B · Элемент 5 · Металлоид
Металлоид крайностей: твёрже большинства металлов, необходим растениям и именно он позволяет боросиликатному стеклу выдерживать пламя.
Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение бор среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 87 pm — это 0,087 нм, поэтому около 5,75 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Бор находится в жидком состоянии в диапазоне 1925 K — от 2348 K до 4273 K.
История
Твёрдый металлоид, необходимый для роста растений. Образует чрезвычайно твёрдые соединения.
Открытие бора произошло в золотой век химии, когда выдающиеся учёные стремились раскрыть тайны загадочных соединений. В этой истории участвовали французские революционеры, английские экспериментаторы и вещество, которое более тысячи лет ставило человечество в тупик.
Задолго до открытия соединения бора интриговали цивилизации по всему миру. Бура попала в Европу по древнему Шёлковому пути; её продавали как ценный флюс для обработки металлов и компонент китайской керамики. Арабские алхимики называли её «бурак», а венецианские стеклоделы платили высокую цену за этот загадочный белый порошок, делавший их стекло кристально прозрачным.
Марко Поло писал о рудниках буры в Тибете, а средневековые европейские алхимики отчаянно пытались понять, почему эта «магическая соль» может очищать, сохранять и преобразовывать другие материалы. Они не подозревали, что работают с соединениями неизвестного элемента.
Прорыв произошёл в один из самых неспокойных периодов истории. Joseph Louis Gay-Lussac и Louis-Jacques Thénard, работавшие во Франции Наполеона, исследовали загадочные свойства борной кислоты. Эти выдающиеся химики пережили Французскую революцию и теперь расширяли границы химических знаний под покровительством Французской академии наук.
21 июня 1808 года они совершили невозможное — выделили чистый бор, нагревая борную кислоту с металлическим калием в железной трубке. Позже Gay-Lussac написал: «Мы получили вещество оливково-коричневого цвета, которое показалось нам радикалом борной кислоты». Они создали элемент номер 5, хотя ещё не понимали его истинного значения.
Одновременно по другую сторону Ла-Манша Sir Humphry Davy проводил собственные революционные эксперименты в Королевском институте в Лондоне. Всего через девять дней после успеха французов Davy получил тот же результат другим методом — электролизом борной кислоты. Научное соперничество между революционной Францией и Британией эпохи Наполеона подтолкнуло обе команды к беспрецедентным достижениям.
Метод Davy был элегантнее, но столь же опасен. Он пропускал электрический ток через расплавленную борную кислоту, осаждая на электроде небольшие количества коричневого вещества. В его подробных записях описан «тёмный оливково-коричневый порошок», который горел ярким зелёным пламенем, — первое зафиксированное наблюдение характерного зелёного свечения бора.
И французские, и английские химики поначалу затруднялись назвать своё открытие. Французская команда предложила название «bore» от арабского «burak» (бура), а Davy предложил «boracium». Современное название «boron» возникло благодаря международному научному сотрудничеству: оно сочетает арабский корень с греческим суффиксом «-on», означающим «образующий».
Бор оставался лабораторной диковинкой до эпохи калифорнийской золотой лихорадки. В 1881 году Francis Marion Smith обнаружил огромные залежи буры в Долине Смерти, за что получил прозвище «король буры». Его знаменитые повозки, запряжённые двадцатью мулами, стали американской легендой, перевозя буру на 165 миль через пустыню Мохаве к ближайшей железной дороге.
Настоящий прорыв произошёл в 1909 году, когда Ezekiel Weintraub разработал способ получения чистого кристаллического бора, раскрыв его истинные свойства как одного из самых твёрдых известных элементов. Это открытие вывело бор в современную эпоху передовых материалов и ядерных технологий.
Применение
Бор — невидимый супергерой современных технологий, незаметно обеспечивающий всё: от пуленепробиваемой брони до экранов смартфонов. Его уникальные химические свойства делают его незаменимым в передовых областях применения, где обычные материалы не справляются.
Карбид бора (B₄C) — третий по твёрдости материал, известный человечеству; его превосходят только алмаз и кубический нитрид бора. Оборонные подрядчики, такие как BAE Systems и General Dynamics, используют карбид бора в:
Невероятная способность бора поглощать нейтроны делает его оптимальным материалом для управления ядерными реакциями. Сечение поглощения нейтронов бором-10 в 1 000 раз больше, чем у большинства материалов:
Боросиликатное стекло преобразило лабораторную науку и потребительские товары. Компания Corning Inc. произвела революцию в стеклоделии благодаря составам, обогащённым бором:
Бор — необходимый микроэлемент для растений, обеспечивающий формирование клеточных стенок и процессы размножения. Современное сельское хозяйство использует соединения бора для:
Откуда он происходит
10 мг/кг земной коры · более распространён, чем 69% элементов
Бор — один из самых редких элементов во Вселенной; его распространённость в земной коре составляет всего 10 частей на миллион. Эта редкость рассказывает захватывающую историю космического разрушения и земной концентрации.
В отличие от большинства элементов, бор не может существовать внутри звёзд — он разрушается при температурах выше 500,000K. Вместо этого бор образуется в результате скалывания под действием космических лучей, когда высокоэнергетические частицы сталкиваются с ядрами углерода, азота и кислорода в космосе, расщепляя их на более лёгкие элементы, включая бор. Этот бурный процесс делает бор «ископаемым остатком» активности космических лучей за миллиарды лет.
Несмотря на космическую редкость, бор концентрируется в определённых геологических условиях благодаря уникальным процессам:
Эвапоритовые месторождения содержат основные мировые ресурсы бора:
Турция доминирует в мировом производстве бора, располагая 73% мировых запасов, главным образом на рудниках Кирка и Эмет. Соединённые Штаты занимают второе место благодаря руднику Boron в Калифорнии, принадлежащему Rio Tinto и работающему с 1872 года. Другие значительные месторождения находятся в:
Морская вода содержит около 4,5 mg/L бора, что делает океаны практически неисчерпаемым, но разбавленным источником. Некоторые геотермальные источники концентрируют бор до экономически выгодного уровня — геотермальное поле Лардерелло в Италии стало первым в мире источником промышленного бора в 1800-х годах.
Некоторые растения действуют как «накопители бора», концентрируя этот элемент до уровня, в 1 000 раз превышающего его содержание в почве. Морские водоросли и некоторые пустынные растения развили эту способность, чтобы переносить высокое содержание бора, которое погубило бы другие организмы.
Обращение
Бор и большинство соединений бора — материалы с относительно низкой токсичностью по сравнению со многими промышленными химикатами. Однако для безопасного использования в лабораторных, промышленных и бытовых условиях необходимы правильные процедуры обращения.
Острая токсичность: соединения бора обладают низкой острой токсичностью. LD₅₀ (летальная доза для 50% испытуемых) борной кислоты для крыс составляет 2 660 mg/kg, поэтому она менее токсична, чем поваренная соль.
Хроническое воздействие: длительное воздействие высоких уровней может повлиять на репродуктивное здоровье и развитие. OSHA не установила конкретные пределы воздействия элементарного бора, но рекомендует обращаться с ним как с раздражающей пылью.
Попадание в глаза: промывайте чистой водой в течение 15 минут; если раздражение сохраняется, обратитесь за медицинской помощью
Попадание на кожу: промойте водой с мылом, снимите загрязнённую одежду
Вдыхание: выйдите на свежий воздух; при затруднении дыхания обратитесь за медицинской помощью
Проглатывание: прополощите рот, выпейте воды; при проглатывании большого количества обратитесь за медицинской помощью
Распространённые бытовые соединения бора, такие как бура, в целом безопасны при использовании по назначению:
Примечание: Бор — необходимый микроэлемент для растений и может благотворно влиять на здоровье костей человека, однако пищевые добавки следует применять только под наблюдением врача.
Краткие ответы
Бор (символ B) — элемент 5 в периодической таблице, представитель семейства Металлоид в 2 периоде, 13 группе. Металлоид крайностей: твёрже большинства металлов, необходим растениям и именно он позволяет боросиликатному стеклу выдерживать пламя. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[He] 2s² 2p¹; она включает 2 занятые электронные оболочки с распределением 2, 3. На внешней оболочке находится 3 электрона, что определяет характер химических связей.Бор плавится при 2348 K (2074.9 °C) и кипит при 4273 K (3999.9 °C). Это относит его к самым тугоплавким элементам — он остаётся твёрдым при температурах, при которых большинство металлов испаряется.
Стандартная атомная масса Бор составляет 10.81 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Бор составляет 2.37 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Бор примерно в 2.4× тяжелее.
Электроотрицательность Бор по шкале Полинга составляет 2.04. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Бор был открыт в 1808 году Davy, Gay-Lussac & Thenard. Назван в честь от слова borax, через арабское buraq.
На долю Бор приходится около 10 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.