Pohled na polokovový bór
Bór je extrémně tvrdý a žáruvzdorný polokov, který lze nalézt v různých formách a je široce používán ve směsích pro výrobu všeho od bělení a skla po polovodiče a zemědělské hnojivo.
Vlastnosti boru jsou:
- Atomový symbol: B
- Atomové číslo: 5
- Prvek Kategorie: Metalloid
- Hustota: 2,08 g / cm3
- Bod tání: 3769 F (2076 ° C)
- Bod varu: 7101 F (3927 ° C)
- Moh 's tvrdost: ~ 9.5
Charakteristika borů
Elementární bór je alotropický polokov, což znamená, že samotný prvek může existovat v různých formách, z nichž každý má své vlastní fyzikální a chemické vlastnosti. Stejně jako ostatní polokovy (nebo metaloidy) mají některé vlastnosti boru kovovou povahu, zatímco jiné jsou více podobné nekovům.
Vysoce čistý bór existuje buď jako amorfní tmavě hnědý až černý prášek nebo jako tmavý, lesklý a křehký krystalický kov.
Mimořádně tvrdé a odolné vůči teplu, bór je špatný vodič elektrického proudu při nízkých teplotách, ale to se mění, když teplota stoupá. Zatímco krystalický bór je velmi stabilní a nereaguje s kyselinami, amorfní verze pomalu oxiduje ve vzduchu a může reagovat prudce na kyselině.
V krystalické formě je bór druhým nejtvrdším ze všech prvků (za pouze uhlíkem ve své diamantové formě) a má jednu z nejvyšších teplot tavení. Podobně jako u uhlíku, u něhož časné vědci často mluví o prvku, bór vytváří stabilní kovalentní vazby, které ztěžují jeho izolaci.
Prvek číslo 5 má také schopnost absorbovat velké množství neutronů, což z něj činí ideální materiál pro jaderné regulační tyče.
Nedávný výzkum ukázal, že když je super-chlazený, bór tvoří zcela odlišnou atomovou strukturu, která mu umožňuje působit jako supravodič.
Historie bóru
Zatímco objev bóru je přičítán jak francouzštině, tak anglickým chemikům, kteří zkoumají boritanové minerály na počátku 19. století, předpokládá se, že čistý vzorek prvku nebyl vyroben až v roce 1909.
Boron minerály (často označované jako boráty), však už byly používány lidmi po celá staletí. První zaznamenané použití boraxu (přirozeně se vyskytujícího boritanu sodného) bylo arabskými zlatníky, kteří aplikovali sloučeninu jako tavidlo pro čištění zlata a stříbra v 8. století.
Glazury na čínské keramice, které se datují od 3. do 10. století, ukázaly, že využívají přirozeně se vyskytující sloučeninu.
Moderní využití bóru
Vynález termicky stabilního borosilikátového skla v pozdních 1800s poskytl nový zdroj poptávky po boritanových nerostných surovinách. S využitím této technologie Corning Glass Works představil skleněné nádobí Pyrex v roce 1915.
V poválečných letech rostly požadavky na bór zahrnující neustále se rozšiřující škálu průmyslových odvětví. V japonské kosmetice se začal používat nitrid boru a v roce 1951 byla vyvinuta metoda výroby bórových vláken. První jaderné reaktory, které se v tomto období objevily on-line, také používaly bór v jejich řídících tyčích.
V bezprostředním důsledku jaderné katastrofy v Černobylí v roce 1986 bylo do reaktoru vyřazeno 40 tun sloučenin boru, aby se pomohlo při regulaci uvolňování radionuklidů.
Na počátku 80. let 20. století vytvořil vývoj vysoce pevných permanentních magnetů vzácných zemin velký prostor pro tento prvek.
Více než 70 metrických tun magnety neodymu a železa (NdFeB) se vyrábí každý rok pro použití ve všem, od elektrických automobilů po sluchátka.
V pozdních devadesátých létech, bórové oceli začal být používán v automobilech k posílení stavebních prvků, takový jako bezpečnostní tyče.
Výroba bóru
Přestože v zemské kůře existuje více než 200 různých druhů boritanových minerálů, pouze čtyři tvoří více než 90% komerčního extrahování sloučenin boru a boru: tincal, kernite, colemanit a ulexit.
K získání relativně čisté formy prášku boru se oxid boritý, který je přítomen v minerále, zahřívá s hořčíkem nebo hliníkem. Redukce produkuje elementární bórový prášek, který je zhruba 92 procent čistý.
Čistý bór může být produkován dalším snížením halogenidu bóru vodíkem při teplotách nad 1500 ° C (2732 F).
Bór s vysokou čistotou, požadovaný pro použití v polovodičích, může být vyroben rozkladem diboranu při vysokých teplotách a růstem jednotlivých krystalů pomocí tavení zóny nebo metodou Czolchralski.
Aplikace pro boron
Zatímco více než šest miliónů tun minerálů obsahujících bór rotuje každý rok, většina z nich se spotřebuje jako boritanové soli, jako je kyselina boritá a oxid boritý, přičemž velmi málo se přeměňuje na elementární bór. Ve skutečnosti se každoročně spotřebovává pouze zhruba 15 metrických tun elementárního boru.
Rozsah použití sloučenin boru a boru je extrémně široký. Někteří odhadují, že existuje více než 300 různých konečných použití prvku v jeho různých formách.
Pět hlavních použití je:
- Sklo (např. Tepelně stabilní borosilikátové sklo)
- Keramika (např. Glazury na dlaždice)
- Zemědělství (např. Kyselina boritá v kapalných hnojivech).
- Detergenty (např. Perboritan sodný v pracích prostředcích)
- Bělidla (např. Odstraňovače skvrn pro domácnost a průmysl)
Boronové metalurgické aplikace
Ačkoli kovový bór má jen velmi málo použití, prvek je vysoce ceněn v řadě metalurgických aplikací. Tím, že odstraní uhlík a jiné nečistoty, protože se váže na železo, malé množství boru - jen několik dílů na milión - přidané do oceli může způsobit, že je čtyřikrát silnější než průměrná vysoce pevná ocel.
Schopnost prvku rozpouštět a odstraňovat film z oxidu kovu je také ideální pro svařování tavidel. Chlorid boritý odstraňuje nitridy, karbidy a oxid z roztaveného kovu. V důsledku toho se chlorid boritý používá při výrobě hliníku, hořčíku, zinku a slitin mědi.
V práškové metalurgii zvyšuje přítomnost kovových boridů vodivost a mechanickou pevnost. U železných výrobků jejich existence zvyšuje odolnost proti korozi a tvrdost, zatímco v titanových slitinách používaných v tryskových rázech a turbínových částech boridy zvyšuje mechanickou pevnost.
Bórové vlákna, které jsou vyrobeny nanesením hydridového prvku na wolframový drát, jsou silné, lehké konstrukční materiály vhodné pro použití v kosmických aplikacích, stejně jako golfové hole a pásky s vysokou pevností v tahu.
Zahrnutí boru do magnetu NdFeB je rozhodující pro funkci permanentních magnetů s vysokou pevností, které se používají ve větrných turbínách, elektromotorech a širokém spektru elektroniky.
Boronův náklon k absorbování neutronů umožňuje použití v jaderných řídících tyčích, radiačních štítech a detektorech neutronů.
Konečně, karbid boru, třetí nejtěžší známá látka, se používá při výrobě různých brnění a neprůstřelných vest, jakož i brusných a opotřebitelných dílů.
Zdroje:
Chemicool. Boron
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Informace o minerálech. Boron
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/