B | 5 | Бор |
|||||||
to кип. (oС) | 3700 | Степ.окис. | +3 (+2) | ||||||
10,811 |
to плав.(oС) | 2075 | Плотность | 2340 | |||||
2s22p1 | ОЭО | 2,01 | в зем. коре | 0,005 % | |||||
Несмотря на давнее знакомство человека с соединениями бора, в более или менее чистом виде элемент был получен профессорами знаменитой французской Сорбонны Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром лишь в 1808 году. Они прокалили борную кислоту, а ангидрид восстановили калием и объявили об открытии нового элемента. Несколько месяцев спустя Гемфри Дэви получил его при электролизе расплавленного борного ангидрида. В конце
XIX века Анри Мауссан доказал, что Гей-Люссак, Тенар и Дэви получили продукт, в котором примерно одну треть составляли всевозможные примеси. В свою очередь ученый предложил магнийтермический способ, но и он давал чистоту не более 90 процентов. В 1858 году Фридрих Вёлер и Анри Этьен Сент-Клер Девиль установили, что бор существует в двух модификациях: кристаллической — алмазопо-добной и аморфной — похожей на графит. Но в 1876 году немецкий химик В. Гампе опубликовал статью, где утверждал, что алмазоподобная модификация бора — сплав AlB12. Через несколько лет К. Жоли разгадал состав графитоподобного бора — B48C2Al. Формулы Гампе и Жоли вызвали переполох в ученом мире. Еще бы! Классическая теория валентности была посрамлена. Но ведь тогда не знали, что атомы бора образуют не только ионные, но и ковалент-ные связи, что атомы бора могут соединяться в цепочки, образовывать сетчатые структуры. Все это было открыто и доказано много позже. А пока...В 1909 году американец Э. Вайнтрауб восстановил хлорид бора на электрической дуге и получил металл, где примесей было не более процента. Он описал свойства полученного бора, важнейшие константы. Опыты Вайнтрауба были проверены целой группой ученых. И что же? Разброс полученных данных был так велик, что вопрос о свойствах элементарного бора остался открытым. Даже сейчас сведения о поведении и «внешности» чистого металла довольно противоречивы. Не установлены достоверно, скажем, температура плавления и кипения.
Из сказанного ясно, что чистота металла имеет исключительное значение для описания его свойств.
По своему химическому «темпераменту» бор не уступает углероду, хотя и менее «уравновешен». Он питает особые «симпатии» к так называемым электроотрицательным элементам (кислород, хлор и другие), а с остальными ведет себя «заносчиво».
Несмотря на сложность получения относительно чистого металла, элемент № 5 имеет определенные заслуги перед техническим прогрессом. Из бора делают регулирующие стержни в атомных реакторах с медленными нейтронами. Широко используется он и в счетчиках для обнаружения и регистрации нейтронных излучений.
Все шире применяется элемент № 5 в металлургии. Мизерные (5-10~
4 процента) добавки его к стали увеличивают глубину ее закалки, а следовательно, и прочность. Вместе с этим применяется и насыщение бором поверхностного слоя стальных изделий, после чего они становятся коррозионно-устойчивыми. Технологию борирования разработал в 1915 году русский ученый Н. П. Чижевский. При выплавке меди бор лучше всех очищает ее от растворенных газов.Полимерный карбид бора (В
12С3), который впервые получил А. Муассан, применяется для обработки твердых сплавов, ибо по твердости он приближается к алмазу. С повышением температуры свойства материала не изменяются. Это объясняется полимерным строением молекулы. С помощью современных методов анализа доказано, что формула карбида бора выглядит так: (В12С3)n. Связи между атомами— ковалентные — самые прочные из всех химических связей. Карбид бора начинает размягчаться лишь при температуре 2250 градусов.Большой интерес представляет соединение бора с азотом — белый графит. Его используют качестве твердой высокотемпературной смазки. При температуре 1400 градусов и давлении 60 тысяч атмосфер происходит перестройка структуры молекул белого графита. Образующиеся при этом мелкие невзрачные кристаллы могут царапать алмаз. Это боразон. Он более термостоек, чем алмаз (разлагается около 2000 градусов, а алмаз — при 850), и менее хрупок.
Соединения бора с водородом были открыты еще в 1881 году. Бороводороды (бораны) нестойки, ядовиты и на первый взгляд странно построены: В
2Н6, В4Н10, B5H9, В10Н14. Строение некоторых боранов можно объяснить образованием полимерных цепочек. Но в этом случае им следовало быть более стабильными. Так в чем же дело?Картина стала проясняться гораздо позже. Толчок дали военные ведомства. Они обратили внимание на то, что теплота сгорания бора (14170 ккал/кг) вдвое выше, чем углерода. То есть замена привычного углеводородного топлива бороводородным должна дать колоссальный эффект. Вес и габариты летательных аппаратов уменьшатся, а скорость и полезная нагрузка увеличатся. Видимо, это дело будущего. И вот почему. При сгорании-углеводородов образуются газообразные продукты: диоксид углерода и вода. Иначе обстоит дело с бороводородами. Кроме воды в реакции образуется твердый борный ангидрид, который может забить сопло, и тогда произойдет взрыв. Необходимо найти стабилизаторы для нового топлива и способы избавления от оксида бора. Производные бороводородов, в которых атомы водорода заменены на органические радикалы, применяются, и успешно. Правда, теплота сгорания у них меньше, но они менее ядовиты и более стабильны.
Соединения бора используются для получения высококачественного стекла. Эмали и глазури, которыми покрываются фаянсовые и фарфоровые сервизы, приготовлены с их участием. В медицине бура и борная кислота применяются в качестве дезинфицирующих средств. Антисептиками, содержащими элемент № 5, пропитывают древесину для защиты ее от гниения, придания ей огнестойкости. В текстильной промышленности бурой закрепляют протравы на тканях и отбеливают их. Бор содержат некоторые краски и лаки, улучшающие вид обуви и продлевающие срок ее службы. Бор используется при вулканизации изделий из каучука, где он в 6—8 раз эффективнее серы.
Велика роль бора и в жизни растений. Он помогает им накапливать хлорофилл в листьях. Ничтожная порция этого элемента предохраняет свеклу от болезни, именуемой «гнилью сердечка». Выяснилось также, что при нехватке бора однодольные злаки не дают семян.
Ученые давно уже пытаются выявить роль элемента № 5 в жизни растений. Однако их эксперименты долго не давали нужных результатов. Дело в том, что бор не входит в состав ферментов зеленых организмов, подобно цинку, меди, кобальту, йоду или молибдену. Поэтому механизм его действия не проявляется явно. Лишь в последнее время наметились обнадеживающие сдвиги. Ленинградский профессор М. Школьник, например, заметил, что при недостатке элемента № 5 ростки подсолнечника отмирают, едва появившись из семечка. Серией тончайших опытов он выявил такую закономерность: если в почве мало бора, то фермент, окисляющий в растениях фенолы, становится чересчур активным, делая их весьма токсичными. Они-то и губят ростки. Значит, подкармливая подсолнечник бором, можно получать устойчивые урожаи маслосемян. Прекрасно он действует и на морковь, люцерну, клевер, капусту, томаты, лен.
Многие поля Нечерноземья нуждаются в известковании. Таким путем снижается вредная для многих сельскохозяйственных культур кислотность в почве. Но при этом известь «связывает» бор. Как же быть? Специалисты нашли выход:
известкованию должно обязательно сопутствовать удобрение бором.
Как уже говорилось, соединения бора известны людям давно. О них, в частности, упоминают легендарный Джабир-ибн-Хайям и другие арабские алхимики. Оттуда ведет свое происхождение и название элемента («борак» по-арабски означает «блестеть»).
Несколько слов о распространенности элемента № 5 в земных недрах. О боре не скажешь, что он рассеян по белу свету, как рубидий, или редок, как гафний или лютеций. 3
10-4 весового процента приходится на долю его атомов. Число, выражающее запасы бора в тоннах, выглядит еще солиднее. Судите сами: бора в 250 раз больше, чем серебра.