Вселенная в первое время своей жизни практически полностью состояла из водорода и гелия (атомные номера 1 и 2). Затем в результате термоядерного синтеза в звёздах (а потом и в космическом пространстве) появились углерод, азот и кислород (номера 6, 7 и 8).
И только после этого, при воздействии на последние три элемента высокоэнергетических космических лучей с дальнейшим их расщеплением возникли литий, бериллий и бор (номера 3, 4 и 5).
Модель не совсем логичная, но другой пока нет. Иначе учёные не могут объяснить, почему Li, Be и B так редко встречаются в космосе.
Свойства
Бор (B) – лёгкий, хрупкий, нетоксичный, тугоплавкий (2180°C), диамагнитный полуметалл (металлоид), отличающейся высокой реакционной способностью.
Ещё в I тысячелетии нашей эры на Ближнем Востоке и в Китае соединения бора (бораты) использовались ювелирами (в качестве добавки при очистке золота и серебра от примесей), а также мастерами керамики (для изготовления глазури).
Тем не менее существование этого элемента было доказано только в 1808 году. Потребовался ещё 101 год, чтобы получить чистый образец.
Бор может существовать в виде коричневого порошка или в кристаллической форме, которая по твёрдости уступает только алмазу.
Электропроводность при комнатной температуре достаточно низкая, но повышается при нагревании.
Название металлоида происходит от минерала буры (тетрабората натрия), которое, в свою очередь, проистекает от арабского «бурак» (в переводе «белый»).
Применение
Бор – один из самых эксплуатируемых человеком элементов (насчитывается около 300 различных вариантов использования).
При этом ¾ всех производимых боратов расходуется на производство: керамических изделий (в первую очередь, глазури), стиральных порошков, отбеливателей, удобрений, стекловолокна и термостойкого борсиликатного стекла.
Способность бора поглощать тепловые нейтроны используется в стержнях управления ядерным реактором и для защиты от радиации.
После аварии на Чернобыльской АЭС на разрушенный реактор с вертолётов было сброшено около 40 тонн соединений бора.
Высокая прочность в сочетании с лёгкостью востребованы в аэрокосмической отрасли, а также при изготовлении бронежилетов. Дополнительным бонусом для пилотируемых межпланетных кораблей будущего станет радиационная защита.
Карбид бора и кубический нитрид бора в порошкообразной форме являются отменными абразивными материалами, в то время как сплав неодима, железа и бора – самым сильным постоянным магнитом.
Борная кислота – универсальное антисептическое средство, которое обнаруживается в любой аптеке.
Кроме того, соединения бора используются для производства эмалей и антипиренов (например, бура при нагревании выделяет водяной пар).
В качестве легирующей добавки применяется в чёрной металлургии и при изготовлении полупроводников.
Порошкообразный бор в пиротехнических составах придаёт пламени яркий зелёный цвет.
В целом на мировом рынке наблюдается устойчивый поступательный спрос на бораты, как и рост направлений их использования.
Борофен
После получения графена (одноатомного слоя углерода) учёные задались целью создать нечто похожее и для бора.
Усилия увенчались успехом в 2015 году. Двумерный атомный монослой бора получил ожидаемое название борофен.
Как и графен, он имеет очень широкие перспективы развития. В первую очередь как недорогой, лёгкий, прочный и гибкий проводник (тепловой и электрический), а также армирующий материал.
В 2021 году удалось получить двухслойный борофен.
Производство
В связи с высокой реакционной способностью, несвязанный бор на Земле никогда не встречается.
Единственное, где его можно обнаружить – в космической пыли и метеороидах (как астероиды, но очень маленькие не более 1 метра в диаметре).
Самые старые камни на нашей планете (возраст 3,8 млрд. лет) также содержат бор. В то же время исследованный метеорит, имеющий марсианское происхождение и приземлившийся в Антарктиде, имеет в своём составе в 10 раз больше бора, чем другие подобные тела, что говорит о достаточно высокой концентрации металлоида на «красной планете».
В земной коре B сравнительно редок (37-е место среди всех элементов, меньше, чем кобальта, свинца и галлия).
Добывается в виде борсодержащих минералов, которых на сегодняшний день насчитывается более 160 видов. Впрочем, 90% добычи приходится на четыре из них: колеманит, кернит, буру и улексит.
Наиболее ценные минералы имеют вулканическое происхождение, залегают в засушливой местности, содержат до 40-50% оксида бора и зачастую не требуют обогащения.
По данным U. S. Geological Survey за 2022 год, безоговорочным лидером по добыче является Турция (1,7 млн. тонн очищенных боратов). Порядка 70% извлекаемых минералов составляет колеманит.
Далее следуют: Китай (300 тыс. тонн в пересчёте на оксид бора), Чили (300 тыс. тонн улексита), Перу (250 тыс. тонн боратов), Боливия (200 тыс. тонн улексита), Аргентина (130 тыс. тонн руды) и Россия (80 тыс. тонн датолита).
Российские датолитовые руды извлекаются в Приморском крае, содержат немногим более 20% оксида бора и нуждаются в обогащении. В конце сентября 2023 года ГОК в Приморье вернулся в государственную собственность.
США активно работают над восстановлением собственной добычи, для чего уже привлекли международных партнёров (в частности, из Австралии).
Запасы
Крупнейшими запасами боратов обладают Турция, США и Россия.
Несмотря на значительное количество российских резервов, их качество несколько хуже, чем у большинства других стран. То же самое относится к Китаю.
Сведения по Аргентине, Боливии и Германии отсутствуют.
При сохранении текущих темпов роста потребления, исчерпания запасов в обозримом будущем не произойдёт.
Торговля
Несмотря на то что количество ежегодно извлекаемых боратов исчисляется миллионами тонн, чистый бор практически не используется (всего порядка 15 тонн в год во всём мире).
Самыми распространёнными коммерческими формами являются оксид бора и борная кислота.
Китай является крупнейшим покупателем на мировом рынке (спрос в промышленности ежегодно растёт, а собственные руды бедные).
За 8 месяцев 2023 года было закуплено борной кислоты на сумму $169 млн. по средней цене $949 за 1 тонну.
Крупнейшие поставщики на китайский рынок за этот период: США (31%), Турция (27%) и Россия (19%).
Причём сами США тоже импортируют бораты (на 90% из Турции).
Роль в питании растений
Бор стабилизирует рибозу – составную часть макромолекулы РНК, которая наряду с ДНК и белками содержится в клетках всех живых организмов, что даёт основание говорить о его вероятным участии в возникновении жизни на Земле.
Растениям необходим бор для роста и развития. Это давно установленный факт и B присутствует в качестве микроэлемента в различных видах удобрений.
С животными всё не так однозначно. Тем не менее некоторые учёные считают, что он полезен в первую очередь для костей и должен постоянно присутствовать в питании человека.
Наибольшее содержание элемента имеют следующие продукты: чернослив, изюм, арахис, груши, яблоки, фасоль, горох и другие бобовые. В то же время зерно, молоко и мясо содержат очень мало бора.
Возможно, вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Если есть что добавить, пишите комментарий. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.