Բոր (քիմիական տարր)

testwiki-ից
Jump to navigation Jump to search

Կաղապար:Այլ Կաղապար:Քիմիական տարր Կաղապար:Պարբերական համակարգի տարր Բոր (Կաղապար:Lang-la), 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

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 (Կաղապար:Lang-ar) կամ պարսկերեն բուրախ (Կաղապար:Lang-fa)[1] բառերից, որոնք օգտագործվում են բորակ[2] 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

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[3], 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

  • 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։
𝖡𝟤𝖧𝟨  t  𝟤𝖡+𝟥𝖧𝟤
𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟥𝖬𝗀𝟥𝖬𝗀𝖮+𝟤𝖡
𝖪𝖡𝖥𝟦+𝟥𝖭𝖺𝟥𝖭𝖺𝖥+𝖪𝖥+𝖡

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

𝟤𝖡𝖡𝗋𝟥+𝟥𝖧𝟤 W  𝟤𝖡+𝟨𝖧𝖡𝗋

Ֆիզիկական հատկություններ

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%)[4]:

Բորի իզոտոպներ

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

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

𝟤𝖡+𝟥𝖥𝟤𝟤𝖡𝖥𝟥

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։

𝟦𝖡+𝟥𝖮𝟤𝟤𝖡𝟤𝖮𝟥

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։

𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟥𝖧𝟤𝖮𝟤𝖧𝟥𝖡𝖮𝟥

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
𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟥𝖬𝗀𝟥𝖬𝗀𝖮+𝟤𝖡
𝖪𝖡𝖥𝟦+𝟥𝖭𝖺𝟥𝖭𝖺𝖥+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.

𝖡+𝖧𝖭𝖮𝟥+𝖧𝟤𝖮𝖧𝟥𝖡𝖮𝟥+𝖭𝖮
𝟦𝖡+𝟥𝖮𝟤𝟤𝖡𝟤𝖮𝟥
𝟤𝖡+𝟥𝖥𝟤𝟤𝖡𝖥𝟥
𝟤𝖲𝗂𝖮𝟤+𝟦𝖡𝟥𝖲𝗂+𝟤𝖡𝟤𝖮𝟥
Սասոլիտ

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

𝟦𝖡𝖢𝗅𝟥+𝟥𝖫𝗂𝖠𝗅𝖧𝟦𝟤𝖻𝟤𝖧𝟨+𝟥𝖫𝗂𝖠𝗅𝖢𝗅𝟦

Հեշտությամբ այրվում է՝ անջատելով մեծ քանակությամբ ջերմություն.

𝖡𝟤𝖧𝟨+𝟥𝖮𝟤𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟥𝖧𝟤𝖮

Փոխազդում է ալկալիների և ջրի հետ.

𝖡𝟤𝖧𝟨+𝟨𝖭𝖺𝖮𝖧𝟤𝖭𝖺𝟥𝖡𝖮𝟥+𝟨𝖧𝟤
𝖡𝟤𝖧𝟨+𝟨𝖧𝟤𝖮𝟤𝖧𝟥𝖡𝖮𝟥+𝟨𝖧𝟤
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.

𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟥𝖧𝟤𝖮𝟤𝖧𝟥𝖡𝖮𝟥
𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟨𝖭𝖺𝖮𝖧𝟤𝖭𝖺𝟥𝖡𝖮𝟥+𝟥𝖧𝟤𝖮
𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟥𝖢𝖺𝖮𝖢𝖺𝟥(𝖡𝖮𝟥)𝟤
Լուծվում է պլավիկյան թթվում.
𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟨𝖧𝖥𝟤𝖡𝖥𝟥+𝟥𝖧𝟤𝖮

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

𝖡𝟤𝖮𝟥+𝟥𝖢+𝟥𝖢𝗅𝟤𝖡𝖢𝗅𝟥+𝟥𝖢𝖮

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

𝖡𝖢𝗅𝟥+𝖭𝖧𝟥𝖡𝖢𝟥.𝖭𝖧𝟥

Ջրի ազդեցությամբ լրիվ քայքայվում է.

𝖡𝖢𝗅𝟥+𝟥𝖧𝟤𝖮𝟤𝖧𝟥𝖡𝖮𝟥+𝟥𝖧𝖢𝗅

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

𝖭𝖺𝟤𝖡𝟦𝖮𝟩+𝟤𝖧𝖢𝗅+𝟧𝖧𝟤𝖮𝟦𝖧𝟥𝖡𝖮𝟥+𝟤𝖭𝖺𝖢𝗅

Թույլ եռահիմն թթու է, տաքացնելիս քայքայվում է.

𝖧𝟥𝖡𝖮𝟥𝖧𝖡𝖮𝟤+𝖧𝟤𝖮
𝟤𝖧𝖡𝖮𝟤𝖡𝟤𝖮𝟥+𝖧𝟤𝖮

Կիրառություն

Պատկեր:Apollo 15 launch.ogv 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

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

Ծանոթագրություններ

Կաղապար:Ծանցանկ

Գրականություն

  • Կաղապար:Ռուսերեն գիրք
  • 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

Կաղապար:Փոքր պարբերական աղյուսակ Կաղապար:Բորի միացություններ Կաղապար:ՀՍՀ

  1. Կաղապար:Cite book
  2. Կաղապար:Cite web
  3. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  4. Կաղապար:Ռուսերեն գիրք