|
Dobivanje bora:
Elementarni bor je vrlo teško dobiti u čistom stanju. Industrijski se dobiva redukcijom oksida, hidrida i halogenida bora. Pri industrijskoj proizvodnji bora redukcijom oksida, polazeći od boraksa, najprije se dobije ortoboratna kiselina i borov oksid, B2O3. Nastali oksid reducira se natrijem ili magnezijem pri čemu se smjesa borovog oksida i magnezija ili natrija ulaže u peć prethodno ugrijanu do crvenog usijanja. Pri tom nastaje elementarni bor kao crn amorfan prah prema reakciji:
B2O3 + 3Mg -> 2B + 3MgO
Kristalizirani bor može se dobiti prolazom smjese para borovog tribromida i vodika preko užarene tantalove žice (1100 - 1300°C). Pri navedenoj temperaturi tribromid se reducira, a na tantalovoj žici talože se kristali elementamog bora čistoće veće od
99% prema reakciji:
2BBr3 + 3H2 -> 2B + 6HBr
Svojstva i upotreba bora:
Bor se javlja u amorfnom i kristalnom obliku. Amorfni bor je žutosmeđe boje i postojan je na temperaturama ispod 800°C. Kristalni oblik ima tri modifikacije: alfa-rompski bor koji nastaje na temperaturi iznad 1300°C, crnosive je boje i izvanredno tvrd, beta-rompski bor postojan je na temperaturama između 800 i 1000°C, tamnocrvene je boje, dok je treća modifikacija tetragonski bor koji je postojan na temperaturama između 1100 - 1300°C.
Kristalizirani bor je kemijski izuzetno inertan, reagira s drugim tvarima tek kod povišenih temperatura. Ne reagira s kisikom na temperaturi od 750°C, a sa vodom niti pri 100°C. Od kiselina reagira, i to vrlo polagano, samo s vrućom koncentriranom dušičnom i sumpornom kiselinom, a isto tako i s alkalijama. S rastaljenim natrijevim hidroksidom reagira samo iznad 500°C, a s klorom pri 550°C tek počinje reagirati. Slabo vodi električnu struju, ali s porastom temperature vodljivost mu se povećava. Amorfni borov prah je prilično reaktivan u odnosu na kristalni bor. S fluorom reagira već na sobnoj temperaturi, s klorom na 400°C, zagrijan na zraku sam se zapali kod 700°C pri čemu plamen ima karakterističnu zelenu boju. Praškasti bor je vrlo jako oksidacijsko sredstvo, osobito pri višim temperaturama. S koncentriranom dušičnom i sumpornom kiselinom oksidira se do ortoboratne kiseline, taljenjem s alkalijskim hidroksidom uz prisutnost zraka daje odgovarajuće alkalijske borate.
Elementarni bor upotrebljava se najviše u metalurgiji za uklanjanje kisika i dušika iz metala, za dodavanje čelicima radi poboljšanja svojstava termičke obrade, mehaničkih svojstava i otpornosti prema koroziji. Koristi se i za proizvodnju vatrostalnih i kemijski otpornih borida i specijalnih legura. Bor se upotrebljava kao materijal za izradu kontrolnih šipki nuklearnih reaktora kojima se regulira tijek i intenzitet reakcije. Razlog tome je velika moć apsorpcije termalnih neutrona u reaktoru koja je posljedica visokog udarnog presjeka borovih jezgara. Iz istog se razloga koristi za zaštitu od zračenja (poglavito neutronskog), u detektorima neutrona, a u medicini za otkrivanje i ispitivanje tumora na mozgu.
Spojevi bora:
Bor stvara spojeve u kojima ima oksidacijski broj +3. Međutim, može praviti i spojeve s negativnim oksidacijskim brojem (boride) u kojima je oksidacijski stupanj bora neodređen. Ustanovljeno je da nijedan od njih ne sadrži ione bora s negativnim nabojem. Takvi su na primjer boridi: CaB6, AlB12, NiB, Be2B, TiB2, VB2, MoB, MoB2, W2B, WB, NbB2.
Boridi su tvari koje imaju lančanu, dvostruku lančanu ili lisnatu strukturu. Mnogi od njih odlikuju se lijepim kristaličnim izgledom. Poput metala dobri su vodiči elektriciteta, imaju pozitivni temperaturni koeficijent električnog otpora i niski koeficijent termičkog širenja. Imaju visoko talište, a odlikuju se i velikom tvrdoćom. Kemijski su vrlo stabilni. Na njih ne djeluju neoksidirajuće kiseline, a otapaju se u dušičnoj i vrućoj sumpornoj kiselini. Mogu se dobiti na više načina: izravnom sintezom elemenata, redukcijom oksida ili borata viškom metala, elektrolizom taline koja sadrži smjesu oksida bora i metalnog oksida otopljenih u rastaljenoj soli ili taloženjem iz plinovite faze.
Upotrebljavaju se za izradu reznih alata, kliznih kontakata i druge elemente u elektrotehnici i nuklearnoj tehnici, a neki imaju potencijalne primjene za zaštitne prevlake raketnih i mlaznih motora i visokotemperaturnih turbina. Poznate su dvije skupine borovih halogenida: trihalogenidi (BX3) didiborovi tetrahalogenidi (subhalogenidi, B2X4). Najznačajni je plinoviti trifluorid (BF3) koji otapanjem u vodi daje jaku tetrafluoroboratnu kiselinu (HBF 4) i triklorid (BCI3) koji također brzo reagira s vodom dajući bornu kiselinu i klorovodik. Upotrebljavaju se kao katalizatori pri polimerizaciji, kao izvor bora pri boriranju metala iz plinovite faze itd.
Posebnu skupinu spojeva bora čine borani. Prvih šest dobio je i okarakterizirao ih utemeljitelj kemije bora Alfred Stock (1912.-1936.), a tek dvadeset godina kasnije pripremljeni su i proučeni i drugi borani. Svi borani su prema kemijskom sastavu i strukturi iznenađujući spojevi. Smatraju se spojevima koji sadrže tzv. tricentričnu vezu. Ta se veza sastoji od jednog elektronskog para koji obuhvaća tri atoma što bi se moglo dovesti u sklad s teorijom molekulskih orbitala. Tako se npr. u diboranu nalaze dvije takve tricentične veze, od kojih se svaka sastoji od dva elektrona koji obuhvaćaju dva atoma bora i jedan od srednjih atoma vodika.
Borani su bezbojni, otrovni spojevi neugodna mirisa koji udisanjem uzrokuju glavobolju i mučninu. Pri sobnoj temperaturi javljaju se u sva tri agregatna stanja: plinovit je npr. B2H6; tekućine su B5H9 B5H11, B6H1o i B9H15, a B10H14 je krutina. Plinoviti borani i pare tekućih borana u prisutnosti nečistoća i na vlažnom zraku mogu se zapaliti eksplozivno pri čemu je reaktivnost borana različita i opada s molekulskom masom. Zbog toga se sva ispitivanja borana moraju raditi u vakuumu ili atmosferi suhog inertnog plina. Pri sobnoj temperaturi su nepostojani i raspadaju se većom ili manjom brzinom. Otapaju se u brojnim organskim otapalima, a sa sumpornom kiselinom ne reagiraju.
Općenito, borani se dobivaju djelovanjem klorovodične ili fosforne kiseline na magnezijev borid (Mg3B2). Ovom se metodom zapravo dobiva smjesa borana koji se mogu izdvajati ukapljivanjem ili frakcijskom destilacijom. Na ovaj način jedino se diboran ne može dobiti jer reagira s vodom dajući ortoboratnu kiselinu i elementarni vodik. Diboran se može dobiti reakcijom između litijevog aluminijevog hidrida i borovog klorida u bezvodnom eteru. Diboran se upotrebljava za dobivanje viših borana, za polimerizaciju olefina i epoksida te za proizvodnju vrlo čistog elementarnog bora pirolizom.
Viši borani mogli bi se upotrijebiti kao gorivo za rakete i mlazne zrakoplove, ali se ne koriste zbog visoke cijene, teškog uklanjanja proizvoda izgaranja i nepostojanja odgovarajućih strojeva koji bi u potpunosti mogli iskoristiti oslobođenu energiju. Poznati su i razni derivati borana u kojima je vodik zamijenjen nekom skupinom (npr. etilnom), a koriste se kao katalizatori i umreživači nekih polimera.
Borov karbid (B4C) proizveden je u tvrtki "Norton" 1934. g. i došao na tržište pod imenom norbid. Tvori crne, sjajne, romboedarske kristale. Izvanredno je tvrd pa reže čak i dijamant! Otporan je prema kalijevom nitratu i dušičnoj kiselini, ali se lako otapa u alkalijskim hidroksidima. S klorom i kisikom polagano reagira na temperaturi ispod 1000°C. Upotrebljava se u gradnji mlaznica propulzivnih letjelica, raketa, i plinskih turbina, za gradnju bioloških štitova u nuklearnoj tehnici, za dezoksidaciju i čišćenje bakra i bakrenih legura.
Borov oksid (anhidrid borne kiseline, B2O3) bijel je, čvrst kristal ili staklasta tvar. Nagriza većinu metala i legura pri visokoj temperaturi (iznad 1000°C), a otapa većinu
metalnih oksida dajući karakteristično obojeno staklo. Otapa se u vodi uz razvijanje topline dajući bornu kiselinu. Upotrebljava se: za proizvodnju specijalnih stakala s malim koeficijentom ekspanzije, kao sastojak specijalnih emajla, za proizvodnju
metalnih borata i borida te kao katalizator u organskim reakcijama.
Borna kiselina (H3BO3) u prirodi se pojavljuje u slobodnom stanju u vulkanskim izvorima vodene pare ("sofionima" ili "fumarolima") u srednjoj Italiji (Toskana). Kristalizira u ljuskastim, sjajnobijelim prozirnim kristalima masna opipa. Upotrebljva se za proizvodnju borovih legura, stakla i emajla, za impregnaciju tkanina (jer smanjuje zapaljivost), kao dodatak puderu i vazelinu, kao sastojak masti protiv upale kože i sluznice, za konzerviranje ribe, a 3% otopina služi kao antiseptik za ispiranje očiju.
Dinatrijev tetraborat dekahidrat (Na2B4O7 x 10H2O, boraks) tehnički je najvažniji spoj bora. Kristalizira u velikim monoklinskim prozirnim kristalima koji mogu biti bezbojni ili blijedoplavkasti,
a imaju sladunjav i lužnat okus. Pri temperaturi od 80°C gubi osam molekula vode, a pri 350°C gubi svu vodu. Otapa metalne okside, ima baktericidno i fungicidno djelovanje i inhibitor je hrđanja. Ima vrlo široku i raznoliku primjenu. Upotrebljava se za proizvodnju boratne kiseline i drugih spojeva bora, vatrostalnog materijala, emajla, deterdženata i sapuna, prevlaka za papir i boja za tapete. Koristi se i kao emulgator i blago alkalno dezinfekcijsko sredstvo, za konzerviranje drveta i sirove kože, za sprečavanje razvijanja bakterija i plijesni u vodi za hlađenje, za inhibiranje korozije, kao herbicid i insekticid te kao izvor bora u umjetnim gnojivima. U analitičkoj kemiji upotrebljava se za raščinjavanje krutih netopljivih uzoraka.
Bezvodni natrijev tetraborat (Na2B4O7) važan je jer staklasta talina ovog spoja otapa na visokoj temperaturi mnoge okside metala stvarajući karakteristično obojenje, što se u analitičkoj kemiji koristi za dokazivanje metalnih oksida. Hlađenjem talina ovih smjesa nastaju stakla karakterističnih obojenja ("boraksova biserka"). Upotrebljava se u proizvodnji kvalitetnog stakla, emajla i glazura, pri lemljenju metala itd.
Perborati su zapravo spojevi borata i vodikovog peroksida u kojima je jedna molekula vode zamijenjena jednom molekulom H2O2. Otopine perborata pokazuju osobine vodikovog peroksida i blago lužnatu reakciju borata. Koriste se za dobivanje sredstava za pranje i bijeljenje vune, svile, slonove kosti, kose itd.
|
Info
ovosti
Općenito
o elementu
