BOR: TARIHÇESI, ÖZELLIKLERI, YAPISI, KULLANIMLARI - KIMYA - 2025

Bor , bir metal olmayan bir unsur olduğu uçları grubu periyodik tablonun 13 ve Atom numarası 5, sadece metalik olmayan kimyasal sembol B ile temsil edilen grubun elemanı; bazı kimyagerler bunun bir metaloid olduğunu düşünse de.

Siyahımsı kahverengi bir toz olarak görünür ve yer kabuğuna göre 10 ppm oranında bulunur. Bu nedenle en bol bulunan unsurlardan biri değildir.

% 99 civarında saflığa sahip bor numunesi. Kaynak: Alajhasha

Boraks veya sodyum borat gibi çeşitli minerallerin bir parçası olarak bulunur, bu en yaygın bor mineralidir. Başka bir sodyum borat formu olan kurnit de vardır; kolemanit veya kalsiyum borat; ve üleksit, sodyum ve kalsiyum borat.

Boratlar, Amerika Birleşik Devletleri, Tibet, Çin ve Şili'de yılda yaklaşık iki milyon ton dünya üretimi ile çıkarılmaktadır.

Bu elementin on üç izotopu vardır, bunlardan en bol olanı , ağırlıkça% 80,1'i oluşturan ¹¹ B ve kalan% 19,9'unu oluşturan ¹⁰ B'dir.

Bor bitkiler için önemli bir eser elementtir, bazı hayati bitki proteinlerinin sentezine müdahale eder ve suyun emilimine katkıda bulunur. Memelilerde kemik sağlığı için gerekli görünmektedir.

Bor, 1808 yılında İngiliz kimyager Sir Humphry Davy ve Fransız kimyagerler Jacques Thérnard ve Joseph Gay-Lussac tarafından keşfedilmiş olmasına rağmen, Çin'deki çağımızın başından beri boraks, emaye seramik üretiminde kullanılıyordu.

Bor ve bileşikleri, margarin ve balık başta olmak üzere gıdaların korunmasında kullanımından beyin, mesane, prostat ve diğer organların kanserli tümörlerinin tedavisinde kullanımına kadar birçok kullanım ve uygulamaya sahiptir. .

Bor, suda çok az çözünür, ancak bileşikleri öyledir. Bu, bor konsantrasyonunun bir mekanizması olabileceği gibi elementle zehirlenme kaynağı da olabilir.

Tarih

Arka fon

Eski çağlardan beri insan, bor bileşiklerini çeşitli faaliyetlerde kullanmıştır. Tinkal olarak bilinen bir mineral olan boraks, Çin'de MS 300 yılında emaye seramik yapımında kullanılmıştır.

İranlı simyacı Rhazes (865-925) bor bileşiklerinden ilk bahsetti. Rhazes, mineralleri altı sınıfa ayırdı; bunlardan biri bor içeren borasolardı.

Agricola, 1600 civarında boraksın metalurjide bir eritken olarak kullanıldığını bildirdi. 1777'de, Floransa yakınlarındaki bir kaplıca deresinde borik asidin varlığı fark edildi.

Eleman keşfi

Humphry Davy, bir boraks çözeltisinin elektrolizi ile elektrotlardan birinde siyah bir çökeltinin birikmesini gözlemledi. Ayrıca bor oksidi (B ₂ O ₃ ) potasyumla ısıtarak borun bilinen şekli olan siyahımsı kahverengi bir toz üretti.

Gay-Lussac ve Thénard, bor üretmek için demir varlığında yüksek sıcaklıklarda borik asidi düşürdü. Ayrıca borik asidin borun oksidasyon ürünü olduğu ters işlemi de gösterdiler.

Tanımlama ve izolasyon

Jöns Jakob Berzelius (1827) boronu yeni bir element olarak tanımlamayı başardı. 1892'de Fransız kimyager Henri Moissan% 98 saflıkta bor üretmeyi başardı. Yine de borun saf halde 1909 yılında Amerikalı kimyager Ezekiel Weintraub tarafından üretildiği belirtilmektedir.

Özellikleri

Fiziksel tanım

Kristal katı veya şekilsiz siyah-kahverengi toz.

Molar kütle

10.821 g / mol.

Erime noktası

2076 ° C

Kaynama noktası

3927 ° C

Yoğunluk

-Sıvı: 2,08 g / cm ³ .

20 ° C'de kristal ve amorf: 2.34 g / cm ³ .

Füzyon ısısı

50,2 kJ / mol.

Buharlaşma ısısı

508 kJ / mol.

Molar kalori kapasitesi

11.087 J / (mol K)

İyonlaşma enerjisi

Birinci seviye: 800.6 kJ / mol.

-İkinci seviye: 2,427 kJ / mol.

Üçüncü seviye: 3,659,7 kJ / mol.

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 2.04.

Atomik radyo

90 pm (ampirik).

Atom hacmi

4.16 cm ³ / mol arasındadır.

Termal iletkenlik

27,4 W / mK

Elektriksel direnç

~ 10 ⁶ (20 ° C'de) Ω.m.

Bor yüksek sıcaklıklarda iyi bir elektrik iletkenidir, ancak oda sıcaklığında neredeyse bir yalıtkan haline gelir.

Sertlik

Mohs ölçeğinde ~ 9.5.

Reaktivite

Bor, kaynama sıcaklığında hidroklorik asitten etkilenmez. Ancak sıcak nitrik asitle borik aside (H ₃ BO ₃ ) dönüştürülür. Bor kimyasal olarak ametal gibi davranır.

Tüm halojenlerle reaksiyona girerek yüksek derecede reaktif trihalojenür verir. Bunlar , X'in halojeni temsil ettiği BX ₃ genel formülüne sahiptir .

Borid üretmek için çeşitli elementlerle birleşir. Bunlardan bazıları en sert maddeler arasındadır; örneğin bor nitrür (BN). Bor, oksijenle birleşerek bor trioksit oluşturur.

Borun yapısı ve elektron konfigürasyonu

Borda bağlantılar ve yapısal birimler

Bor için ortak yapı birimlerinin geometrileri. Kaynak: Malzeme bilimci

Borun yapılarına (kristal veya amorf) değinmeden önce, atomlarının nasıl bağlanabileceğini akılda tutmak önemlidir. BB bağı esasen kovalenttir; Sadece bu da değil, bor atomları doğal olarak elektronik eksiklik içerdiği için, bunu bir şekilde kendi bağlarında sağlamaya çalışacaklar.

Borda özel bir tür kovalent bağ gözlenir: üç merkezli ve iki elektronlu, 3c2e. Burada üç bor atomu iki elektronu paylaşır ve yapısal polihedralarında bulunan birçok yüzden biri olan bir üçgeni tanımlar (üstteki resim).

Soldan sağa: oktahedron (a, B ₆ ), cuboktahedron (b, B ₁₂ ) ve izokaşedron (c, B ₁₂ ) var. Bu birimlerin tümü bir özelliği paylaşır: elektron açısından fakirdirler. Bu nedenle, birbirleriyle kovalent olarak bağlantı kurma eğilimindedirler; ve sonuç, harika bir bağ kurma partisi.

Bu çokyüzlülerin her üçgende 3c2e bağı mevcuttur. Aksi takdirde, Valencia Bağ Teorisine göre sadece üç kovalent bağ oluşturabilen borun bu çok yüzlü birimlerde beşe kadar bağa sahip olabileceği açıklanamaz.

Bor yapıları daha sonra bu birimlerin bir kristali (veya amorf bir katı) tanımlayan bir düzenlemesi ve tekrarından oluşur.

Α-rhombohedral bor

Α-rhombohedral bor allotropunun kristal yapısı. Kaynak: İngilizce Wikipedia'da Malzeme Bilimcisi

Başka çok yüzlü bor birimleri olabileceği gibi, yalnızca iki atomdan oluşan B ₂ ; yüksek elektronik eksikliği nedeniyle diğer atomlara bağlanması gereken bir bor "hattı".

İkosahedron, açık ara tercih edilen bor birimidir; size en uygun olanı. Örneğin yukarıdaki resimde, bu B ₁₂ birimlerinin Boron-α'nın eşkenar dörtgen kristalini tanımlamak için nasıl iç içe geçtiğini görebilirsiniz .

Biri bu ikosahedralardan birini izole etmek isterse, bu karmaşık bir görev olurdu, çünkü elektronik eksikliği onları, her birinin diğer komşuların ihtiyaç duyduğu elektronlara katkıda bulunduğu bir kristali tanımlamaya zorlar.

Β-rhombohedral bor

Alotrop bor β-rhombohedral kristal yapısı. Kaynak: İngilizce Wikipedia'da Malzeme Bilimcisi

Allotrop β-rhombohedral bor, adından da anlaşılacağı gibi, boron-α gibi rhombohedral kristallere sahiptir; ancak yapısal birimlerinde farklılık gösterir. Bor atomlarından yapılmış uzaylı bir gemiye benziyor.

Dikkatlice bakarsanız, ikosahedral birimler ayrı ve kaynaşmış bir şekilde (merkezde) görülebilir. Bahsedilen birimler için köprü görevi gören B ₁₀ birimleri ve yalnız bor atomları da vardır. Hepsinden öte, bu en kararlı bor allotropudur.

Boron-γ kaya tuzu

Boron-γ kristal yapısı. Kaynak: İngilizce Wikipedia'da Malzeme Bilimcisi

Bu bor allotropunda B ₂ ve B ₁₂ birimleri koordine edilir . B ₂ , elektronik olarak o kadar eksiktir ki, elektronları B _12'den uzaklaştırır ve bu nedenle bu katının içinde iyonik bir karakter vardır. Yani, sadece kovalent olarak bağlı değiller, aynı zamanda bir tür elektrostatik çekim de var.

Boron-γ, NaCl ile aynı, kaya tuzu benzeri bir yapıya kristalize olur. Diğer bor allotroplarının daha sonra normal koşullar altında kararlı kalmaları için yüksek basınçlara (20 GPa) ve sıcaklıklara (1800 ° C) tabi tutulmasıyla elde edilir. Stabilitesi aslında β-rhombohedral borunkiyle rekabet eder.

Kübik ve amorf

Diğer bor allotropları, bir metalik bağ ile birleşmişler gibi veya iyonik kristallermiş gibi B atomlarının kümelerinden oluşur; yani kübik bordur.

Ayrıca, daha az önemli olmayan, B ₁₂ birimlerinin düzenlenmesi rastgele ve dağınık olan amorf bordur . Koyu ve opak kahverengi renklerde ince bir toz veya camsı bir katı olarak oluşur.

Borophenes

Borofenlerin en basiti olan B36'nın yapısı. Kaynak: Malzeme bilimci

Son olarak, borun en yeni ve tuhaf allotropu var: borofenler (üstteki resim). Bor atomlarından oluşan bir tek tabakadan oluşur; son derece ince ve grafene benzer. Atomlarının maruz kaldığı elektronik eksikliğin özelliği olan ünlü üçgenleri koruduğunu unutmayın.

B _36'nın en basit ve en küçüğü olduğu borofenlerin yanı sıra bor kümeleri de bulunmaktadır. Borosfer (aşağıdaki resim) kırk bor atomundan oluşan bilye benzeri küresel bir kafesten oluşur, B ₄₀ ; ancak düzgün kenarlara sahip olmak yerine pürüzlü ve pürüzlüdürler:

Borosfer birimi, B40. Kaynak: Malzeme bilimci

Elektronik konfigürasyon

Borun elektron konfigürasyonu:

2s ² 2p ¹

Bu nedenle üç değerlik elektronuna sahiptir. Değerlik sekizlisini tamamlamak beş tane daha alır ve zar zor üç kovalent bağ oluşturabilir; sekizlisini tamamlamak için dördüncü bir bağlantı bağlantısına ihtiyaç duyacaktır. Bor, +3 oksidasyon durumu elde etmek için üç elektronunu kaybedebilir.

edinme

Bor, borik asidin magnezyum veya alüminyum ile indirgenmesiyle izole edilir; Gay-Lussac ve Thénard tarafından kullanılana benzer bir yöntem. Boru bu metallerin boridleri ile kirletme zorluğu vardır.

Elektrikle ısıtılan tantal filamanları üzerinde hidrojen ile bor triklorürün veya tribromidin gaz fazında indirgenmesi ile yüksek saflıkta bir numune elde edilebilir.

Yüksek saflıkta bir bor, diboranın yüksek sıcaklıkta ayrışması, ardından zon füzyonu veya Czocharalski işlemleri ile saflaştırma ile hazırlanır.

Uygulamalar

Endüstride

Elemental bor uzun süredir çeliği sertleştirmek için kullanılmaktadır. % 0,001 ila 0,005 bor içeren demir içeren bir alaşımda. Ayrıca demir dışı endüstride, genellikle deoksidizör olarak kullanılır.

Ayrıca bor, yüksek iletkenlikli bakır ve bakır esaslı alaşımlarda gaz giderici olarak kullanılır. Yarı iletken endüstrisinde, silikon ve germanyum için katkı maddesi olarak küçük miktarlarda bor dikkatlice eklenir.

Bor oksit (B ₂ O ₃ ) silika ile karıştırılarak ısıya dayanıklı cam (borosilikat cam) yapılır, tencere ve bazı laboratuvar ekipmanlarında kullanılır.

Bor karbür (B ₄ C), kompozit malzemelerde aşındırıcı ve güçlendirici ajan olarak kullanılan son derece sert bir maddedir. Alüminyum borür (AlB ₁₂ ), taşlama ve parlatma için elmas tozu yerine kullanılır.

Bor, alaşımlarda, örneğin nadir toprak mıknatıslarında, demir ve neodimyum alaşımlanarak kullanılır. Oluşturulan mıknatıslar, mikrofonların, manyetik anahtarların, kulaklıkların ve partikül hızlandırıcıların imalatında kullanılmaktadır.

Eczanede

Bor-10 ( ¹⁰ B) izotopunun nötronları yakalama, α-tipi radyasyon yayan yeteneği, Boron Nötron Yakalama Terapisi (BNCT) olarak bilinen bir teknikte beyin tümörlerinin tedavisi için kullanılmıştır.

¹⁰ bileşikler halinde B kanserli tümör birikmektedir. Daha sonra, tümör bölgesi nötronlarla ışınlanır. Bunlar, ¹⁰ B ile etkileşime girerek α parçacıklarının emisyonuna neden olur. Bu parçacıklar yüksek bir biyolojik etkiye sahiptir ve büyük boyutları nedeniyle çok az bir menzile sahiptirler.

Bu nedenle, a partiküllerinin tahrip edici etkisi, tümör hücrelerinde hapsolup yok edilmelerini gerçekleştirir. BNCT ayrıca boyun, karaciğer, mesane ve prostatın kanserli tümörlerinin tedavisinde de kullanılır.

Biyolojik eylem

Pek çok bitkinin büyümesi için az miktarda borik asit veya borat formunda bor gereklidir. Bor noksanlığı, şekilsiz bitki büyümesinde kendini gösterir; sebzelerin "kahverengi kalbi"; ve şeker pancarının "kuru çürümesi".

Kemik sağlığını korumak için küçük miktarlarda bor gerekebilir. Artrit oluşumunda bor eksikliğinin rol oynayabileceğini gösteren çalışmalar var. Hafıza ve el-göz koordinasyonu gibi beyin fonksiyonlarına da müdahale ederdi.

Bazı uzmanlar günlük diyete 1,5-3 mg borun dahil edilmesi gerektiğini belirtiyor.

Riskler ve dikkat

Bor, bor oksit, borik asit ve boratlar toksik değildir. Hayvanlar için LD50, 6 g bor / kg vücut ağırlığıdır, LD50'si 2 g / kg vücut ağırlığından daha büyük olan maddeler toksik değildir.

Öte yandan 50 gün boyunca günde 0.5 mg'dan fazla bor tüketimi, toksisiteyi düşündüren küçük sindirim sorunlarına neden olur. Bazı raporlar, bor alımındaki fazlalığın mide, karaciğer, böbrekler ve beynin işleyişini etkileyebileceğini göstermektedir.

Ayrıca bor maruziyetinden nazofarenks, üst solunum yolu ve gözler üzerinde kısa süreli tahriş edici etkiler bildirilmiştir.

Bor toksisitesi hakkındaki raporlar azdır ve çoğu durumda, genel popülasyona maruz kalanlardan daha yüksek, çok yüksek dozlarda toksisite meydana gelir.

Tavsiye edilen yiyeceklerin bor içeriğinin, özellikle sebze ve meyvelerin izlenmesidir. Devlet sağlık kurumları, suyun bor konsantrasyonunun izin verilen sınırları aşmamasını sağlamalıdır.

Bor içeren toza maruz kalan işçiler, koruyucu solunum maskeleri, eldivenler ve özel botlar giymelidir.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Vikipedi. (2019). Bor allotropları. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Prof. Robert J. Lancashire. (2014). Ders 5b. Elementlerin yapısı (metal olmayan, B, C). Kimya Bölümü, Batı Hint Adaları Üniversitesi, Mona Kampüsü, Kingston 7, Jamaika. Kurtarıldı: chem.uwimona.edu.jm
4. Manisha Lalloo. (28 Ocak 2009). Ultra saf bor yapısı keşfedildi. Kimya Dünyası. Chemistryworld.com'dan kurtarıldı
5. Bell Terence. (16 Aralık 2018). Metal borun bir profili. Thebalance.com'dan kurtarıldı
6. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (2019). Bor. Britannica.com'dan kurtarıldı
7. Toksik Maddeler ve Hastalık Kayıt Kurumu. (2010). Bor üzerinde ToxFAQs ™. . Atsdr.cdc.gov adresinden kurtarıldı
8. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (6 Şubat 2019). Bor Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri. Kurtarıldı: thinkco.com