Какие химические свойства характерны для бора

Обозначение – В (Boron);
Период – II;
Группа – 13 (IIIa);
Атомная масса – 10,811;
Атомный номер – 5;
Радиус атома = 98 пм;
Ковалентный радиус = 82 пм;
Распределение электронов – 1s22s22p1;
t плавления = 2075°C;
t кипения = 3865°C;
Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 2,04/2,01;
Степень окисления: +3, 0, -3;
Плотность (н. у.) = 2,34 г/см3 (графит);
Молярный объем = 4,6 см3/моль.

Первыми бор получили французы Гей-Люссак и Тенар в 1808 году.

В природе элементарный бор не встречается. Почит во всех минералах бор связан с кислородом, он встречается в небольших концентрациях во многих природных соединениях, в виде боратов и боросиликатов, в изверженных и осадочных породах, в водах морей, соляных озер, горячих гейзеров, грязевых вулканов.

Бор в Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, стоит под номером “5”, относится к 13(IIIа) группе (См. Атомы 13(IIIа) группы).

Электронная конфигурация бора – 1s22s22p1 (см. Электронная структура атомов).

Рис. Электронная конфигурация атома бора.

На внешнем электронном слое бора находятся три электрона, которые он может либо отдавать, либо принимать еще 3, проявляя кислотность +3 или -3.

Бор, как простое вещество

Бор является инертным (при н. у.) неметаллом, образует ряд аллотропных модификаций, отличающихся строением кристаллической решетки – это самое твердное (после алмаза) природное вещество, обладающее малой электропроводностью. Свойства бора во многом зависят от его модификации и чистоты.

Химические свойства бора:

при комнатной температуре бор вступает в реакцию только со фтором;
при t=500-700°C реагирует с кислородом, серой, хлором: 4B + 3O2 = 2B2O3;
при t=1200°C реагинует с кремнием (силицид бора) и азотом (нитрид бора): 3B + Si = B3Si;
при t=2000°C реагинует с углеродом: 3C + 12B = B12C3;
в сплавах с металлами бор образует бориды различного состава (в зависимости от условий сплавления и концентрации бора): Ni + 2B = NiB2; 2Ni + B = Ni2B;
с парами воды бор вступает в реакцию при температуре красного каления: 6H2O + 2B = 2H3BO3 + 3H2.
взаимодействует с горячими концентрированными азотной и серной кислотой, а также царской водкой: 3HNO3 + B = 3NO2 + H3BO3.
с кислотами неокислителями бор не реагирует.

Соединения бора

Борная кислота (H3BO3) – это слабая одноосновная кислота, представляет собой растворимое в воде бесцветное кристаллическое вещество.

Борную кислоту получают из минерала сассолина.

Кислотные свойства борной кислоты обусловлены образованием протона при ее взаимодействии с водой:

H3BO3 + H2O = [B(OH)4]- + H+

При нагревании борная кислота, теряя воду, превращается в метаборную кислоту:

H3BO3 → HBO2 → B2O3 + H2O

Борная кислота применяется как дезинфицирующее и антисептическое средство, для изготовления эмалей, специальных стекол, цементов, косметики, средств гигиены.

Борный ангидрид (B2O3) – диэлектрическое бесцветное кристаллическое вещество, легко переходящее в стеклообразное состояние.

Энергично вступает в реакцию с водой, образуя борную кислоту: B2O3 + 3H2O = 2H3BO3.

Получение борного ангидрида:

обезвоживанием борной кислоты: 2H3BO3 = B2O3 + 3H2O
нагреванием бора на воздухе (t=700°C): 4B + 3O2 = 2B2O3.

Борный ангидрид нашел применение в производстве специальных стекол и для получения бора.

Получение бора:

металлотермией получают аморфный “грязый” бор (магний и натрий выступают в роли восстановителей): B2O3 + 3Mg = 2B + 3MgO;
кристаллический бор высокой частоты получают при температуре 800°C восстановлением галогенидов бора водородом: 2BBr3 + 3H2 = 6HBr + 2B;
промышленным способом бор получают электролизом расплава K[BF4] и B2O3 (t=800-1000°C).

Применение бора:

в изготовлении полупроводников (бор – полупроводник p-типа с дырочной проводимостью);
для изготовления огнеупорных, кислотостойких материалов (силициды устойчивы к действию воды, щелочей, кислот, высокой температуры);
в качестве металлургических добавок при изготовлении жаропрочной, механически и коррозионноустойчивой стали;
для изготовления деталей реактивных двигателей, газовых турбин, работающих в тяжелых условиях высоких температур;
в ядерной энергетике для изготовления замедлителей быстрых нейтронов и для биологической защиты.

Источник

Данный химический элемент, очень интересен. По сути, он является одним из простейших по строению неметаллов, после водорода и гелия. Задания, связанные с Бором могут попадаться на ЕГЭ, однако его часто «забывают» изучить в рамках школьного курса химии. Так давайте самостоятельно познакомимся с этим замечательным химическим элементом.

В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, Бор располагается во 2 периоде, III группе, главной подгруппе. В своей подгруппе он является единственным элементом неметаллом. Порядковый номер Бора – 5, атомная масса элемента – 11.

Схема строения атома бора может быть изображена так:

Исходя из этого электронная формула бора:

История открытия химического элемента Бора.

Впервые, Бор был получен в 1808 году французскими химиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром, путем нагревания борного ангидрида B2O3 с металлическим калием.

Через несколько месяцев бор получил Гемфри Дэви электролизом расплавленного B2O3.

Название элемента произошло от арабского слова «бурак» или персидского «бурах», которые использовались для обозначения буры (наиболее распространенного и используемого соединения бора).

Физические свойства.

Бор может быть представлен в виде практически белого, серого или красного кристаллического вещества, а так же в виде темного аморфного вещества. Это совершенно нормально, так как данный элемент имеет около десятка аллотропных модификаций.

Аллотропия — это способность некоторых химических элементов существовать в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам.

Образование той или иной модификации и их взаимные переходы определяются в основном температурой, при которой получают бор.

По твердости бор занимает второе место (после алмаза), среди всех веществ. Тип кристаллической решетки Бора – атомная.

Способы получения.

1. Бор можно получить путем пиролиза бороводородов:

B2H6 = 2B +3H2

2. Путем металлотермии (то есть вытеснением его из соединения с помощью активных металлов).

B2O3 + 3Mg = 3MgO + 2B

3. Вытеснением его из соединений при помощи водорода:

2BBr3 + 3H2 = 2B + 6HBr

4. Термическим разложением галогенида бора в присутствие катализатора:

2BI3 = 2B + 3I2

Химические свойства Бора:

1. Взаимодействует с фтором.

Необходимо отметить, что бор является довольно инертным неметаллом. При нормальных условиях, без нагревания он реагирует только со фтором.

2B + 3F2 → 2BF3↑

2. Взаимодействует с кислородом (реакция горения).

4B + 3O2 → 2B2O3

3. Взаимодействует с некоторыми неметаллами.

Например, при нагревании бор реагирует с галогенами, азотом, фосфором и углеродом:

2B + 3Cl2 → 2BCl3

2B + N2 → 2BN

B + P → BP

4B + C → B4C

4. Взаимодействует с кремнеземом.

При сильном нагревании бор способен восстановить кремний из его оксида:

3SiO2 + 4B → 3Si + 2B2O3

5. Взаимодействие с кислотами:

Кислоты, не являющиеся окислителями, с бором не реагируют, однако концентрированная азотная кислота и «царская водка» окисляют его до борной кислоты.

B + HNO3 = H3BO3 + NO2 + H2O

Стоит отметить, что напрямую бор не взаимодействует с водородом, поэтому бороводороды обычно получают косвенным путем.

Соединения бора.

В природе бор часто встречается в составе различных минералов:

Бандилит – CuCl[B(OH)4]
Йохачидолит – CaAlB3O7
Курнаковит – Mg[B3O3(OH)5]·5(H2O)
Ридмерджнерит – NaBSi3O8
Улексит – NaCa[B5O6(OH)6] • 5 H2O

Однако, как уже упоминалось ранее наиболее распространенным и используемым соединением бора является бура (Na2B4O7*10H2O).

Сферы применение буры:

служит сырьем для производства борной кислоты.
используется в производстве оптических и цветных стёкол, различных керамик.
в производстве различных эмалей.
как дезинфицирующее и консервирующее средство.
в фармацевтической промышленности.
в аналитической химии.
является компонентом некоторых моющих средств.
компонент косметики.

Стоит так же сказать несколько слов, про оксид бора и борную кислоту.

Оксид Бора (B2O3) – это бинарное неорганическое химическое соединение бора с кислородом, бесцветное, довольно тугоплавкое, стекловидное или кристаллическое вещество, диэлектрик. Является кислотным оксидом и при взаимодействие с водой дает борную кислоту:

B2O3 + 3H2O → 2H3BO3

Борная кислота (H3BO3) – это бесцветное кристаллическое вещество, без запаха. Является слабой кислотой.

Интересно то, что при взаимодействие со щелочами, на выходе, образуются продукты известные, как тетрабораты:

4H3BO3 + 2NaOH → Na2B4O7 + 7H2O

С избытком щелочи они могут быть переведены в метабораты:

Na2B4O7 + 2NaOH = 4NaBO2 + H2O

Сферы применения борной кислоты:

В медицине в качестве антисептического средства.
Как борное удобрение.
В фотографии, в составе мелкозернистых проявителей и кислых фиксажей для создания слабой кислотной среды.
В пищевой промышленности, как пищевую добавку E284.
В ювелирном деле, как основа флюсов для пайки золотосодержащих сплавов.
В быту, для уничтожение тараканов, муравьёв, клопов.

Вот собственно и все. Очень надеюсь, что вы узнали для себя что-то новое.

Источник

Бор
Тёмно-коричневое или чёрное вещество
Элементарный бор
Название, символ, номер	Бор / Borum (B), 5
Атомная масса (молярная масса)	[10,806; 10,821]а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[He] 2s2 2p1
Радиус атома	98 пм
Ковалентный радиус	82 пм
Радиус иона	23 (+3e) пм
Электроотрицательность	2,04 (шкала Полинга)
Степени окисления	-3;0;+3
Энергия ионизации (первый электрон)	800,2(8,29) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	2,34 г/см³
Температура плавления	2 348 K (2075 °C)
Температура кипения	4 138 K (3865 °C)
Уд. теплота плавления	23,60 кДж/моль
Уд. теплота испарения	504,5 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	11,09 Дж/(K·моль)
Молярный объём	4,6 см³/моль
Структура решётки	ромбоэдрическая
Параметры решётки	a=10,17; α=65,18 Å
Отношение c/a	0,576
Температура Дебая	1250 K
Теплопроводность	(300 K) 27,4 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-42-8

Бор (B, лат. borum) — химический элемент 13-й группы, второго периода периодической системы (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе III группы, или к группе IIIA) с атомным номером 5. Бесцветное, серое или красное кристаллическое либо тёмное аморфное вещество. Известно более 10 аллотропных модификаций бора, образование и взаимные переходы которых определяются температурой, при которой бор был получен.

Бор

История и происхождение названия

Впервые получен в 1808 году французскими химиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Через несколько месяцев бор получил Хэмфри Дэви электролизом расплавленного B2O3.

Читайте также: Какие свойства у фтора

Название элемента произошло от арабского слова бурак (араб. بورق‎) или персидского бурах (перс. بوره‎), которые использовались для обозначения буры.

Нахождение в природе

Среднее содержание бора в земной коре составляет 4 г/т. Несмотря на это, известно около 100 собственных минералов бора; в «чужих» минералах он почти не встречается. Это объясняется, прежде всего, тем, что у комплексных анионов бора (а именно в таком виде он входит в большинство минералов) нет достаточно распространённых аналогов. Почти во всех минералах бор связан с кислородом, а группа фторсодержащих соединений совсем малочисленна. Элементарный бор в природе не встречается. Он входит во многие соединения и широко распространён, особенно в небольших концентрациях; в виде боросиликатов и боратов, а также в виде изоморфной примеси в минералах входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Бор известен в нефтяных и морских водах (в морской воде 4,6 мг/л), в водах соляных озёр, горячих источников и грязевых вулканов.

Основные минеральные формы бора:

Боросиликаты: датолит CaBSiO4OH, данбурит CaB2Si2O8
Бораты: бура Na2B4O7·10H2O, ашарит MgBO2(OH), гидроборацит (Ca, Mg)B6O11·6H2O, иниоит Ca2B6O11·13H2O, калиборит KMg2B11O19·9H2O.

Также различают несколько типов месторождений бора:

Бор

Образец датолита. Дальнегорское боросиликатное месторождение

Месторождения боратов в магнезиальных скарнах:
- людвигитовые и людвигито-магнетитовые руды;
- котоитовые руды в доломитовых мраморах и кальцифирах;
- ашаритовые и ашарито-магнетитовые руды.
Месторождения боросиликатов в известковых скарнах (датолитовые и данбуритовые руды);
Месторождения боросиликатов в грейзенах, вторичных кварцитах и гидротермальных жилах (турмалиновые концентрации);
Вулканогенно-осадочные:
- борные руды, отложенные из продуктов вулканической деятельности;
- переотложенные боратовые руды в озёрных осадках;
- погребённые осадочные боратовые руды.
Галогенно-осадочные месторождения:
- месторождения боратов в галогенных осадках;
- месторождения боратов в гипсовой шляпе над соляными куполами.

Крупнейшее месторождение России находится в Дальнегорске (Приморье). Оно относится к боросиликатному типу. В этом одном компактном месторождении сосредоточено не менее 3 % всех мировых запасов бора. На действующем при месторождении горно-химическом предприятии выпускается боросодержащая продукция, которая удовлетворяет потребности отечественной промышленности. При этом 75 % продукции идёт на экспорт в Корею, Японию и Китай.

Получение

Наиболее чистый бор получают пиролизом бороводородов. Такой бор используется для производства полупроводниковых материалов и тонких химических синтезов.

B2H6 → t 2B + 3H2

Метод металлотермии (чаще восстановление магнием или натрием):

B2O3 + 3Mg ⟶ 3MgO + 2B KBF4 + 3Na ⟶ 3NaF + KF + B

Термическое разложение паров бромида бора на раскалённой (1000—1200 °C) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода (метод Ван-Аркеля):

2BBr3 + 3H2 →W 2B + 6HBr

Физические свойства

Бор

Сечения захвата нейтронов изотопами 10B (верхняя кривая) и 11B (нижняя кривая).

Чрезвычайно твёрдое вещество (уступает только алмазу, нитриду бора (боразону), карбиду бора, сплаву бор-углерод-кремний, карбиду скандия-титана). Обладает хрупкостью и полупроводниковыми свойствами (широкозонный полупроводник).

У бора — самый высокий предел прочности на разрыв 5,7 ГПа.

Изотопы бора

Основная статья: Изотопы бора

В природе бор находится в виде двух изотопов 10B (19,8 %) и 11B (80,2 %).

10B имеет очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 3837 барн (для большинства нуклидов это сечение близко к единицам или долям барна), причём при захвате нейтрона образуются два нерадиоактивных ядра (альфа-частица и литий-7), очень быстро тормозящиеся в среде, а проникающая радиация (гамма-кванты) при этом отсутствует, в отличие от аналогичных реакций захвата нейтронов другими нуклидами:

10B + n → 11B* → α + 7Li + 2,31 МэВ.

Поэтому 10B в составе борной кислоты и других химических соединений применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности, а также для биологической защиты от тепловых нейтронов. Кроме того, бор применяется в нейтрон-захватной терапии рака.

Кроме двух стабильных, известно ещё 12 радиоактивных изотопов бора, из них самым долгоживущим является 8B с периодом полураспада 0,77 с.

Происхождение

Все изотопы бора возникли в межзвёздном газе в результате расщепления тяжелых ядер космическими лучами, или при взрывах сверхновых.

Химические свойства

Бор

Ионы бора окрашивают пламя в зелёный цвет

По многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает кремний.

Химически бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором:

2B + 3F2 ⟶ 2BF3↑

При нагревании бор реагирует с другими галогенами с образованием тригалогенидов, с азотом образует нитрид бора BN, с фосфором — фосфид BP, с углеродом — карбиды различного состава (B4C, B12C3, B13C2). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, образуется оксид B2O3:

4B + 3O2 ⟶ 2B2O3

С водородом бор напрямую не взаимодействует, хотя известно довольно большое число бороводородов (боранов) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов кислотой:

Mg3B2 + 6HCl ⟶ B2H6↑ + 3MgCl2

При сильном нагревании бор проявляет восстановительные свойства. Он способен, например, восстановить кремний или фосфор из их оксидов:

3SiO2 + 4B ⟶ 3Si + 2B2O3 3P2O5 + 10B ⟶ 5B2O3 + 6P

Данное свойство бора можно объяснить очень высокой прочностью химических связей в оксиде бора B2O3.

При отсутствии окислителей бор устойчив к действию растворов щелочей. Растворяется в расплаве смеси гидроксида и нитрата калия:

2B + 2KOH + 3KNO3 →ot 2KBO2 + 3KNO2 + H2O

В горячей азотной, серной кислотах и в царской водке бор растворяется с образованием борной кислоты H3BO3.

Оксид бора B2O3 — типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты:

B2O3 + 3H2O ⟶ 2H3BO3

При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты — бораты (содержащие анион BO33−), а тетрабораты, например:

4H3BO3 + 2NaOH ⟶ Na2B4O7 + 7H2O

В 2014 г. исследователями из Германии был получен бис(диазаборолил) бериллия, в котором атомы бериллия и бора образуют двухцентровую двухэлектронную связь (2c-2e), впервые полученную и нехарактерную для соседних элементов в Периодической таблице.

Применение

Элементарный бор

Бор (в виде волокон) служит упрочняющим веществом многих композиционных материалов.

Также бор часто используют в электронике в качестве акцепторной добавки для изменения типа проводимости кремния.

Бор применяется в металлургии в качестве микролегирующего элемента, значительно повышающего прокаливаемость сталей.

Бор применяется и в медицине при бор-нейтронозахватной терапии (способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей).

Соединения бора

Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Пербораты / пероксобораты (содержат ион [B2(O2)2(OH)4]2−) [B4O12H8]−) применяются как окислительные агенты. Технический продукт содержит до 10,4 % «активного кислорода», на их основе производят отбеливатели, не содержащие хлор («персиль», «персоль» и др.).

Отдельно также стоит указать на то, что сплавы бор-углерод-кремний обладают сверхвысокой твёрдостью и способны заменить любой шлифовальный материал (кроме алмаза, нитрида бора по микротвёрдости), а по стоимости и эффективности шлифования (экономической) превосходят все известные человечеству абразивные материалы.

Сплав бора с магнием (диборид магния MgB2) обладает, на данный момент, рекордно высокой критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние среди сверхпроводников первого рода. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой рост работ по этой тематике.

Борная кислота (B(OH)3) широко применяется в атомной энергетике в качестве поглотителя нейтронов в ядерных реакторах типа ВВЭР (PWR) на «тепловых» («медленных») нейтронах. Благодаря своим нейтронно-физическим характеристикам и возможности растворяться в воде применение борной кислоты делает возможным плавное (не ступенчатое) регулирование мощности ядерного реактора путём изменения её концентрации в теплоносителе — так называемое «борное регулирование».

Борная кислота применяется также в медицине и ветеринарии.

Нитрид бора, активированный углеродом, является люминофором со свечением от синего до жёлтого цвета под действием ультрафиолета. Обладает самостоятельной фосфоресценцией в темноте и активируется органическими веществами при нагреве до 1000 °C. Изготовление люминофоров из нитрида бора, состава BN/C не имеет промышленного назначения, но широко практиковалось химиками-любителями в первой половине XX века.

Боросиликатное стекло — стекло обычного состава, в котором заменяют щелочные компоненты в исходном сырье на окись бора (B2O3).

Фторид бора BF3 при нормальных условиях является газообразным веществом, используется как катализатор в оргсинтезе, а также как рабочее тело в газонаполненных детекторах тепловых нейтронов благодаря захвату нейтронов бором-10 с образованием ядер лития-7 и гелия-4, ионизирующих газ (см. реакцию выше).

Бороводороды и борорганические соединения

Ряд производных бора (бороводороды) являются эффективными ракетными топливами (диборан B2H6, пентаборан, тетраборан и др.), а некоторые полимерные соединения бора с водородом и углеродом стойки к химическим воздействиям и высоким температурам (как широко известный пластик Карборан-22).

Боразон и его гексагидрид

Нитрид бора (боразон) подобен (по составу электронов) углероду. На его основе образуется обширная группа соединений, в чём-то подобных органическим.

Так, гексагидрид боразона (H3BNH3, похож на этан по строению) при обычных условиях твёрдое соединение с плотностью 0,78 г/см3, содержит почти 20 % водорода по массе. Его могут использовать водородные топливные элементы, питающие электромобили.

Биологическая роль

Основная статья: Биологическая роль бора

Бор — важный микроэлемент, необходимый для нормальной жизнедеятельности растений. Недостаток бора останавливает их развитие, вызывает у культурных растений различные болезни. В основе этого лежат нарушения окислительных и энергетических процессов в тканях, снижение биосинтеза необходимых веществ. При дефиците бора в почве в сельском хозяйстве применяют борные микроудобрения (борная кислота, бура и другие), повышающие урожай, улучшающие качество продукции и предотвращающие ряд заболеваний растений.

Роль бора в животном организме не выяснена. В мышечной ткани человека содержится (0,33—1)⋅10−4 % бора, в костной ткани (1,1—3,3)⋅10−4 %, в крови — 0,13 мг/л. Ежедневно с пищей человек получает 1—3 мг бора. Токсичная доза — 4 г. ЛД₅₀ ≈ 6 г/кг массы тела.

Один из редких типов дистрофии роговицы связан с геном, кодирующим белок-транспортер, предположительно регулирующий внутриклеточную концентрацию бора.

Источник