Предыдущая статья
Первая статья
Продолжу рассказ про химические элементы. Из прошлых уроков вы знаете, что вещества делаться на металлы и неметаллы. Если забыли, можно освежить память здесь:
Но, оказывается, есть такие химические элементы, которые, как говориться ни рыба, ни мясо… то есть и ни к металлам его не отнести, ни к неметаллам. В общем, что-то среднее. Их еще называют полуметаллы, или металлоиды. Они относительно хорошо проводят электрический ток, но, как правило, хуже чем металлы, а по химическим свойствам ближе к неметаллам. Среди металлоидов есть и полупроводники, из которых изготавливают микросхемы для компьютеров.
Бор – это как раз один из таких вот металлоидов. Он представляет собой простое вещество (химический элемент), в таблице Менделеева стоит под номером 5. Следом за ним идет углерод, он стоит под номер 6:
Почему я обращаю на это внимание? Дело в том, что бор повторяет некоторые свойства углерода, например, аллотропия. Аллотропия – это наличие двух и более веществ, состоящих из атомов одного вида. Например, углерод может быть в виде графита, каменного угля или алмаза. Все зависит от типа кристаллической решетки. Так вот, с бором такая же «петрушка». Например, аморфный бор представляет собой коричневый такой порошок, похожий на какао, выглядит он вот так:
А вот еще как может выглядеть бор:
Или вот так:
Сам же кристалл бора, как правило, очень твердый черный материл, который плавится только при температуре выше 2000 градусов Цельсия. Кристаллы бора бывают нескольких видов. Например, кристаллическая решетка бора «альфа-R» выглядит вот так:
Она состоит из фигур по 12 атомов, и эти фигуры соединяются между собой, как на картинке выше. Поэтому можно сказать, что формула такого бора B12.
Но существуют и другой тип кристаллической решетки, состоящей из групп примерно по 105 атомов, и выглядит она вот так:
Называется такая решетка «бета-R».
Существует еще множество других модификаций бора, например, фелерено- и графеноподобные структуры, такие как боросферены:
И борофены:
Но довольно о кристаллических решетках, их много, и говорить о них можно долго. Лучше разберем химические свойства.
А вот по химическим свойствам, как ни странно, бор больше напоминаем кремний, чем находящийся рядом с ним углерод. Хотя… кремний тоже недалеко от углерода, буквально под ним:
Возможно, такое сходство с кремнием объясняется тем, что оба они – полуметаллы, а вот углерод – типичный неметалл. Напомню, что металлические свойства у элементов в таблице Менделеева убывают слева направо, но с перемещением вниз, по строкам, «металличность» смещается вправо, то есть, в более нижних строках таблицы больше элементов слева являются металлами.
Итак, что же это за свойства?
Во-первых, бор довольно инертный. При комнатной температуре он реагирует только с фтором, образуя трифторид бора (бесцветный ядовитый газ с резким неприятным запахом):
При высокой температуре бор взаимодействует с другими галогенами, такими как, например, хлор, бром. Так же бор может взаимодействовать с азотом и углеродом.
При высокой температуре бор взаимодействует с кислородом, и эта реакция идет с выделением теплоты, проще говоря, бор горит (если его поджечь). Реакцию горения бора, при которой образуется оксид бора, можно описать вот таким вот химическим уравнением:
Существуют соединения бора с водородом, хотя напрямую бор с водородом не реагирует. Но их можно получить, если подействовать кислотой на различные соединения бора со щелочными или щелочноземельными металлами, например, соляной кислотой на борид магния:
А еще бор проявляет так называемые восстановительные свойства, то есть, отнимает кислород у других атомов, восстанавливая их. Например, у кремния:
Правда, чтобы такую реакцию осуществить, нужно сначала сильно нагреть смесь исходных компонентов.
А вот растворы щелочей бор не берут. Разве что смесь чистых гидроксида и нитрата калия, в расплавленном виде:
Данная реакция идет, как вы поняли, при повышенной температуре.
Так же бор реагирует с горячей азотной или серной кислотой, или так называемой царской водкой (смесь концентрированной азотной и соляной кислоты в соотношении 1:3 по объему). При этом образуется борная кислота, например, бор замещает азот в азотной кислоте:
Борную кислоту можно получить и другим путем, например, растворив оксид бора в воде, с которой он реагирует довольно бурно:
Борная кислота считается довольно слабой кислотой. Ее применяют в медицине и ветеринарии, а так же в атомной энергетике в качестве поглотителя нейтронов в ядерных реакторах, да и сам бор широко применяется в промышленности, в частности:
· Борные волокна служат упрочняющим веществом многих композиционных материалов.
· В электронике, его добавляет в такие полупроводники как кремний в качестве акцепторной добавки, которая превращает полупроводник в полупроводник с p-проводимостью (но это уже из физики).
· Бор применяется в металлургии в качестве микролегирующего элемента, значительно повышающего прокаливаемость сталей.
· Бор применяется и в медицине при бор-нейтронозахватной терапии (способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей).
· Используется в производстве терморезисторов.
А еще бор очень важный элемент для жизнедеятельности растений. Недостаток бора вызывает у растений различные болезни, поэтому, если в почте недостаточно этого элемента, то ее специально удобряют борными удобрениями, такими как борная кислота, бура и другие. Для чего растениям нужен бор? Прежде всего, для поддержания целостности стенок растительных клеток. Но, с другой стороны важно с бором, простите за тавтологию, не переборщить. Если почву слишком сильно удобрить борными удобрениями, то растения гибнут: излишки бора приводят к некрозу сначала краевой зоны листьев, а затем и самих чашечек листьев.
Бор, кстати, необходим и животным, в том числе человеку.
Откуда же берут бор, если он так необходим? Во-первых, этот элемент встречается в природе в виде различных соединений, таких например, как боросиликаты: датолит: CaBSiO4OH, данбурит CaB2Si2O8, бораты: бура Na2B4O7·10H2O, ашарит MgBO2(OH), гидроборацит (Ca, Mg)B6O11·6H2O, иниоит Ca2B6O11·13H2O, калиборит KMg2B11O19·9H2O.
Исходную руду сначала обогащают, очищают от примесей, увеличивая тем самым концентрацию бора. Затем, путем разливных химических превращений из руды получают бораты (подробно не буду описывать, техпроцесс сложный, и это уже выходит за рамки этого урока).
Сам металлический бор, в наиболее чисто виде, можно получить разложением бороводорода при высокой температуре:
Или путем восстановления магнием или натрием (эти металлы еще более жадные до кислорода, и отбирают его даже у него):
Или может быть восстановление фторидов:
Еще один способ получение элементарного бора – это термическое разложение паров бромида брома на раскаленный до тысячи градусов вольфрамовой проволоке в присутствии водорода. В этом случае водород отбирает бром у бора, вольфрам является катализатором. Идет вот такая вот реакция:
Подытожим урок. Бор интересный химический элемент, он непонятно, металл или неметалл, «ни рыба ни мясо» как говориться. Он чуть-чуть (но только чуть-чуть) похож на углерод, так как стоит рядом с ним в таблице химических элементов. Бор довольно инертный, взаимодействует с другими элементами крайне неохотно, для этого надо создать особые условия. При комнатной температуре реагирует разве что с фтором. Бор применятся в промышленности, для разных целей, и даже как удобрение. Добывают его из борной руды через довольно сложный технологический процесс, включая обогащение руды и непосредственные химические превращения.
