Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Bór

5
10.811
3
B
2p1
Bór
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám bór, B, 5
Kategória Félfémek
Csoport, periódus, mező 13 (IIIA), 2, p
Sűrűség, keménység 2460 kg/m3, 9,3
Megjelenés fekete
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot / Mágnesség szilárd / nem mágneses
Olvadáspont 2349 K (2076 °C)
Forráspont 4200 K (3927 °C)
Moláris térfogat 4,39 ·10−6 m3/mol
Párolgáshő 489,7 kJ/mol
Olvadáshő 50,2 kJ/mol
Gőznyomás 0,348 Pa (2573 K)
Hangsebesség 16200 m/s (293,15 K)
Atomi tulajdonságok
Relatív atomtömeg 10,811 u
Atomsugár (számított) 85 (87) pm
Kovalens sugár 82 pm
van der Waals sugár ismeretlen
Elektronszerkezet [He]2s22p1
e- energiaszintenként 2, 3
Oxidációs állapotok (oxid) 3 (gyenge sav)
Kristályszerkezet romboéder
Egyéb jellemzők
Elektronegativitás 2,04 (Pauling skála)
Fajlagos hőkapacitás 1026 J/(kg·K)
Elektromos vezetőképesség 1,0 · 10−4/m Ω
Hővezetési képesség 27,4 W/(m·K)
1. ionizációs potenciál 800,6 kJ/mol
2. ionizációs potenciál 2427,1 kJ/mol
3. ionizációs potenciál 3659,7 kJ/mol
4. ionizációs potenciál 25025,8 kJ/mol
5. ionizációs potenciál 32826,7 kJ/mol

A Bór bővebb leírása

A bór a periódusos rendszer egy kémiai eleme. Vegyjele B, rendszáma 5, nyelvújításkori neve bórany[1]. A III. főcsoportba, a félfémek közé tartozik. Három vegyértékű. Két allotróp módosulata létezik, sötétszürke, fémfényű kristályokban, vagy amorf bórnak nevezett barnásfekete porként ismeretes. A kristályos bór igen kemény; a bór a gyémánt után ismert legkeményebb monoelemes anyag (a Mohs-skálán 9,3-es). Elemi bór a természetben nem található, de a bórax és más ásványai nagy mennyiségben bányászhatók.

Története

A bór vegyületeit évezredek óta ismerjük (bórax arabul baurak, perzsa nyelven burah). Az ókori Egyiptomban a mumifikáláshoz nátronlúgot használtak, ami más sók mellett borátokat is tartalmazott. Kr. u. 300-ban bóraxtartalmú mázat használtak Kínában, és az ókori Rómában a bórvegyületeket használva készítettek üveget.

Kb. 50%-os tisztaságú elemi bórt 1808-ban sikerült elkülönítenie sir Humphry Davy-nek, Gay-Lussac-nak és L. J. Thenardnak. Ők még nem ismerték fel hogy a bór önálló kémiai elem. Tiszta bórt 1909-ben W. Weintraub amerikai vegyész állított elő.

Jellemzői

Bór

A bór elektronhiányos anyag, a hiány a p-mezőben jelentkezik. A bórvegyületek gyakran Lewis-savak, azaz könnyen kötődnek elektrontöbblettel bíró anyagokhoz.

Optikai tulajdonságai közé tartozik, hogy infravörös fényt bocsát ki. A félvezetőkre jellemzően normál hőmérsékleten rossz elektromos vezető, de nagyobb hőfokon jó vezetővé válik.

Minden ismert anyag közül a bór szakítószilárdsága a legnagyobb.

A köbös bór-nitrid a gyémánt utáni legkeményebb anyag, edzett gyorsacélok és szerszámacélok megmunkálására is alkalmas. Elektromos szigetelő, de a fémekhez (és gyémánthoz) hasonlóan jól vezeti a hőt. A hexagonális rácsú bór-nitrid a grafithoz hasonlóan jó kenőanyag.

Felhasználása

Az ipar számára legfontosabb bórvegyület a dinátrium-tetraborát-dekahidrát, Na2B4O7 · 10 H2O, más néven bórax, amiből nagy mennyiségben állítanak elő üveggyapotot és fehérítőszert (nátrium-borát). Más felhasználási területei:

  • szénnel alkotott vegyületét, a bór-karbidot (B4C) csiszolásra használják
  • acélötvözőszerként növeli annak keménységét, kopásállóságát, korrózióval szembeni ellenállását
  • zöld lángfestése miatt az amorf bórt pirotechnikai effektusokban használják
  • a bórsav fertőtlenítő- és az emberre veszélytelen rovarölőszer
  • vegyületeit szerves vegyületek szintézisében és boroszilikát üveg előállításához használjuk
  • egyes vegyületei alacsony toxicitásuk miatt kedvelt fakonzerválószerek
  • a bór-10 izotóp elnyeli a neutronokat, ezért atomreaktorokban folyamatszabályozáshoz, a sugárvédelemre és neutrondetektorokban használják
  • kis súlyuk és nagy erejük miatt bórszálakat alkalmaznak űrrepülőgépek gyártásánál
  • a perborát a fékezett habzású mosószerek egyik textilkímélő, oxigéntartalmú fehérítő anyaga

A bór vegyületeinek hasznosságát számos területen vizsgálják: cukor által átjárható membránokat, szénhidrát-szenzorokat próbálnak előállítani segítségével.

Hidridjei jelentős energiát kibocsátva, könnyen égnek, ezért lehet, hogy rakétaüzemanyagként is megállná a helyét.

Előfordulása

A bór az elemek egyik geokémiai csoportjába se sorolható; tulajdonságait csak az 1980-as évektől ismertük meg. Ennek egyik oka, hogy kimutatása nem egyszerű, a másik, hogy meglehetősen ritka elem. Koncentrálódásra nagyon kevéssé hajlamos; elemi állapotában a természetben nem fordul elő. Legfontosabb endogén ásványa a turmalin, aminek bórtartalma 2,8–3,6% között ingadozik. Exogén ásványai (bórax, boracit, borokalcit) viszonylag gyakoriak. A világ legnagyobb bórtermelői az USA és Törökország. Néha vulkáni hévforrások is tartalmaznak bórsavat. Ulexit nevű ásványa (NaCa[B5O6(OH)6] * 5H2O) átlátszó.

Gazdaságilag fontos bórforrások a razorit (kernitérc) és tinkal, amiket a kaliforniai Mojave-sivatagban bányásznak.

Az elemi bór előállítása nem egyszerű feladat. A kezdeti próbálkozások során a bór-oxidot magnéziummal vagy alumíniummal redukálták, de így a végterméket fém-boridok szennyezték. Manapság a tiszta bór előállításához bór-halogenideket redukálnak hidrogénnel magas hőmérsékleten.

A természetben a leggyakrabban borátok (BO33- és BO45- komplexek) formájában jelenik meg. A borátok vízben könnyen oldódnak, ezért a bór egyik legfontosabb felhalmozódási helye a tengervíz. A vízben hármas koordinációjú B(OH)3-csoport (bórsav) és a négyes koordinációjú B(OH)4--ion (borát) formájában fordul elő; ezek arányát a víz pH-tartalma határozza meg. A bór tehát fluid-mobilis tulajdonságú, azaz metamorfózis és mállás során könnyen távozik a kőzetekből.

Izotópjai

A bórnak két, természetben előforduló stabil izotópja van, a B-11 (80,1%) és a B-10 (19,9%). Az egyes izotópokat a B(OH)3 és B(OH)4 egymásba alakulását felhasználva választhatjuk szét. A bórizotópok a természetes reakciókban (kőzetképződés, a víz fázisváltozása hidrotermális rendszerekben, a kőzetek hidrotermális átalakulása) is elkülönülhetnek. Ez utóbbi folyamatban inkább a 10B(OH)4ionok lépnek be az agyagásványokba, tehát a sós vízben relatíve felgyűlik a 11B(OH)4; valószínűleg ezért nagyobb a 11B részaránya a tengervízben, mint a földkéregben.