Das Bor Es ist ein nichtmetallisches Element, das die Gruppe 13 des Periodensystems anführt und durch das chemische Symbol B dargestellt wird. Seine Ordnungszahl ist 5 und es ist das einzige nichtmetallische Element in seiner Gruppe. obwohl einige Chemiker es als Metalloid betrachten.
Es erscheint als schwarzbraunes Pulver und ist in einem Anteil von 10 ppm im Verhältnis zur Erdkruste enthalten. Daher ist es nicht eines der am häufigsten vorkommenden Elemente.
Es wird als Teil mehrerer Mineralien wie Borax oder Natriumborat gefunden, wobei dies das häufigste Bormineral ist. Es gibt auch Kurnit, eine andere Form von Natriumborat; Colemanit oder Calciumborat; und Ulexit, Natrium und Calciumborat.
Borate werden in den USA, Tibet, China und Chile mit einer Weltproduktion von ungefähr zwei Millionen Tonnen pro Jahr gewonnen.
Dieses Element hat dreizehn Isotope, das am häufigsten vorkommende elfB, das 80,1 Gew .-% des Bors ausmacht, und 10B, das die restlichen 19,9% bildet.
Bor ist ein essentielles Spurenelement für Pflanzen, das in die Synthese einiger lebenswichtiger Pflanzenproteine eingreift und zur Absorption von Wasser beiträgt. Bei Säugetieren scheint es für die Knochengesundheit notwendig zu sein.
Obwohl Bor 1808 vom englischen Chemiker Sir Humphry Davy und den französischen Chemikern Jacques Thérnard und Joseph Gay-Lussac entdeckt wurde, wurde Borax seit Beginn unserer Ära in China zur Herstellung von Emailkeramik verwendet.
Bor und seine Verbindungen haben viele Verwendungszwecke und Anwendungen, die von der Verwendung bei der Konservierung von Lebensmitteln, insbesondere Margarine und Fisch, bis zur Verwendung bei der Behandlung von Krebstumoren des Gehirns, der Blase, der Prostata und anderer Organe reichen.
Bor ist in Wasser schwer löslich, seine Verbindungen jedoch. Dies könnte ein Mechanismus der Konzentration von Bor sowie eine Vergiftungsquelle für das Element sein..
Artikelverzeichnis
Seit der Antike hat der Mensch Borverbindungen in verschiedenen Aktivitäten verwendet. Borax, ein als Tincal bekanntes Mineral, wurde 300 n. Chr. In China verwendet. bei der Herstellung von Emailkeramik.
Der persische Alchemist Rhazes (865-925) erwähnte erstmals Borverbindungen. Rhazes klassifizierte die Mineralien in sechs Klassen, von denen eine die Boracios war, die Bor enthielten.
Agricola berichtete um 1600 über die Verwendung von Borax als Flussmittel in der Metallurgie. 1777 wurde das Vorhandensein von Borsäure in einem heißen Quellstrom in der Nähe von Florenz erkannt.
Humphry Davy beobachtete durch Elektrolyse einer Boraxlösung die Ansammlung eines schwarzen Niederschlags auf einer der Elektroden. Er erhitzte auch Boroxid (B.zweiODER3) mit Kalium, wobei ein schwarzbraunes Pulver erzeugt wird, das die bekannte Form von Bor ist.
Gay-Lussac und Thénard reduzierten Borsäure bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Eisen, um Bor zu produzieren. Sie zeigten auch den umgekehrten Prozess, dh Borsäure ist ein Produkt der Oxidation von Bor.
Jöns Jakob Berzelius (1827) gelang es, Bor als neues Element zu identifizieren. 1892 gelang es dem französischen Chemiker Henri Moissan, Bor mit einer Reinheit von 98% herzustellen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass Bor im Jahr 1909 vom amerikanischen Chemiker Ezekiel Weintraub in reiner Form hergestellt wurde.
Kristallines festes oder amorphes schwarzbraunes Pulver.
10,821 g / mol.
2076 ºC.
3927 ºC.
-Flüssigkeit: 2,08 g / cm3.
-Kristallin und amorph bei 20 ºC: 2,34 g / cm3.
50,2 kJ / mol.
508 kJ / mol.
11,087 J / (mol K)
-Erste Stufe: 800,6 kJ / mol.
-Zweite Stufe: 2.427 kJ / mol.
-Dritte Stufe: 3.659,7 kJ / mol.
2,04 auf der Pauling-Skala.
90 Uhr (empirisch).
4,16 cm3/ mol.
27,4 W / m.K.
~ 106 Ω.m (bei 20ºC).
Bor ist bei hohen Temperaturen ein guter elektrischer Leiter, aber bei Raumtemperatur wird es fast zu einem Isolator.
~ 9,5 auf der Mohs-Skala.
Bor wird beim Siedepunkt nicht durch Salzsäure beeinflusst. Es wird jedoch durch heiße Salpetersäure in Borsäure (H) umgewandelt3BO3). Bor verhält sich chemisch wie ein Nichtmetall.
Reagiert mit allen Halogenen zu hochreaktiven Trihalogeniden. Diese haben die allgemeine Formel BX3, wobei X für Halogen steht.
Es verbindet sich mit verschiedenen Elementen, um Boride zu erzeugen. Einige von ihnen gehören zu den härtesten Substanzen; zum Beispiel Bornitrid (BN). Bor verbindet sich mit Sauerstoff zu Bortrioxid.
Bevor wir uns mit den Strukturen von Bor (kristallin oder amorph) befassen, ist es wichtig zu bedenken, wie seine Atome verknüpft werden können. Die B-B-Bindung ist im wesentlichen kovalent; Nicht nur das, sondern weil Boratome von Natur aus einen elektronischen Mangel aufweisen, werden sie versuchen, ihn auf die eine oder andere Weise in ihre Bindungen zu bringen..
In Bor wird eine spezielle Art der kovalenten Bindung beobachtet: die mit drei Zentren und zwei Elektronen, 3c2e. Hier teilen sich drei Boratome zwei Elektronen und definieren ein Dreieck, eine der vielen Flächen, die in ihren strukturellen Polyedern zu finden sind (oberes Bild).
Von links nach rechts haben wir: Oktaeder (a, B.6), Kuboktaeder (b, B.12) und das Isocashedron (c, B.12 ebenfalls). Alle diese Einheiten haben eines gemeinsam: Sie sind elektronenarm. Daher neigen sie dazu, sich kovalent miteinander zu verbinden; und das Ergebnis ist eine Party mit erstaunlichen Links.
In jedem Dreieck dieser Polyeder ist die 3c2e-Bindung vorhanden. Andernfalls könnte nicht erklärt werden, wie Bor, das nach der Valencia-Bindungstheorie nur drei kovalente Bindungen bilden kann, bis zu fünf Bindungen in diesen polyedrischen Einheiten aufweisen kann..
Borstrukturen bestehen dann aus einer Anordnung und Wiederholung dieser Einheiten, die am Ende einen Kristall (oder einen amorphen Feststoff) definieren..
Es kann andere polyedrische Boreinheiten geben sowie eine, die nur aus zwei Atomen besteht, B.zwei;; eine Borlinie, die aufgrund ihres hohen elektronischen Mangels an andere Atome gebunden sein muss.
Das Ikosaeder ist bei weitem die bevorzugte Einheit von Bor; derjenige, der am besten zu Ihnen passt. In der Abbildung oben sehen Sie beispielsweise, wie diese B-Einheiten aussehen12 verflechten sich, um den rhomboedrischen Kristall von Bor-α zu definieren.
Wenn Sie eines dieser Ikosaeder isolieren möchten, wäre dies eine komplizierte Aufgabe, da sie aufgrund ihres elektronischen Mangels gezwungen sind, einen Kristall zu definieren, in den jeder die Elektronen einbringt, die die anderen Nachbarn benötigen..
Das allotrope Bor-β-Rhomboeder hat, wie der Name bereits andeutet, rhomboedrische Kristalle wie Bor-α; es unterscheidet sich jedoch in seinen strukturellen Einheiten. Es sieht aus wie ein außerirdisches Schiff aus Boratomen.
Wenn Sie genau hinschauen, können Sie die ikosaedrischen Einheiten diskret und verschmolzen sehen (in der Mitte). Es gibt auch B-Einheiten10 und einzelne Boratome, die als Brücke für die genannten Einheiten dienen. Von allen ist dies das stabilste Bor-Allotrop.
In diesem Bor-Allotrop sind die B-Einheiten koordiniertzwei und B12. Das Bzwei ist so elektronisch mangelhaft, dass es tatsächlich Elektronen aus B entfernt12 und es gibt daher einen ionischen Charakter in diesem Feststoff. Das heißt, sie sind nicht nur kovalent gebunden, sondern es gibt auch eine elektrostatische Anziehung vom Typ [B.zwei-] [B.12+]].
Bor-γ kristallisiert wie bei NaCl zu einer Steinsalzstruktur. Es wird erhalten, indem andere Bor-Allotrope hohen Drücken (20 GPa) und Temperaturen (1800 ° C) ausgesetzt werden, um später unter normalen Bedingungen stabil zu bleiben. Seine Stabilität konkurriert tatsächlich mit der von β-rhomboedrischem Bor.
Andere Bor-Allotrope bestehen aus Aggregaten von B-Atomen, als ob sie durch eine Metallbindung verbunden wären oder als wären sie Ionenkristalle; das heißt, es ist ein kubisches Bor.
Nicht weniger wichtig ist auch amorphes Bor, dessen Anordnung B-Einheiten ist12 es ist zufällig und chaotisch. Erscheint als glasiges festes oder feines Pulver mit mattbraunen und dunklen Farben.
Und schließlich gibt es das neueste und bizarrste Allotrop von Bor: Borophene (oberes Bild). Es besteht aus einer Monoschicht aus Boratomen; extrem dünn und analog zu Graphen. Beachten Sie, dass es die berühmten Dreiecke bewahrt, die für den elektronischen Mangel seiner Atome charakteristisch sind.
Neben den Borophenen, von denen die B.36 ist die einfachste und kleinste, es gibt auch die Borcluster. Die Borosphäre (Bild unten) besteht aus einem kugelförmigen kugelförmigen Käfig mit vierzig Boratomen B.40;; aber anstatt glatte Kanten zu haben, sind sie abrupt und gezackt:
Die Elektronenkonfiguration von Bor ist:
[Er] 2szwei 2 P.1
Es hat also drei Valenzelektronen. Es dauert fünf weitere, um sein Valenzoktett zu vervollständigen, und es kann kaum drei kovalente Bindungen bilden; es würde einen vierten Dativlink benötigen, um sein Oktett zu vervollständigen. Bor kann seine drei Elektronen verlieren, um eine Oxidationsstufe von +3 zu erreichen.
Bor wird durch Reduktion von Borsäure mit Magnesium oder Aluminium isoliert; Methode ähnlich der von Gay-Lussac und Thénard. Es hat die Schwierigkeit, Bor mit den Boriden dieser Metalle zu verunreinigen.
Eine hochreine Probe kann durch Gasphasenreduktion von Bortrichlorid oder Tribromid mit Wasserstoff auf elektrisch erhitzten Tantalfilamenten erhalten werden..
Ein hochreines Bor wird durch Zersetzung von Diboran bei hoher Temperatur und anschließende Reinigung durch Zonenfusion oder Czocharalski-Verfahren hergestellt..
Elementares Bor wurde beim Härten von Stahl verwendet. In einer Legierung mit Eisen, das 0,001 bis 0,005% Bor enthält. Es wird auch in der Nichteisenindustrie verwendet, üblicherweise als Desoxidationsmittel.
Darüber hinaus wird Bor als Entgaser in Kupfer mit hoher Leitfähigkeit und Legierungen auf Kupferbasis verwendet. In der Halbleiterindustrie werden kleine Mengen Bor vorsichtig als Dotierungsmittel für Silizium und Germanium zugesetzt..
Boroxid (B.zweiODER3) wird mit Kieselsäure gemischt, um ein hitzebeständiges Glas (Borosilikatglas) herzustellen, das in Küchenutensilien und bestimmten Laborgeräten verwendet wird.
Borcarbid (B.4C) ist eine extrem harte Substanz, die als Schleif- und Verstärkungsmittel in Verbundwerkstoffen verwendet wird. Aluminiumborid (AlB12) wird als Ersatz für Diamantstaub zum Schleifen und Polieren verwendet.
Bor wird in Legierungen, beispielsweise Seltenerdmagneten, durch Legieren von Eisen und Neodym verwendet. Die gebildeten Magnete werden zur Herstellung von Mikrofonen, Magnetschaltern, Kopfhörern und Teilchenbeschleunigern verwendet.
Die Kapazität des Bor-10-Isotops (10B) Um Neutronen einzufangen, wurde die Emission von α-Strahlung zur Behandlung von Hirntumoren in einer als Borneutroneneinfangtherapie (BNCT) bekannten Technik verwendet..
Das 10Verbindung B ist im Krebstumor akkumuliert. Anschließend wird der Tumorbereich mit Neutronen bestrahlt. Diese interagieren mit 10B, was die Emission von α-Partikeln verursacht. Diese Partikel haben eine hohe relative biologische Wirkung und aufgrund ihrer Größe eine geringe Reichweite..
Daher bleibt die zerstörerische Wirkung der α-Partikel in den Tumorzellen begrenzt und führt deren Zerstörung durch. BNCT wird auch zur Behandlung von Krebstumoren des Halses, der Leber, der Blase und der Prostata eingesetzt..
Für das Wachstum vieler Pflanzen ist eine geringe Menge Bor in Form von Borsäure oder Borat erforderlich. Ein Bormangel äußert sich in einem unförmigen Pflanzenwachstum; das "braune Herz" von Gemüse; und die "Trockenfäule" von Zuckerrüben.
Bor kann in kleinen Mengen benötigt werden, um die Knochengesundheit aufrechtzuerhalten. Es gibt Studien, die darauf hinweisen, dass der Mangel an Bor an der Entstehung von Arthritis beteiligt wäre. Es würde auch in Gehirnfunktionen wie Gedächtnis und Hand-Auge-Koordination eingreifen.
Einige Experten weisen darauf hin, dass 1,5 bis 3 mg Bor in die tägliche Ernährung aufgenommen werden sollten.
Bor, Boroxid, Borsäure und Borate gelten als ungiftig. Die LD50 für Tiere beträgt 6 g Bor / kg Körpergewicht, während Substanzen mit einer LD50 von mehr als 2 g / kg Körpergewicht als nicht toxisch gelten..
Andererseits verursacht der Verzehr von mehr als 0,5 mg / Tag Bor über 50 Tage geringfügige Verdauungsprobleme, die auf Toxizität hinweisen. Einige Berichte weisen darauf hin, dass ein Überschuss an Bor die Funktion von Magen, Leber, Nieren und Gehirn beeinträchtigen kann.
Es wurde auch über kurzfristige Reizwirkungen auf den Nasopharynx, die oberen Atemwege und die Augen durch Borexposition berichtet..
Berichte über Bortoxizität sind rar und in vielen Fällen tritt Toxizität in sehr hohen Dosen auf, die höher sind als diejenigen, denen die Allgemeinbevölkerung ausgesetzt ist..
Es wird empfohlen, den Borgehalt von Lebensmitteln, insbesondere von Gemüse und Obst, zu überwachen. Die staatlichen Gesundheitsbehörden müssen sicherstellen, dass die Borkonzentration des Wassers die zulässigen Grenzwerte nicht überschreitet..
Arbeiter, die borhaltigem Staub ausgesetzt sind, sollten Atemschutzmasken, Handschuhe und spezielle Stiefel tragen..
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