Bor

Bor (B, łac. borium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 5, półmetal z bloku p układu okresowego.

Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia słowa „bor”. Pierwiastka bor (l.a. 5) nie należy mylić z pierwiastkiem bohr (l.a. 107).

Bor

beryl ← bor → węgiel
– ↑ B ↓ Al 5 B
Wygląd
czarny błyszczący (krystaliczny) brązowy (amorficzny)
Widmo emisyjne boru
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	bor, B, 5 (łac. borium)
Grupa, okres, blok	13 (IIIA), 2, p
Stopień utlenienia	III
Właściwości metaliczne	półmetal
Właściwości tlenków	lekko kwaśne
Masa atomowa	10,81 ± 0,02[1][a]
Stan skupienia	stały
Gęstość	2340 kg/m³[2]
Temperatura topnienia	2075 °C[2]
Temperatura wrzenia	4000 °C[2]
Numer CAS	7440-42-8
PubChem	5462311
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny 85 (87) pm 82 pm Konfiguracja elektronowa [He]2s22p1 Zapełnienie powłok 2, 3 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 2,04 2,01 Potencjały jonizacyjne I 800,6 kJ/mol II 2427,1 kJ/mol III 3659,7 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 489,7 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 0,348 Pa (2573 K) Konduktywność 1,0×10−4 S/m Ciepło właściwe 1026 J/(kg·K) Przewodność cieplna 27,4 W/(m·K) Układ krystalograficzny trójskośny Twardość • w skali Mohsa 9,3 Prędkość dźwięku 16200 m/s (293,15 K) Objętość molowa 4,39×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 8B {syn.} 772 ms w.e., α 18 4He 10B 19,9% stabilny izotop z 5 neutronami 11B 80,1% stabilny izotop z 6 neutronami
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-10-02] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanej karty charakterystyki Uwaga Zwroty H H302 Zwroty P brak zwrotów P NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[3] 0 1 0
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Charakterystyka

Bor pod względem chemicznym przypomina krzem i węgiel, gdyż tworzy borowodory – analogi węglowodorów i krzemowodorów. Reakcja boru z gorącym, stężonym kwasem azotowym prowadzi do utworzenia kwasu borowego H
3BO
3. Bor tworzy kompleksy z alkoholami polihydroksylowymi, reakcja kwasu borowego z mannitolem jest jednym ze sposobów oznaczania zawartości boru w próbce.

Odmiany alotropowe

Bor ma liczne odmiany alotropowe:

• amorficzne – brązowy proszek lub czarne szkliwo,
• krystaliczne – czarne, bardzo twarde (ponad 9 w skali Mohsa) i odporne chemicznie kryształy. Zawierają one w swej strukturze dwudziestościenne grupy atomów boru, tzn. B₁₂^[4].

Poza tym otrzymano, lub analizowano teoretycznie, liczne borowe nanostruktury, z których niektóre mogą stanowić kolejne odmiany alotropowe. Wśród nich są struktury płaskie („dwuwymiarowe” borofeny)^[5][6][7][8], liniowe („jednowymiarowe”)^[9] oraz niewielkie cząsteczki („zerowymiarowe” borosfereny)^[10].

Zastosowanie

Kryształ boraksu (boranu sodu) - popularnego środka czyszczącego i owadobójczego (jest trujący dla mrówek)

Bor w postaci wolnego pierwiastka stosuje się jako domieszkę do półprzewodników, natomiast związki boru znajdują zastosowanie w postaci lekkich materiałów, nietoksycznych środków owadobójczych i konserwantów oraz odczynników dla syntezy chemicznej.

W technice jądrowej stosowany w produkcji szkła ochronnego, liczników borowych i prętów regulacyjnych reaktorów jądrowych (z uwagi na duży przekrój czynny na pochłanianie neutronów – ok. 75 000 fm²).

Odkrycie

Czysty bor wyizolowało w 1808 jednocześnie trzech chemików:

• Humphry Davy (przez elektrolizę kwasu borowego),
• Joseph Louis Gay-Lussac,
• Louis Jacques Thénard (w reakcji potasu z tlenkiem boru B
  2O
  3)^[11].

Występowanie

Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0009%. Ważniejsze minerały boru to: boraks, kernit, kolemanit i aszaryt.

Stabilne izotopy to ¹⁰B (19%) oraz ¹¹B (81%). W naturze nigdy nie występuje jako wolny pierwiastek, jego głównym źródłem jest boraks.

Źródłem boru we Wszechświecie jest głównie proces spalacji^[12], w którym jądra innych pierwiastków ulegają reakcjom jądrowym w wyniku zderzeń z promieniowaniem kosmicznym.

Związki boru wykryto na Marsie, w kraterze Gale’a. Osadziły się one tam prawdopodobnie w obecności wody^[13].

Z punktu widzenia odżywiania, bogatym źródłem boru są świeże warzywa i owoce, a wśród tych ostatnich przede wszystkim orzechy.

Otrzymywanie

Bor dla potrzeb przemysłu półprzewodnikowego jest otrzymywany przez rozkład diboranu w wysokiej temperaturze, a następnie oczyszczany metodą Czochralskiego lub topienia strefowego^[14].

Związki

Z tym tematem związana jest kategoria: związki boru.

Chemia nieorganiczna boru bywa określana jako najbardziej złożona spośród wszystkich pierwiastków^[15]. Najczęściej przyjmuje on stopień utlenienia III^[16]. W zdecydowanej większości związków jest on trójwiązalny, ma przy tym zdolność do tworzenia związków z wiązaniami wielocentrowymi^[15] (jednym z przykładów jest diboran, B
2H
6, zawierający trójcentrowe-dwuelektronowe wiązania B−H−B). Znana jest bardzo duża liczba jego związków, zwłaszcza borków metali, o bardzo zróżnicowanej stechiometrii, od M
5B do MB
66 (a nawet >100)^[15], które nie są zgodne ze standardowymi koncepcjami wiązania chemicznego^[17]. Przykłady tego typu związków to B
4C, FeB, Mn
4B, Pd
5B
2 i wiele innych^[15][17]. Atomy boru w takich związkach mogą być izolowane lub tworzyć rozmaite układy zawierające wiązania B−B: pary, łańcuchy proste, rozgałęzione i podwójne, warstwy i sieci trójwymiarowe^[18]. Znanych jest też wiele układów niestechiometrycznych o zmiennym składzie^[15].

Związki boru wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie^[19]. Oksoborany są w większości słabo rozpuszczalne (poza solami potasowców)^[20], jednak żaden ze związków boru nie strąca się w sposób ilościowy, co stanowi problem w oczyszczaniu ścieków^[19].

Przykładowe związki boru:

• borowodorek sodu NaBH
  4
• borowodory, np. diboran B
  2H
  6
• borazol (tzw. nieorganiczny benzen) B
  3N
  3H
  6
• trifluorek boru BF
  3, trichlorek boru BCl
  3, tribromek boru BBr
  3
• tlenek boru B
  2O
  3, kwas borowy H
  3BO
  3
• boran trietylu BEt₃
• związki boroorganiczne

Lotne związki boru barwią płomień na kolor zielony^[20][21].

Znaczenie biologiczne

Bor, będąc pierwiastkiem śladowym, jest niezbędny dla roślin i zwierząt^[22]. U roślin odpowiada za transport związków organicznych w łyku (głównie cukrów), wpływa na prawidłowy wzrost łagiewki pyłkowej (jego brak powoduje zahamowanie jej wzrostu), wpływa na wytworzenie elementów płciowych u roślin. Jest pierwiastkiem, który bardzo trudno przemieszcza się w roślinie. Jego niedobór może powodować zgorzel liści sercowych i suchą zgniliznę korzeni buraka.

Bor ma również wpływ na organizm człowieka, przede wszystkim na jego kościec. Przypuszcza się, iż jest niezbędny do prawidłowej gospodarki wapniowej organizmu. Razem z wapniem, magnezem i witaminą D reguluje metabolizm, wzrost, rozwój tkanki kostnej.

Jego niedobór powoduje utratę wapnia i demineralizację kości.

W większych ilościach związki boru, szczególnie lotne, są trujące.

Uwagi

1. Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi [10,806; 10,821]. Z uwagi na zmienność abundancji izotopów pierwiastka w naturze, wartości w nawiasach klamrowych stanowią zakres wartości względnej masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka. W dostępnych komercyjnie produktach mogą występować znaczne odchylenia masy atomowej od podanej, z uwagi na zmianę składu izotopowego w rezultacie nieznanego bądź niezamierzonego frakcjonowania izotopowego. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.