B · Element 5 · Boron group
A metalloid of extremes: harder than most metals, essential to plants, and the element that makes borosilicate glass survive a flame.
Строение
Это не схема 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 связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место бор занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 87 pm — that is 0.087 nm, so about 5747 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Бор is liquid over a 1925 K window, from 2348 K to 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 озадачивало человечество.
Задолго до открытия соединения бора привлекали внимание цивилизаций 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 «burak», а венецианские стеклоделы платили высокую цену за этот загадочный белый порошок, делавший их стекло кристально прозрачным.
Marco Polo 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 знали, что работают с соединениями неизвестного элемента.
Прорыв произошёл в один из самых бурных 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. Позднее 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 наполеоновской эпохи подтолкнуло обе команды к беспрецедентным достижениям.
Метод Davy был более изящным, но столь же опасным. Он пропускал электрический ток через расплавленную борную кислоту, осаждая на электроде небольшие количества коричневого вещества. В его подробных записях описан «тёмный порошок оливкового цвета», горевший ярким зелёным пламенем, — первое зафиксированное наблюдение характерного зелёного излучения бора.
Поначалу и французские, и английские химики с трудом подбирали название для своего открытия. Французская команда предложила слово «bore», происходящее от арабского «burak» (бура), а Davy предложил «boracium». Современное название «boron» возникло благодаря международному научному сотрудничеству и объединило 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 месторождения буры в Долине Смерти, получив прозвище «короля буры». Его знаменитые повозки, запряжённые двадцатью мулами, стали американской легендой, перевозя буру 165 миль через пустыню Мохаве до ближайшей железной дороги.
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. Военные подрядчики, такие как BAE Systems и General Dynamics, используют карбид бора в:
Невероятная способность бора поглощать нейтроны делает его идеальным материалом для управления ядерными реакциями. Поперечное сечение поглощения нейтронов у бора-10 в 1 000 раз больше, чем у большинства материалов:
Боросиликатное стекло преобразило лабораторную науку и потребительские товары. Corning Inc. произвела революцию в стеклоделии с помощью составов, обогащённых бором:
Бор — необходимый микроэлемент для растений, обеспечивающий формирование клеточных стенок и процессы размножения. Современное сельское хозяйство использует соединения бора для:
Откуда он берётся
10 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 69% of elements
Бор — один из самых редких элементов во Вселенной; его распространённость в земной коре составляет всего 10 частей на миллион. Эта редкость рассказывает увлекательную 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 расщепления космическими лучами, 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» космической активности лучей на протяжении миллиардов 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 калифорнийскому руднику Boron, 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 выгодных уровней — геотермальное поле Лардерелло в Италии было 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, губительное для других организмов.
Обращение
Бор и большинство соединений бора — это материалы с относительно низкой токсичностью по сравнению со многими промышленными химикатами. Однако для безопасного использования в лаборатории, промышленности и быту необходимы правильные процедуры обращения.
Острая токсичность: соединения бора обладают низкой острой токсичностью. LD₅₀ (смертельная 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 конкретных пределов воздействия элементарного бора, но рекомендует обращаться с ним как с вредной пылью.
Попадание в глаза: промывайте чистой водой в течение 15 минут; если раздражение сохраняется, обратитесь за медицинской помощью
Контакт с кожей: промойте водой с мылом, снимите загрязнённую одежду
Вдыхание: выйдите на свежий воздух; при затруднённом дыхании 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 согласно инструкции:
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 (symbol B) is element 5 on the periodic table, a металлоид 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.Бор 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 Бор is 10.81 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Бор has a density of 2.37 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of бор is about 2.4× heavier.
Бор 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.
Бор was discovered in 1808 by Davy, Gay-Lussac & Thenard. It is named after from borax, via Arabic buraq.
Бор makes up about 10 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.