Бор (химич. элемент)

Бор (далее Б) (лат. Borum), В, элемент группы периодической системы номер 5, масса 10,811; серовато-черного цвета (очень чистый Б ( элемент) бесцветен). Природный Б ( элемент) состоит из двух стабильных изотопов: ¹⁰ (19%) и ¹¹ (81%). Ранее других известное соединение Б ( элемент) — бура — упоминается в сочинениях алхимиков под арабским названием "бурак" и латинским Borax, откуда и произошло наименование "бор". Свободный Б ( элемент) (нечистый) впервые получили французские химики Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар в 1808 нагреванием борного ангидрида ₂₃ с металлическим Общее содержание Б ( элемент) в земной коре 3•10^-4% по массе. В природе Б ( элемент) в свободном состоянии не обнаружен. Многие соединения Б ( элемент) широко распространены, особенно в небольших концентрациях. В виде боросиликатов, боратов, бороалюмосиликатов, а также как изоморфная примесь в других минералах Б ( элемент) входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Соединения Б ( элемент) найдены в нефтяных водах, морской воде, соляных озерах, горячих источниках, в вулканических и сопочных грязях, во многих почвах. О главных природных соединениях Б ( элемент), служащих для его промышленного получения, см. в ст. Баты природные.

Физические и свойства. Известно несколько модификаций Б ( элемент) Для двух из них рентгеноструктурным анализом удалось полностью определить структуру, которая в обоих случаях оказалась весьма сложной. Б ( элемент) образуют в этих структурах трехмерный каркас подобно в алмазе. Этим объясняется высокая твердость Б ( элемент) Однако строение каркаса в структурах Б ( элемент) гораздо сложнее, чем в алмазе. Основной структурной единицей в Б ( элемент) служат двадцатигранники (икосаэдры), в вершинах каждого из которых находятся 12 Б ( элемент) (рис., а). Икосаэдры соединяются между собой как непосредственно (рис., б), так и посредством промежуточных Б ( элемент), не входящих в состав какого-либо икосаэдра (рис., в). При таком строении оказывается, что Б ( элемент) в имеют разные координационные числа: 4, 5, 6 и 5 + 2 (5 ближних "соседей" и 2 более далеких). Т. к. на внешней оболочке Б ( элемент) находятся всего 3 электрона (электронная конфигурация 2s²2p), на каждую присутствующую в Б ( элемент) связь приходится существенно меньше двух электронов. В соответствии с современными представлениями, в Б ( элемент) осуществляется особый тип ковалентной связи — многоцентровая связь с дефицитом электронов. В соединениях ионного типа Б ( элемент) 3-валентен. Так называемый "аморфный" Б ( элемент), получаемый при восстановлении ₂₃ металлическим или имеет плотность 1,73 г/см³. Чистый Б ( элемент) имеет плотность 2,3 г/см³, температуру плавления 2075 °С, температуру кипения 3860 °С; твердость Б ( элемент) по минералогической шкале 9, микротвердость 34 Гн/м² (3400 кгс/мм²). Б ( элемент) — полупроводник. В обычных условиях он проводит электрический ток плохо. При нагревании до 800°С электрическая проводимость Б ( элемент) увеличивается на несколько порядков, причем знак проводимости меняется (электронная — при низких температурах, дырочная — при высоких) (см. Полупроводниковые материалы).

Б ( элемент) при обычных условиях довольно инертен (взаимодействует активно лишь с причем Б ( элемент) менее активен, чем аморфный. С повышением температуры активность Б ( элемент) возрастает и он соединяется с серой, галогенами. При нагревании на воздухе до 700 °С Б ( элемент) горит красноватым пламенем, образуя борный ангидрид ₂₃ — бесцветную стекловидную массу. При нагревании выше 900 °С Б ( элемент) с образует бора нитрид , при нагревании с углем — бора карбид ₄, с металлами — бориды. С Б ( элемент) заметно не реагирует; его гидриды (бороводороды) получают косвенным путем. При температуре красного каления Б ( элемент) взаимодействует с водяным паром: 2 + 3Н₂О = ₂₃ + 3₂. В кислотах Б ( элемент) при обычной температуре не растворяется, кроме концентрированной кислоты, которая окисляет его до борной кислоты ₃₃. Медленно растворяется в концентрированных растворах щелочей с образованием боратов.

Во ₃ и других галогенидах Б ( элемент) связан с галогенами тремя ковалентными связями. Поскольку для завершения устойчивой 8-электронной оболочки Б ( элемент) в галогениде BX₃ недостает пары электронов, молекулы галогенидов, особенно з, присоединяют молекулы других веществ, имеющие свободные электронные пары, например аммиака

В таких комплексных соединениях Б ( элемент) окружен четырьмя (или группами что соответствует характерному для Б ( элемент) в его соединениях координационному числу 4. Важные комплексные соединения Б ( элемент) — борогидриды, например (₄), и или борофтористоводородная, кислота (₄), образующаяся из ₃ и ; большинство солей этой кислоты ( растворимы в воде (за исключением солей К, , ). Общая особенность самого Б ( элемент) и его соединений — их сходство с и его соединениями. Так, борная кислота, подобно обладает слабыми кислотными свойствами и растворяется в с образованием газообразного ₃ ( дает ₄). Боводороды напоминают кремневодороды, а карбид Б ( элемент) — карбид и т.д. Представляет интерес особое сходство модификаций нитрида с графитом или алмазом. Это связано с тем, что В и по электронной конфигурации совместно имитируют 2 С (у В — 3 валентных электрона, у — 5, у двух С — по 4). Эта аналогия характерна и для других соединений, содержащих одновременно Б ( элемент) и Так, боразан ₃—₃ подобен этану СН₃—СН₃, а боразен ₂=₂ и простейший боразин º подобны соответственно этилену СН₂=СН₂ и ацетилену º. Если тримеризация ацетилена ₂₂ дает бензол ₆₆, то аналогичный процесс приводит от боразина к боразолу ₃₃₆ (см. также Борганические соединения).

Получение и применение. Элементарный Б ( элемент) из природного сырья получают в несколько стадий. Разложением боратов горячей водой или серной кислотой (в зависимости от их растворимости) получают борную кислоту, а ее обезвоживанием — борный ангидрид. Восстановление В₂О₃ металлическим дает Б ( элемент) в виде темно-бурого порошка; от примесей его очищают обработкой и плавиковой кислотами. Очень чистый Б ( элемент), необходимый в производстве полупроводников, получают из его галогенидов: восстанавливают ₃ при 1200°С или разлагают пары ₃ на проволоке, раскаленной до 1500°С. Чистый Б ( элемент) получают также термическим разложением бороводородов.

Б ( элемент) в небольших количествах (доли %) вводят в сталь и некоторые сплавы для улучшения их механических свойств; уже присадка к стали 0,001—0,003% Б ( элемент) повышает ее прочность (обычно в сталь вводят Б ( элемент) в виде ферробора, т. е. сплава с 10—20% Б ( элемент)). Поверхностное насыщение стальных деталей бором (до глубины 0,1—0,5 мм) улучшает не только механические свойства, но и стойкость стали против коррозии (см. Бирование). Благодаря способности изотопа ¹⁰В поглощать тепловые нейтроны, его применяют для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов, служащих для прекращения или замедления реакции деления. Б ( элемент) в виде газообразного ₃ используют в счетчиках нейтронов. (При взаимодействии ядер ¹⁰В с нейтронами образуются заряженные a-частицы, которые легко регистрировать; число же a-частиц равно числу нейтронов, поступивших в счетчик: ¹⁰₅ + ¹₀n = ⁷₃ + ⁴₂a) (см. также Нейтронные детекторы и индикаторы). Сам Б ( элемент) и его соединения — нитрид , карбид ₄, фосфид ВР и др. — применяют как диэлектрики и полупроводниковые материалы. Обширное применение находят борная кислота и ее соли (прежде всего бура), бориды и др. ₃ — катализатор некоторых органических реакций.

Лит.: Некрасов Б ( элемент) В., Основы общей химии, т. 2, М., 1967; Щукарев С. А., Лекции по курсу общей химии, т. 2, Л., 1964; Б, его соединения и сплавы, К., 1960.

В. Л. Василевский.

Б ( элемент) в организме. Б ( элемент) относится к числу элементов, которые в очень малых количествах содержатся в тканях растений и животных (тысячные и десятитысячные доли % на сухую массу). Б ( элемент) необходим для поддержания нормальной жизнедеятельности растений. Важнейший симптом недостатка Б ( элемент) — отмирание точки роста главного стебля, а затем и пазушных почек. Одновременно черешки и листья становятся хрупкими, цветки не появляются или не образуются плоды; поэтому при недостатке Б ( элемент) падает урожай семян. Известны многие болезни, связанные с недостатком Б ( элемент), например гниль сердечка свеклы, черная пятнистость столовой свеклы, побурение сердцевины брюквы и цветной капусты, засыхание верхушки льна, желтуха верхушки люцерны, бурая пятнистость абрикосов, опробковение яблок. При недостатке Б ( элемент) замедляется окисление аминирование продуктов углеводного обмена, синтез клеточных однако ферменты, для которых Б ( элемент) является необходимым элементом, пока неизвестны. По данным М. Я. Школьника, при недостатке Б ( элемент) у растений снижается содержание кислоты, а также нарушается процесс окислительного фосфорилирования, вследствие чего энергия, выделяющаяся при дыхании, не может быть использована для синтеза необходимых веществ. При недостатке Б ( элемент) в почве в нее вносят борные удобрения (см. Микроудобрения). В биогеохимических провинциях с избытком Б ( элемент) в почве (например, в Северо-Западном Казахстане) возникают морфологические изменения и заболевания растений, вызываемые накоплением Б ( элемент), — гигантизм, карликовость, нарушение точек роста и др. На почвах с интенсивным борным засолением встречаются участки, лишенные растительности, "плешины", — один из поисковых признаков месторождения Б ( элемент) Значение Б ( элемент) в организме животных пока не выяснено. У человека и животных (овец, верблюдов) при питании растениями с избыточным содержанием Б ( элемент) (60—600 мг/кг сухого вещества и более) нарушается обмен веществ (в частности, активность протеолитических ферментов) и появляется эндемическое заболевание желудочно-кишечного тракта — борный энтерит.

Лит.: Скок Дж., функция бора в растительной клетке, в кн.: Микроэлементы, пер. с англ., М., 1962; Ковальский В. В., Ананичев А. В., Шахова И. К., Бная биогеохимическая провинция Северо-Западного Казахстана, "Агрохимия", 1965, № 11.

В. В. Ковальский.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.