البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع بورون بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 87 pm — that is 0.087 nm, so about 5747 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
بورون is liquid over a 1925 K window, from 2348 K to 4273 K.
القصة
شبه فلز صلب ضروري لنمو النباتات. يكوّن مركبات شديدة الصلابة.
برز اكتشاف البورون في العصر الذهبي للكيمياء، عندما تسابقت عقول لامعة لكشف أسرار المركبات الغامضة. وتتضمن هذه القصة ثوارًا فرنسيين ومجرّبين إنجليز ومادة حيّرت البشرية لأكثر من ألف عام.
قبل اكتشافه بزمن طويل، أثارت مركبات البورون فضول الحضارات في أنحاء العالم. وصل البوراكس إلى Europe عبر طريق الحرير القديم، وكان يُتداول باعتباره مادة صهارة ثمينة لتشغيل المعادن ومكوّنًا في الخزف الصيني. وأطلق عليه الكيميائيون العرب اسم «البورق»، بينما دفع صانعو الزجاج في Venice أسعارًا مرتفعة مقابل هذا المسحوق الأبيض الغامض الذي يجعل زجاجهم نقيًا كالبلور.
كتب Marco Polo عن مناجم البوراكس في Tibet، وحاول الكيميائيون الأوروبيون في العصور الوسطى بيأس فهم سبب قدرة هذا «الملح السحري» على تنظيف المواد الأخرى وحفظها وتحويلها. ولم تكن لديهم أي فكرة أنهم يتعاملون مع مركبات عنصر مجهول.
جاء الاختراق خلال واحدة من أكثر الفترات اضطرابًا في التاريخ. كان Joseph Louis Gay-Lussac وLouis-Jacques Thénard، اللذان يعملان في France النابوليونية، يحققان في الخصائص الغامضة لحمض البوريك. وقد نجا هذان الكيميائيان اللامعان من الثورة الفرنسية، وكانا يدفعان آنذاك حدود المعرفة الكيميائية برعاية الأكاديمية الفرنسية للعلوم.
في 21 يونيو 1808، حققا المستحيل؛ فعزلا البورون النقي بتسخين حمض البوريك مع فلز البوتاسيوم داخل أنبوب من الحديد. وكتب Gay-Lussac لاحقًا: «حصلنا على مادة ذات لون بني زيتوني، بدت لنا جذر حمض البوريك». لقد أنشآ العنصر رقم 5، رغم أنهما لم يفهما أهميته الحقيقية بعد.
في الوقت نفسه، وعلى الجانب الآخر من القناة الإنجليزية، كان Sir Humphry Davy يجري تجاربه الرائدة في Royal Institution في London. وبعد تسعة أيام فقط من النجاح الفرنسي، توصل Davy إلى النتيجة نفسها باستخدام طريقة مختلفة؛ وهي التحليل الكهربائي لحمض البوريك. وقد دفعت المنافسة العلمية بين France الثورية وBritain في العصر النابوليوني الفريقين إلى إنجازات غير مسبوقة.
كان نهج Davy أكثر أناقة لكنه كان خطيرًا بالقدر نفسه. فقد مرر تيارًا كهربائيًا عبر حمض البوريك المنصهر، فترسبت كميات صغيرة من مادة بنية عند القطب. وتصف ملاحظاته الدقيقة «مسحوقًا داكنًا بلون الزيتون» احترق بلهب أخضر لامع؛ وكانت تلك أول ملاحظة مسجلة للانبعاث الأخضر المميز للبورون.
واجه الكيميائيون الفرنسيون والإنجليز في البداية صعوبة في تسمية اكتشافهم. اقترح الفريق الفرنسي اسم «bore» المشتق من العربية «بورق» (البوراكس)، بينما اقترح Davy اسم «boracium». وظهر الاسم الحديث «boron» نتيجة التعاون العلمي الدولي، إذ جمع بين الجذر العربي واللاحقة اليونانية «-on» التي تعني «مكوِّنًا».
ظل البورون موضع فضول مختبري حتى عصر حمى الذهب في California. ففي 1881، اكتشف Francis Marion Smith رواسب هائلة من البوراكس في وادي الموت، فأُطلق عليه لقب «ملك البوراكس». وأصبحت عربات فرقته الشهيرة المكوّنة من عشرين بغلًا أسطورة أمريكية، إذ كانت تنقل البوراكس مسافة 165 ميلًا عبر صحراء Mojave إلى أقرب سكة حديد.
جاء الاختراق الحقيقي في 1909 عندما طوّر Ezekiel Weintraub طريقة لإنتاج البورون البلوري النقي، فكشف عن خصائصه الحقيقية بوصفه أحد أصلب العناصر المعروفة. وأطلق هذا الاكتشاف البورون إلى العصر الحديث للمواد المتقدمة والتكنولوجيا النووية.
الاستخدامات
البورون هو البطل الخارق غير المرئي للتكنولوجيا الحديثة، إذ يتيح بهدوء كل شيء بدءًا من الدروع الواقية من الرصاص وصولًا إلى شاشات الهواتف الذكية. تجعل خصائصه الكيميائية الفريدة منه عنصرًا لا غنى عنه في التطبيقات المتطورة التي تفشل فيها المواد العادية.
كربيد البورون (B₄C) هو ثالث أصلب مادة معروفة للبشرية، ولا يتفوق عليه سوى الألماس ونتريد البورون المكعّب. تستخدم شركات الصناعات العسكرية مثل BAE Systems وGeneral Dynamics كربيد البورون في:
تجعل قدرة البورون المذهلة على امتصاص النيوترونات منه مادة التحكم النووي المثلى. يمتلك بورون-10 مقطع امتصاص للنيوترونات أكبر بمقدار 1,000 مرة من معظم المواد:
أحدث زجاج البوروسيليكات تحولًا في علوم المختبرات والمنتجات الاستهلاكية. وقد أحدثت شركة Corning Inc. ثورة في صناعة الزجاج بتركيبات معززة بالبورون:
البورون مغذٍ دقيق أساسي للنباتات، إذ يتيح تكوين الجدران الخلوية والعمليات التكاثرية. وتعتمد الزراعة الحديثة على مركبات البورون من أجل:
مصدره
10 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 69% of elements
البورون أحد أندر العناصر في الكون، إذ لا تتجاوز وفرته 10 أجزاء في المليون في القشرة الأرضية. وتحكي هذه الندرة قصة رائعة عن الدمار الكوني والتركيز الأرضي.
على خلاف معظم العناصر، لا يستطيع البورون البقاء داخل النجوم؛ إذ يتحطم عند درجات حرارة تتجاوز 500,000K. وبدلًا من ذلك، يتكوّن البورون من خلال التفتت الناتج عن الأشعة الكونية، عندما تصطدم جسيمات عالية الطاقة بنوى الكربون والنيتروجين والأكسجين في الفضاء، فتجزئها إلى عناصر أخف، من بينها البورون. وتجعل هذه العملية العنيفة من البورون «أحفورة» لنشاط الأشعة الكونية عبر مليارات السنين.
على الرغم من ندرته الكونية، يتركز البورون في بيئات جيولوجية محددة من خلال عمليات فريدة:
تحتوي رواسب المتبخرات على موارد البورون الرئيسية في العالم:
تهيمن Turkey على إنتاج البورون العالمي، إذ تمتلك 73% من الاحتياطيات العالمية، ولا سيما من منجمي Kirka وEmet. وتحتل United States المرتبة الثانية بمنجم Boron في California، المملوك لشركة Rio Tinto، والذي يعمل منذ 1872. وتوجد رواسب مهمة أخرى في:
تحتوي مياه البحر على نحو 4.5 mg/L من البورون، مما يجعل المحيطات مصدرًا شبه لا نهائي لكنه مخفف. وتركّز بعض الينابيع الحرارية الجوفية البورون إلى مستويات مجدية اقتصاديًا؛ فقد كان حقل Larderello الحراري الجوفي في Italy أول مصدر للبورون الصناعي في العالم خلال القرن 19.
تعمل بعض النباتات «كمراكم للبورون»، فتركّز العنصر إلى ما يصل إلى 1,000 ضعف مستوياته في التربة. وقد طوّرت الطحالب البحرية وبعض النباتات الصحراوية هذه القدرة لتحمل بيئات عالية البورون قد تقتل كائنات أخرى.
التعامل
البورون ومعظم مركباته مواد منخفضة السمية نسبيًا مقارنةً بالعديد من المواد الكيميائية الصناعية. ومع ذلك، فإن اتباع إجراءات المناولة المناسبة ضروري للاستخدام الآمن في التطبيقات المختبرية والصناعية والمنزلية.
السمية الحادة: تتميز مركبات البورون بسمية حادة منخفضة. وتبلغ الجرعة المميتة لـ 50% من أفراد الاختبار (LD₅₀) لحمض البوريك 2,660 mg/kg لدى الجرذان، مما يجعله أقل سمية من ملح الطعام.
التعرض المزمن: قد يؤثر التعرض طويل الأمد لمستويات عالية في الصحة الإنجابية والنمو. ولم تحدد OSHA حدود تعرض محددة للبورون العنصري، لكنها توصي بالتعامل معه على أنه غبار مزعج.
ملامسة العين: اغسل العين بماء نظيف لمدة 15 دقيقة، واطلب العناية الطبية إذا استمر التهيج
ملامسة الجلد: اغسل بالماء والصابون وانزع الملابس الملوثة
الاستنشاق: انتقل إلى هواء نقي، واطلب العناية الطبية إذا ظهرت صعوبات في التنفس
الابتلاع: اغسل الفم واشرب الماء، واطلب العناية الطبية عند ابتلاع كميات كبيرة
تكون مركبات البورون المنزلية الشائعة مثل البوراكس آمنة عمومًا عند استخدامها وفق التعليمات:
ملاحظة: البورون مغذٍ دقيق أساسي للنباتات، وقد تكون له آثار مفيدة في صحة عظام الإنسان، لكن ينبغي استخدام المكملات الغذائية تحت إشراف طبي فقط.
إجابات سريعة
بورون (symbol B) is element 5 on the periodic table, a شبه فلز in period 2, group 13. A metalloid of extremes: harder than most metals, essential to plants, and the element that makes borosilicate glass survive a flame. At room temperature it is a solid.
[He] 2s² 2p¹, giving 2 occupied shells holding 2, 3 electrons respectively. Its outer shell holds 3 electrons, which is what sets its bonding behaviour.بورون melts at 2348 K (2074.9 °C) and boils at 4273 K (3999.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of بورون is 10.81 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
بورون has a density of 2.37 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of بورون is about 2.4× heavier.
بورون has a Pauling electronegativity of 2.04. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
بورون was discovered in 1808 by Davy, Gay-Lussac & Thenard. It is named after from borax, via Arabic buraq.
بورون makes up about 10 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.