Nézd meg a félmetál bórot
A bór rendkívül kemény és hőálló fémfém, amely különböző formákban megtalálható, és széles körben használják a vegyületekben, hogy mindent a fehérítőkből és az üvegből a félvezetőkhöz és a mezőgazdasági műtrágyákhoz készítsenek.
A bór tulajdonságai:
- Atomszimbólum: B
- Atomszám: 5
- Elem kategória: Metalloid
- Sűrűség: 2,08 g / cm3
- Olvadáspont: 3769 ° F (2076 ° C)
- Forráspont: 7101 F (3927 C)
- Moh keménysége: ~ 9.5
A bór jellemzői
Az elemi bór egy allotróp félfém, ami azt jelenti, hogy maga az elem létezhet különböző formákban, mindegyiknek saját fizikai és kémiai tulajdonságai vannak. Ugyanúgy, mint a többi félfém (vagy metalloid), néhány bór tulajdonsága fémes jellegű, míg mások hasonlóak a nem fémekhez.
A nagy tisztaságú bór vagy amorf sötétbarna vagy fekete por vagy sötét, csillogó és törékeny kristályos fém formájában létezik.
Rendkívül kemény és ellenáll a hőnek, a bór alacsony hőmérsékleten rossz áramvezető, de ez a hőmérséklet változik. Bár a kristályos bór nagyon stabil és nem reagál savakkal, az amorf változat lassan oxidálódik a levegőben, és hevesen reagál savban.
Kristályos formában a bór a második legnehezebb az összes elem közül (csak a gyémánt formában lévő szén mögött), és az egyik legmagasabb olvadék hőmérséklet. Hasonlóan a szénhez, amellyel a korai kutatók gyakran összetévesztik az elemet, a bóla stabil kovalens kötéseket alkot, amelyek megnehezítik az izolálást.
Az ötödik elemnek képesnek kell lennie arra, hogy nagyszámú neutronot felszívjon, így ideális anyag a nukleáris vezérlő rudak számára.
Legutóbbi kutatások kimutatták, hogy ha túlhűtött, a bór még egy teljesen eltérő atomszerkezetet képez, amely lehetővé teszi, hogy szupravezetőként működjön.
A Boron története
Míg a bór felfedezése mind a francia, mind az angol kémikusoknak tulajdonítható, akik a borát ásványi anyagokat kutatták a 19. század elején, úgy vélik, hogy az elem tiszta mintáját nem 1909-ig gyártották.
A bór ásványi anyagokat (amelyeket gyakran borátoknak neveznek) már évszázadok óta használják az emberek. A borax (természetesen előforduló nátrium-borát) első felvett felhasználását az arab ókereskedők végezték, akik a vegyületet mint az arany és ezüst tisztítására szolgáló fluxust alkalmazták a 8. században
Kimutatták, hogy a 3. és a 10. század közötti kínai kerámiák üvegei a természetben előforduló vegyületet használják.
A bór modern felhasználása
A termikusan stabil boroszilikát üveg találmánya az 1800-as évek végére új forrást jelentett a borát ásványi anyagok iránti kereslet számára. Ezt a technológiát alkalmazva a Corning Glass Works 1915-ben bevezette a Pyrex üveg edényeket.
A háború utáni években a bór-alkalmazások egyre szélesebb körű iparágakba sorolódtak. A bór-nitridet japán kozmetikumokban kezdték használni, 1951-ben pedig a bórszálak gyártási eljárását fejlesztették ki. Az első nukleáris reaktorok, amelyek ezen a perióduson on-lineen érkeztek be, szintén használtak bórt az ellenőrző rudakon.
A csernobili nukleáris katasztrófa után 1986-ban 40 tonna bórvegyületet dömpingeltek a reaktorban a radionuklid felszabadulásának ellenőrzésére.
Az 1980-as évek elején a nagy szilárdságú, állandó, ritkaföldfém mágnesek kifejlesztése további nagy piacot teremtett az elem számára.
Minden évben több mint 70 tonna neodímium-vas-bór (NdFeB) mágneseket állítanak elő mindennapos használatra elektromos autókról a fejhallgatókra.
Az 1990-es évek végén a bór-acélt gépkocsikban kezdték el használni a szerkezeti elemek, például a biztonsági rudak erősítése érdekében.
Bórgyártás
Bár több mint 200 fajta borát ásványi anyag létezik a földkéregben, mindössze négy a bór- és bórvegyületek kereskedelmi kivonásának több mint 90% -át teszi ki: tincal, kernit, colemanite és ulexit.
A bórport viszonylag tiszta formájának előállításához az ásványi anyagban lévő bór-oxidot magnézium- vagy alumínium-fluxussal melegítjük. A redukció során az elemi bór port nagyjából 92% -ban tiszta.
A tiszta bórt úgy állíthatjuk elő, hogy a bórhalogenideket redukáljuk hidrogénnel, 1500 ° C-on (2732 ° F).
A félvezetőkben való felhasználáshoz szükséges nagy tisztaságú bór előállítása a diborán magas hőmérsékleten való lebonthatósága és az egykristályok növekedése a zónaolvadás vagy a Czolchralski módszer alkalmazásával történik.
Alkalmazások a bórra
Míg évente több mint hatmillió tonna bórtartalmú ásványi anyagot bányásznak le, a túlnyomó többség borátsókként, például bórsav és bór-oxid formájában kerül felhasználásra, és nagyon keveset alakítanak át elemi bórra. Valójában mindössze 15 tonna elemi bór fogyasztódik évente.
A bór- és bórvegyületek széles körű használata rendkívül széles. Egyesek becslése szerint az elem különböző formáiban több mint 300 különböző végfelhasználása van.
Az öt fő felhasználás:
- Üveg (pl. Termikusan stabil boroszilikát üveg)
- Kerámiák (pl. Cserép mázák)
- Mezőgazdaság (pl. Bórsav folyékony műtrágyákban).
- Mosószerek (pl. Nátrium-perborát mosodai mosószerben)
- Bleaches (pl. Háztartási és ipari folteltávolító szerek)
Bór-kohászati alkalmazások
Bár a fém bórnak nagyon kevés felhasználási módja van, az elemet nagyszámú kohászati alkalmazásban értékelik. A szén és más szennyeződések eltávolításával vasaláshoz kötődve egy apró mennyiségű bór - csak néhány rész milliója hozzáadott az acélhoz - négyszer erősebbé teheti az átlagos nagy szilárdságú acélt.
Az elemnek a fémoxid fólia feloldására és eltávolítására való alkalmassága szintén ideális a hegesztési folyók számára. A bór-triklorid eltávolítja a nitrideket, karbidokat és oxidot az olvadt fémből. Ennek eredményeképpen bór-trikloridot alkalmaznak alumínium, magnézium, cink és rézötvözetek készítéséhez.
A porhidurászatban a fém borid jelenléte növeli a vezetőképességet és a mechanikai szilárdságot. A vastermékekben létezésük növeli a korrózióállóságot és a keménységet, míg a sugárhajtású keretek és turbinák részeiben a boridokban használt titánötvözetek növelik a mechanikai szilárdságot.
A bórszálak, amelyek a hidrid elem volfrámhuzalon való elhelyezésével készülnek, erős, könnyű szerkezeti anyagból készültek, amelyek alkalmasak repülőgépipari alkalmazásokhoz, valamint golfklubok és nagy szakítószalagok.
A bór felvétele a NdFeB mágnesbe kritikus fontosságú a nagy szilárdságú állandó mágnesek működéséhez, amelyeket szélturbinákban, elektromos motorokban és számos elektronikában használnak.
A bór hajlamos a neutron elnyelésére, amely lehetővé teszi nukleáris vezérlő pálcák, sugárzásvédők és neutron detektorok használatát.
Végül a bórkarbidot, a harmadik legnehezebb ismert anyagot különféle páncélok és golyóálló mellények készítéséhez használják, valamint csiszolóanyagokat és kopó alkatrészeket.
Forrás:
Chemicool. Bór
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Ásványi információk. Bór
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/