Борът е изключително твърд и устойчив на топлина полуметал, който може да се намери в най-различни форми. Той се използва широко в съединенията за производство на всичко - от избелвачи и стъкло до полупроводници и селскостопански торове.
Свойствата на бора са:
- Атомен символ: B
- Атомен номер: 5
- Елемент Категория: Металоид
- Плътност: 2.08g / cm3
- Точка на топене: 2069 C (3769 F)
- Точка на кипене: 3927 C 7101 F
- Твърдост на Мох: ~ 9.5
Характеристики на бор
Елементарният бор е алотропен полуметал, което означава, че самият елемент може да съществува в различни форми, всяка със собствени физични и химични свойства. Също като други полуметали (или металоиди), някои от свойствата на материала имат метален характер, докато други са по-подобни на неметалите.
Борът с висока чистота съществува или като аморфен тъмнокафяв до черен прах или като тъмен, лъскав и крехък кристален метал.
Изключително твърд и устойчив на топлина, борът е лош проводник на електричество при ниски температури, но това се променя с повишаване на температурите. Докато кристалният бор е много стабилен и не реагира с киселини, аморфната версия бавно се окислява във въздуха и може да реагира бурно в киселина.
В кристална форма борът е вторият най-твърд от всички елементи (зад само въглерода в неговата диамантена форма) и има една от най-високите температури на стопяване. Подобно на въглерода, за който ранните изследователи често неправилно приемат елемента, борът образува стабилни ковалентни връзки, които затрудняват изолацията му.
Елемент номер пет също има способността да абсорбира голям брой неутрони, което го прави идеален материал за ядрени контролни пръти.
Последните проучвания показват, че когато е преохладен, борът формира все още различна атомна структура, която му позволява да действа като свръхпроводник.
История на Борон
Докато откриването на бор се приписва както на френски, така и на английски химици, изследващи бората минерали в началото на 19 век, смята се, че не е произведена чиста проба от елемента до 1909г.
Боровите минерали (често наричани борати) обаче са били използвани от хората от векове. Първата регистрирана употреба на боракс (естествено срещащ се натриев борат) е от арабски златотърсачи, които прилагат съединението като флюс за пречистване на злато и сребро през 8-ми век А.Д.
Също така е показано, че глазурите върху китайската керамика от 3-ти до 10-ти век от н. Е. Използват естествено съединението.
Съвременни употреби на бор
Изобретението на термично стабилно боросиликатно стъкло в края на 1800 г. осигури нов източник на търсене на боратни минерали. Използвайки тази технология, Corning Glass Works въвежда стъклени съдове Pyrex през 1915г.
В следвоенните години заявленията за бор нарастват, за да включват все по-широк спектър от индустрии. Борният нитрид започва да се използва в японската козметика, а през 1951 г. е разработен метод за производство на борни влакна. Първите ядрени реактори, които се появиха в движение през този период, също използваха бор в своите контролни пръти.
В момента след ядрената катастрофа в Чернобил през 1986 г. в реактора са изхвърлени 40 тона борни съединения, за да се подпомогне контролирането на освобождаването на радионуклиди.
В началото на 80-те години развитието на постоянно здрави постоянни редки земни магнити създаде нов нов пазар за елемента. Над 70 метрични тона магнити от неодимово-желязо-бор (NdFeB) се произвеждат всяка година за използване във всичко - от електрически автомобили до слушалки.
В края на 90-те години боровата стомана започва да се използва в автомобили за укрепване на структурни компоненти, като например предпазни пръти.
Производство на бор
Въпреки че в земната кора съществуват над 200 различни вида боратни минерали, само четири са причините за това над 90 процента от търговската екстракция на бор и съединения на бор - тинкал, кернит, колеманит и ulexite.
За да се получи сравнително чиста форма на бор на прах, борният оксид, който присъства в минерала, се нагрява с магнезиев или алуминиев поток. Намалението произвежда елементарен прах от бор, чист приблизително 92 процента.
Чистият бор може да бъде получен чрез по-нататъшно намаляване на борните халиди с водород при температура над 1500 С (2732 F).
Бор с висока чистота, необходим за използване в полупроводници, може да се получи чрез разлагане на диборан при високи температури и отглеждане на монокристали чрез зоново топене или по метода на Czolchralski.
Заявления за бор
Докато над шест милиона метрични тона минерали, съдържащи бор, се добиват всяка година, по-голямата част от това е консумирани като боратни соли, като борна киселина и борен оксид, като много малко се превръща в елементарен бор. Всъщност само около 15 метрични тона елементарен бор се консумират всяка година.
Широчината на използване на съединенията от бор и бор е изключително широка. Някои оценяват, че има над 300 различни крайни употреби на елемента в различните му форми.
Петте основни приложения са:
- Стъкло (например термично стабилно боросиликатно стъкло)
- Керамика (например плочки за глазура)
- Земеделие (например борна киселина в течни торове).
- Детергенти (напр. Натриев перборат в прах за пране)
- Избелвачи (напр. Средства за домашно и промишлено отстраняване на петна)
Бор Металургични приложения
Въпреки че металният бор има много малко приложения, елементът е високо ценен в редица металургични приложения. Чрез отстраняване на въглерод и други примеси, тъй като се свързва с желязото, малко количество бор - само няколко части на милион - добавени към стоманата, може да я направи четири пъти по-силна от средната високоякостна стомана.
Способността на елемента да разтваря и отстранява филма от метален оксид също го прави идеален за заваряване на флюси. Борният трихлорид премахва нитридите, карбидите и оксида от разтопен метал. В резултат на това при производството на бор се използва трихлорид на бор алуминий, магнезиев, цинк и медни сплави.
В праховата металургия наличието на метални бориди увеличава проводимостта и механичната якост. В черните продукти тяхното съществуване увеличава корозионната устойчивост и твърдост, докато в титанови сплави използван в реактивни рамки и бориди на части на турбината, увеличава механичната якост.
Борните влакна, които се получават чрез нанасяне на хидридния елемент върху волфрамова тел, са силни, леки конструктивен материал, подходящ за използване в аерокосмически приложения, както и за голф клубове и високо опъване лента.
Включването на бор в магнит NdFeB е от решаващо значение за функцията на постоянни магнити с висока якост, които се използват във вятърни турбини, електрически двигатели и широк спектър от електроника.
Борната склонност към абсорбция на неутрон позволява използването му в ядрени контролни пръти, радиационни екрани и неутронни детектори.
И накрая, борният карбид, третото най-твърдо известно вещество, се използва при производството на различни бронежилетки и бронежилетки, както и абразиви и износващи се части.