Vlastnosti, historie, výroba a použití boru

Bór je extrémně tvrdý a žáruvzdorný polokov, který lze nalézt v různých formách. Je široce používán ve směsích pro výrobu všeho od bělidel a skla po polovodiče a zemědělská hnojiva.

Vlastnosti boru jsou:

• Atomový symbol: B
• Atomové číslo: 5
• Kategorie prvku: Metalloid
• Hustota: 2,08 g / cm3
• Bod tání: 3769 ° F (2076 ° C)
• Bod varu: 7101 F (3927 ° C)
• Mohova tvrdost: ~ 9,5

Elementární bór je allotropický polokov, což znamená, že prvek samotný může existovat v různých formách, z nichž každý má své vlastní fyzikální a chemické vlastnosti. Stejně jako jiné polokovy (nebo metaloidy) jsou některé vlastnosti materiálu kovové povahy, zatímco jiné jsou podobnější nekovům.

Bór s vysokou čistotou existuje buď jako amorfní tmavě hnědý až černý prášek, nebo jako tmavý, lesklý a křehký krystalický kov.

Bór je extrémně tvrdý a odolný vůči teplu, je špatným vodičem elektřiny při nízkých teplotách, ale toto se mění s rostoucí teplotou. Zatímco krystalický bor je velmi stabilní a nereaguje s kyselinami, amorfní verze pomalu oxiduje na vzduchu a může prudce reagovat v kyselině.

V krystalické formě je bór druhým nejtvrdším ze všech prvků (za uhlíkem pouze ve své diamantové formě) a má jednu z nejvyšších teplot tání. Podobně jako uhlík, pro který si časní vědci často mylně uvědomují tento prvek, tvoří bór stabilní kovalentní vazby, které ztěžují izolaci.

Element číslo pět má také schopnost absorbovat velké množství neutronů, což z něj činí ideální materiál pro tyčky jaderné kontroly.

Nedávný výzkum ukázal, že když je superchlazený, bór tvoří ještě zcela odlišnou atomovou strukturu, která mu umožňuje působit jako supravodič.

Zatímco objev boru je připisován francouzským i anglickým chemikům zkoumajícím borát minerály na začátku 19. století se věří, že čistý vzorek prvku nebyl vyroben do roku 1909.

Minerály bóru (často označované jako boritany) však lidé už po staletí využívali. První zaznamenané použití boraxu (přirozeně se vyskytujícího boritanu sodného) bylo arabskými zlatníky, kteří použili směs jako tavidlo k čištění zlata a stříbra v 8. století A.D.

Ukázalo se také, že glazury čínské keramiky pocházející z 3. až 10. století A.D. využívají přirozeně se vyskytující sloučeniny.

Vynález tepelně stabilního borosilikátového skla na konci 18. století poskytl nový zdroj poptávky po boritanových minerálech. S využitím této technologie představila společnost Corning Glass Works v roce 1915 skleněné nádobí Pyrex.

V poválečných letech rostly žádosti o bór stále se rozšiřující škálu průmyslových odvětví. Nitrid boritý se začal používat v japonské kosmetice a v roce 1951 byla vyvinuta metoda výroby pro vlákna bóru. První jaderné reaktory, které během tohoto období přišly on-line, také využívaly bór ve svých regulačních tyčích.

V bezprostředním důsledku jaderné katastrofy v Černobylu v roce 1986 bylo do reaktoru vypuštěno 40 tun sloučenin boru, aby bylo možné kontrolovat uvolňování radionuklidů.

Na počátku osmdesátých let vývoj vysokopevnostních permanentních magnetů vzácných zemin dále vytvořil velký nový trh s tímto prvkem. Každý rok se nyní vyrábí více než 70 metrických tun neodym-železo-bor (NdFeB) pro použití ve všem, od elektrických automobilů až po sluchátka.

V pozdních devadesátých létech, borová ocel začala být používána v automobilech posílit strukturální komponenty, takový jako bezpečnostní tyče.

Přestože v zemské kůře existuje více než 200 různých typů boritanových minerálů, pouze čtyři z nich více než 90 procent komerční extrakce boru a sloučenin boru - tincal, kernite, colemanite a ulexit.

Pro vytvoření relativně čisté formy práškového boru se oxid boritý, který je přítomný v minerálu, zahřívá tavidlem hořčíku nebo hliníku. Redukce produkuje elementární borový prášek, který má čistě zhruba 92 procent.

Čistý bór může být vyroben dalším redukováním halogenidů boru vodíkem při teplotách nad 1500 ° C (2732 F).

Bór o vysoké čistotě, který je vyžadován pro použití v polovodičích, může být vyroben rozkladem diboranu při vysokých teplotách a růstem monokrystalů pomocí tavení zón nebo Czolchralského metody.

Zatímco se ročně těží více než šest milionů tun minerálů obsahujících bór, drtivá většina z nich je spotřebováváno jako boritanové soli, jako je kyselina boritá a oxid boritý, přičemž velmi málo se přeměňuje na elementární bor. Ve skutečnosti se ročně spotřebuje pouze asi 15 metrických tun elementárního boru.

Šířka použití boru a sloučenin boru je extrémně široká. 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. Dlaždice glazury)
• Zemědělství (např. Kyselina boritá v tekutých hnojivech).
• Detergenty (např. Perborát sodný v pracích prostředcích)
• Bělidla (např. Odstraňovače skvrn v domácnosti a průmyslu)

Ačkoli kovový bór má velmi málo použití, prvek je vysoce ceněn v řadě metalurgických aplikací. Odstraněním uhlíku a jiných nečistot, když se váže na železo, malé množství boru - jen několik dílů na milion - přidané do oceli může způsobit, že je čtyřikrát silnější než průměrná vysoce pevná ocel.

Schopnost prvku rozpouštět a odstraňovat film oxidu kovu je také ideální pro svařovací toky. Chlorid boritý odstraňuje z roztaveného kovu nitridy, karbidy a oxidy. V důsledku toho se při výrobě používá chlorid boritý hliník, hořčík, zinek a slitiny mědi.

Při práškové metalurgii zvyšuje přítomnost kovových boridů vodivost a mechanickou pevnost. U železných výrobků jejich existence zvyšuje odolnost proti korozi a tvrdost, zatímco v roce slitiny titanu používané v tryskových rámech a turbínových částech zvyšují mechanickou pevnost.

Bórová vlákna, která se vyrábějí nanášením hydridového prvku na wolframový drát, jsou silná, lehká konstrukční materiál vhodný pro použití v leteckých aplikacích, jakož i pro golfové hole a vysoké tahy páska.

Zahrnutí boru do magnetu NdFeB je kritické pro funkci vysokopevnostních permanentních magnetů, které se používají ve větrných turbínách, elektrických motorech a široké škále elektroniky.

Boronova sklon k absorpci neutronů umožňuje použití v jaderných regulačních tyčích, radiačních štítech a neutronových detektorech.

A konečně, karbid boru, třetí nejtvrdší známá látka, se používá při výrobě různých brnění a neprůstřelné vesty, jakož i abraziv a opotřebitelných dílů.