Pogled na pol-kovinski bor
Boron je izredno trden in toplotno odporen polkroglic, ki ga lahko najdemo v različnih oblikah in se pogosto uporablja v spojinah, da vse naredi od bleščev in stekla do polprevodnikov in kmetijskih gnojil.
Lastnosti borov so:
- Atomski simbol: B
- Atomska številka: 5
- Element Kategorija: Metalloid
- Gostota: 2,08 g / cm3
- Tališče: 3769 F (2076 ° C)
- Vrelišče: 7101 F (3927 C)
- Trdota Moha: ~ 9,5
Značilnosti Borona
Elementalni bor je alotropni polklem, kar pomeni, da lahko sam element obstaja v različnih oblikah, vsak s svojimi fizičnimi in kemičnimi lastnostmi. Nekatere lastnosti bora so, podobno kot druge polkroge (ali metaloidi), kovinske po naravi, medtem ko so druge bolj podobne nekovinam.
Borov visoke čistosti obstaja bodisi kot amorfni temno rjavi do črni prašek ali temna, sijajna in krhka kristalna kovina.
Zelo trdo in odporno na vročino, bor je slabi prevodnik električne energije pri nizkih temperaturah, to pa se spreminja, ko se temperature dvignejo. Medtem ko je kristaliničen bor zelo stabilen in ni reaktiven s kislinami, amorfna verzija počasi oksidira v zraku in lahko močno reagira v kislini.
V kristalinični obliki je bora drugi najtežji element (le za ogljikom v obliki diamantov) in ima eno najvišjih temperatur taljenja. Podobno kot ogljik, pri katerem zgodnji raziskovalci pogosto zamegljajo element, bor tvori stabilne kovalentne vezi, ki jih je težko izolirati.
Element št. 5 ima tudi sposobnost vpijanja velikega števila nevtronov, zaradi česar je idealen material za jedrske kontrolne palice.
Nedavne raziskave so pokazale, da ko je super ohlajen, boro tvori še popolnoma drugačno atomsko strukturo, ki ji omogoča, da deluje kot superprevodnik.
Zgodovina Borona
Medtem ko je odkritje bora pripisano tako francoskim kot angleškim kemikom, ki so v začetku 19. stoletja raziskovali boratne minerale, se domneva, da čisti vzorec elementa ni bil proizveden šele leta 1909.
Borni minerali (pogosto imenovani borati) pa so jih ljudje že stoletja uporabljali. Prva zabeležena uporaba boraxa (naravno prisotnega natrijevega borata) so bili arabski zlatarji, ki so uporabili spojino kot tok za čiščenje zlata in srebra v 8. stoletju
Prav tako se je izkazalo, da se uporabljajo glazure na kitajski keramiki iz 3. do 10. stoletja AD.
Sodobne uporabe Borona
Izum toplotno stabilnega borosilikatnega stekla v poznih 1800-ih je zagotovil nov vir povpraševanja po mineralnih boratih. Z uporabo te tehnologije je Corning Glass Works predstavil kuhinjsko posodo iz stekla Pyrex leta 1915.
V letih po vojni so vloge za bor vključevale vedno večje število industrij. Boronski nitrid se je začel uporabljati v japonski kozmetiki, leta 1951 pa je bila razvita proizvodna metoda za borna vlakna. Prvi jedrski reaktorji, ki so se v tem času pojavili na spletu, so v kontrolnih palicah uporabili tudi bor.
Leta 1986 je takoj po jedrski nesreči v Černobilu v reaktorju odloženih 40 ton bornih spojin, da bi pomagali nadzirati sproščanje radionuklidov.
V zgodnjih osemdesetih letih je razvoj visoko zmogljivih trajnih magnetov redkih zemelj nadalje ustvaril velik nov trg za element.
Vsako leto se vsako leto proizvede več kot 70 metričnih ton magnetov neodim-železo-bor (NdFeB) za vse, od električnih avtomobilov do slušalk.
Konec devetdesetih let se je borno jeklo začelo uporabljati v avtomobilih za krepitev konstrukcijskih komponent, kot so varnostne palice.
Proizvodnja Borona
Čeprav v zemeljski skorji obstaja več kot 200 različnih vrst boratnih mineralov, le štiri predstavljajo več kot 90 odstotkov komercialne ekstrakcije bora in bornih spojin: tincal, kernite, colemanite in uleksite.
Za izdelavo sorazmerno čiste oblike borovega prahu je borni oksid, ki je prisoten v mineralu, segrevan z magnezijevim ali aluminijevim fluksom. Zmanjšanje proizvede elementarni borni prašek, ki je približno 92-odstotni čist.
Čisti bor lahko proizvedemo z nadaljnjim zmanjševanjem bornih halidov z vodikom pri temperaturah nad 1500 ° C (2732 ° F).
Borov visoke čistosti, ki je potreben za uporabo v polprevodnikih, lahko naredimo tako, da razgradimo diboran pri visokih temperaturah in rastočih enojnih kristalih skozi taljenje cone ali Czolchralski metodo.
Aplikacije za Boron
Več kot šest milijonov metričnih ton mineralov, ki vsebujejo bore, vsako leto izkopljejo, velika večina teh se porabi kot borne soli, kot so borna kislina in boron oksid, pri čemer se zelo malo pretvori v elementarni bor. Dejansko se vsako leto porabi le približno 15 metričnih ton elementarnega bora.
Širokost uporabe borovih in bornih spojin je zelo široka. Nekateri ocenjujejo, da obstaja več kot 300 različnih končnih uporab elementov v različnih oblikah.
Pet glavnih uporab je:
- Steklo (npr. Termično stabilno borosilikatno steklo)
- Keramika (npr. Glazura iz ploščic)
- Kmetijstvo (npr. Borova kislina v tekočih gnojilih).
- Detergenti (npr. Natrijev perborat v detergentih za pranje perila)
- Belji (npr. Gospodinjski in industrijski odstranjevalci madežev)
Boronske metalurške aplikacije
Čeprav ima kovinski boran zelo malo uporab, je element zelo cenjen v številnih metalurških aplikacijah. Z odstranjevanjem ogljika in drugih nečistoč pri vezavi na železo lahko majhna količina bora samo nekaj delov na milijon, dodanih jeklom, lahko štirikrat močnejša od povprečnega jekla z visoko trdnostjo.
Zmožnost elementa za raztapljanje in odstranjevanje kovinskega oksidnega filma je tudi idealna za varjenje fluksov. Boron triklorid odstranjuje nitride, karbide in oksid iz staljene kovine. Kot rezultat, se borni triklorid uporablja pri izdelavi aluminija, magnezija, cinka in bakrovih zlitin.
Pri metalurgiji prahu prisotnost kovinskih boridov poveča prevodnost in mehansko moč. Pri železnih izdelkih njihova obstojnost poveča odpornost proti koroziji in trdoto, medtem ko v titanovih zlitinah, ki se uporabljajo v jetnih okvirjih in turbinskih delih, boridi povečujejo mehansko moč.
Borna vlakna, ki so narejena z odlaganjem hidridnega elementa na volframovo žico, so močna, lahka konstrukcijska masa, primerna za uporabo v aerospace aplikacijah, kot tudi palice za golf in visoke natezne trakove.
Vključitev bora v magnet NdFeB je ključnega pomena za funkcijo trajnih magnetov visoke trdnosti, ki se uporabljajo v vetrnih turbinah, elektromotorjih in široko paleto elektronike.
Boronova nagnjenost k absorpciji nevtronov omogoča uporabo v jedrskih kontrolnih palicah, sondirnih ščitnikih in detektorjih nevtronov.
Končno, borov karbid, tretja najtrša znana snov, se uporablja pri izdelavi različnih oklopov in neprebojnih telovnikov, kot tudi abrazivov in obrabnih delov.
Viri:
Chemicool. Boron
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Informacije o mineralih. Boron
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/