 3 H_2 \xrightarrow{\ W\ }\ 2 B + 6 HBr}

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Նեյտրոնային իզոտոմների գծապատկերը 10В (վերևի կոր) и 11В (ներքևի կոր):

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 (tհալ=2030 °C) նյութ է։

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

Բորի իզոտոպներ[խմբագրել]

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[խմբագրել]

FlammenfärbungB.png

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

\mathsf{2B + 3 F_2 \longrightarrow 2 BF_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:

\mathsf{4B + 3 O_2 \longrightarrow 2 B_2O_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։

\mathsf{B_2O_3 + 3 H_2O \longrightarrow 2 H_3BO_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=NH2էթիլենին, 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.

Բորաքսի բյուրեղ
\mathsf{B_2O_3 + 3 Mg \longrightarrow 3 MgO + 2 B}
\mathsf{KBF_4 + 3 Na \longrightarrow 3 NaF + 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.

\mathsf{B + HNO_3 + H_2O \longrightarrow H_3BO_3 + NO}
\mathsf{4B + 3O_2 \longrightarrow 2B_2O_3}
\mathsf{2B + 3F_2 \longrightarrow 2BF_3}
\mathsf{2SiO_2 + 4B  \longrightarrow 3Si + 2B_2O_3}
Սասոլիտ

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

\mathsf{4BCl_3 + 3LiAlH_4 \longrightarrow 2b_2H_6 + 3LiAlCl_4}

Հեշտությամբ այրվում է՝ անջատելով մեծ քանակությամբ ջերմություն.

\mathsf{B_2H_6 + 3O_2 \longrightarrow B_2O_3 + 3H_2O }

Փոխազդում է ալկալիների և ջրի հետ.

\mathsf{B_2H_6 + 6NaOH  \longrightarrow 2Na_3BO_3 + 6H_2}
\mathsf{B_2H_6 + 6H_2O \longrightarrow 2H_3BO_3 + 6H_2}
Բյուրեղացանցի կառուցվածքը

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

Բորի համաձուլվածք

Հեշտությամբ փոխազդում է ջրի, հիմքերի և հիմնային օքսիդների հետ.

\mathsf{B_2O_3 + 3H_2O \longrightarrow 2H_3BO_3}
\mathsf{B_2O_3 +6NaOH \longrightarrow 2Na_3BO_3 + 3H_2O}
\mathsf{B_2O_3 + 3CaO \longrightarrow Ca_3(BO_3)_2}
Լուծվում է պլավիկյան թթվում.
\mathsf{B_2O_3 + 6HF \longrightarrow 2BF_3 + 3H_2O}

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

\mathsf{B_2O_3 + 3C + 3Cl_2 \longrightarrow BCl_3 + 3CO}

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

\mathsf{BCl_3 + NH_3 \longrightarrow BC_3.NH_3}

Ջրի ազդեցությամբ լրիվ քայքայվում է.

\mathsf{BCl_3 + 3H_2O \longrightarrow 2H_3BO_3+ 3HCl}

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

\mathsf{Na_2B_4O_7 + 2HCl + 5H_2O\longrightarrow 4H_3BO_3 + 2NaCl}

Թույլ եռահիմն թթու է, տաքացնելիս քայքայվում է.

\mathsf{H_3BO_3  \longrightarrow HBO_2 + H_2O}
\mathsf{2HBO_2  \longrightarrow B_2O_3 + H_2O}

Կիրառություն[խմբագրել]

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[խմբագրել]

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[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 299. — 623 с. — 100 000 экз.
  3. Shipley, Joseph T. (2001)։ The Origins of English Words: A Discursive Dictionary of Indo-European Roots։ JHU Press։ ISBN 9780801867842։ 
  4. «Etymology of Elements»։ innvista։ Արխիվացված օրիգինալից 2012-05-28-ին։ http://www.webcitation.org/67yuJeoan։ Վերցված է 2009 թ․ հունիսի 6։ 
  5. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  6. В. В. Громов. Разделение и использование стабильных изотопов бора. — Москва: ВИНИТИ, 1990.

Գրականություն[խմբագրել]

  • 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[խմբագրել]