B · العنصر 5 · شبه فلز
شبه فلز متطرف في خصائصه: أصلب من معظم الفلزات، وأساسي للنباتات، وهو العنصر الذي يجعل زجاج البوروسيليكات مقاوماً للهب.
البنية
ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.
القيم المقاسة
يوضح كل شريط موضع بورون بين جميع العناصر الـ118 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 المقياس
نصف القطر 87 pm — أي 0.087 nm، ولذلك فإن نحو 5.75 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.
المدى الحراري
يكون بورون سائلًا ضمن مجال 1925 K، من 2348 K إلى 4273 K.
القصة
شبه فلز صلب ضروري لنمو النباتات. يُكوّن مركبات شديدة الصلابة.
ظهر اكتشاف البورون في العصر الذهبي للكيمياء، عندما تسابقت عقول لامعة لكشف أسرار المركبات الغامضة. وتتضمن هذه القصة ثوارًا فرنسيين ومجربين 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، حيث كان يُتاجر به كمادة صاهرة ثمينة لأعمال تشكيل المعادن ومكوّن في الخزف الصيني. وسمّاه الكيميائيون العرب «بُراق»، بينما دفع صانعو الزجاج في Venice أسعارًا مرتفعة لهذا المسحوق الأبيض الغامض الذي جعل زجاجهم شفافًا كالكريستال.
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 يكن لديهم أي فكرة عن أنهم يتعاملون مع مركبات عنصر مجهول.
جاء الاختراق خلال إحدى أكثر الفترات اضطرابًا في التاريخ. كان Joseph Louis Gay-Lussac وLouis-Jacques Thénard، اللذان يعملان في France النابوليونية، يدرسان الخصائص الغامضة لحمض البوريك. وقد نجا هذان الكيميائيان اللامعان من الثورة الفرنسية، وكانا يدفعان حدود المعرفة الكيميائية تحت رعاية الأكاديمية الفرنسية للعلوم.
في 21 June 1808، حققا المستحيل؛ فعزلا البورون النقي بتسخين حمض البوريك مع فلز البوتاسيوم في 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 English Channel، 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، هي التحليل الكهربائي لحمض البوريك. وقد دفعت المنافسة العلمية بين France الثورية وBritain في عصر Napoleon الفريقين إلى إنجازات غير مسبوقة.
كان نهج Davy أكثر أناقة لكنه كان خطيرًا بالقدر نفسه. فقد مرر تيارًا كهربائيًا عبر حمض البوريك المنصهر، فرسّب كميات ضئيلة من مادة بنية عند القطب. وتصف ملاحظاته الدقيقة «مسحوقًا داكنًا بلون الزيتون» احترق بلهب أخضر ساطع، في أول تسجيل لملاحظة الانبعاث الأخضر المميز للبورون.
واجه الكيميائيون الفرنسيون والإنجليز في البداية صعوبة في تسمية اكتشافهم. اقترح الفريق الفرنسي اسم «bore» مشتقًا من العربية «بُراق» (البوراكس)، بينما اقترح Davy اسم «boracium». وظهر الاسم الحديث «boron» نتيجة التعاون العلمي الدولي، إذ جمع الجذر العربي مع اللاحقة اليونانية «-on» التي تعني «مكوِّنًا».
ظل البورون موضع اهتمام مختبري حتى عصر حمى الذهب في California. وفي 1881، اكتشف Francis Marion Smith رواسب ضخمة من البوراكس في وادي الموت، فأُطلق عليه لقب «ملك البوراكس». وأصبحت عربات فرق البغال العشرين الشهيرة أسطورة أمريكية، إذ كانت تنقل البوراكس مسافة 165 ميلًا عبر صحراء Mojave إلى أقرب خط للسكك الحديدية.
جاء الاختراق الحقيقي في 1909 عندما طور Ezekiel Weintraub طريقة لإنتاج البورون البلوري النقي، كاشفًا خصائصه الحقيقية بوصفه أحد أصلب العناصر المعروفة. وأطلق هذا الاكتشاف البورون إلى عصر المواد المتقدمة والتكنولوجيا النووية الحديث.
الاستخدامات
البورون هو البطل الخارق غير المرئي في التكنولوجيا الحديثة، إذ يتيح بهدوء كل شيء بدءًا من الدروع المضادة للرصاص وصولًا إلى شاشات الهواتف الذكية. وتجعله خصائصه الكيميائية الفريدة 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 المكعب. تستخدم شركات الصناعات الدفاعية مثل BAE Systems وGeneral Dynamics كربيد البورون في:
تجعل قدرة البورون المذهلة على امتصاص النيوترونات منه مادة التحكم النووي المثالية. ويمتلك البورون-10 مقطع امتصاص نيوترونيًا أكبر 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 عنصر غذائي دقيق أساسي للنباتات، إذ يتيح تكوين الجدران الخلوية والعمليات التكاثرية. وتعتمد الزراعة الحديثة على مركبات البورون من أجل:
مصدره
10 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 69% من العناصر
البورون أحد أندر العناصر في الكون، إذ لا تتجاوز وفرته 10 أجزاء في المليون في قشرة الأرض. وتحكي هذه الندرة قصة رائعة عن التدمير الكوني والتركيز الأرضي.
على خلاف معظم العناصر، لا يستطيع البورون البقاء داخل النجوم؛ إذ يتدمر عند درجات حرارة تزيد على 500,000K. وبدلًا من ذلك، يتكون البورون من خلال التشظي بالأشعة الكونية، عندما تصطدم جسيمات عالية الطاقة بأنوية الكربون والنيتروجين والأكسجين في الفضاء، فتفتتها إلى عناصر أخف، من بينها البورون. وتجعل هذه العملية العنيفة البورون «أحفورة» لنشاط الأشعة الكونية على مدى 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 عالميًا، 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. وتركز بعض الينابيع الحرارية الجوفية البورون إلى مستويات مجدية اقتصاديًا؛ فقد كان حقل Larderello الحراري الجوفي في Italy أول مصدر صناعي للبورون في العالم خلال القرن 19.
تعمل بعض النباتات بوصفها «مراكم للبورون»، فتركز العنصر إلى مستويات تصل إلى 1,000 مرة فوق مستوياته في التربة. وقد طورت الطحالب البحرية وبعض نباتات الصحراء هذه القدرة لتحمل بيئات البورون المرتفعة التي تقتل الكائنات الأخرى.
التعامل
البورون ومعظم مركباته مواد منخفضة السمية نسبيًا مقارنة بالعديد من المواد الكيميائية الصناعية. ومع ذلك، فإن اتباع إجراءات المناولة السليمة ضروري للاستخدام الآمن في التطبيقات المختبرية والصناعية والمنزلية.
السمية الحادة: لمركبات البورون سمية 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 الطويل لمستويات مرتفعة في الصحة الإنجابية والنمو. ولم تضع OSHA حدود تعرض محددة للبورون العنصري، لكنها توصي بالتعامل معه بوصفه غبارًا مزعجًا.
ملامسة العينين: اغسل بالماء النظيف 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 حدثت صعوبات في التنفس
الابتلاع: اشطف الفم، واشرب الماء، واطلب العناية الطبية عند ابتلاع كميات كبيرة
تُعد مركبات البورون المنزلية الشائعة مثل البوراكس آمنة عمومًا عند استخدامها وفق الإرشادات:
ملاحظة: البورون عنصر غذائي دقيق أساسي للنباتات، وقد تكون له آثار مفيدة في صحة عظام الإنسان، لكن لا ينبغي استخدام المكملات الغذائية إلا تحت إشراف طبي.
إجابات سريعة
بورون (رمزه B) هو العنصر 5 في الجدول الدوري، وينتمي إلى شبه فلز في الدورة 2 والمجموعة 13. شبه فلز متطرف في خصائصه: أصلب من معظم الفلزات، وأساسي للنباتات، وهو العنصر الذي يجعل زجاج البوروسيليكات مقاوماً للهب. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.
[He] 2s² 2p¹، ويشغل 2 مستويين من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 3. يحتوي غلافه الخارجي على 3 إلكتروناتٍ، وهذا ما يحدد سلوكه في الترابط.ينصهر بورون عند 2348 K (2074.9 °C) ويغلي عند 4273 K (3999.9 °C). وهذا يضعه بين أكثر العناصر مقاومة للحرارة — إذ يظل صلبًا عند درجات حرارة تُبخّر معظم الفلزات.
تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ بورون 10.81 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.
تبلغ كثافة بورون مقدار 2.37 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من بورون أثقل بنحو 2.4×.
تبلغ كهروسلبية بورون وفق مقياس باولنغ 2.04. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.
اكتُشف بورون في 1808 على يد Davy, Gay-Lussac & Thenard. سُمّي على اسم من البوراكس، عبر العربية بُراق.
يشكّل بورون حوالي 10 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.