Bor je izuzetno tvrd i toplinski otporan polu-metal koji se može naći u raznim oblicima. Široko se koristi u mješavinama za dobivanje svega od izbjeljivača i stakla do poluvodiča i poljoprivrednih gnojiva.
Svojstva bora su:
- Atomski simbol: B
- Atomski broj: 5
- Kategorija elemenata: Metalloid
- Gustoća: 2,08 g / cm3
- Talište: 2076 C
- Vrelište: 3927 C
- Mohova tvrdoća: ~ 9.5
Karakteristike bora
Elementarni bor je alotropni polu-metal, što znači da sam element može postojati u različitim oblicima, svaki sa svojim fizičkim i kemijskim svojstvima. Također, kao i drugi polu-metali (ili metalloidi), neka svojstva materijala imaju metalnu prirodu, dok su druga sličnija nekovinama.
Bor visoke čistoće postoji ili kao amorfan tamno smeđi do crni prah ili kao tamni, sjajni i krhki kristalni metal.
Izuzetno tvrd i otporan na toplinu, bor je slab provodnik električne energije na niskim temperaturama, ali to se mijenja kako se temperature povećavaju. Dok je kristalni bor vrlo stabilan i ne reagira s kiselinama, amorfna inačica sporo oksidira u zraku i može burno reagirati u kiselini.
U kristalnom obliku bor je drugi najtvrđi od svih elemenata (iza samo ugljika u svom dijamantnom obliku) i ima jednu od najviših temperatura taline. Slično ugljeniku, za koji rani istraživači često pogrešno uzimaju element, bor tvori stabilne kovalentne veze koje ga otežavaju izoliranje.
Element broj pet također ima sposobnost apsorbiranja velikog broja neutrona, što ga čini idealnim materijalom za nuklearne upravljačke štapove.
Nedavna istraživanja pokazuju da kada se super ohladi, bor tvori sasvim drugačiju atomsku strukturu koja mu omogućuje da djeluje kao superprovodnik.
Povijest Borona
Dok se otkriće bora pripisuje i francuskim i engleskim kemičarima koji su istraživali borat minerala u ranom 19. stoljeću, vjeruje se da čisti uzorak elementa nije proizveden do 1909. god.
Minerali bora (koji se često nazivaju borati), ljudi su već koristili stoljećima. Prvo zabilježeno korištenje boraksa (prirodni natrijev borat) bili su arapski zlatari koji su primijenili spoj kao fluks za pročišćavanje zlata i srebra u 8. stoljeću A.D.
Pokazale su se i glazure s kineske keramike između 3. i 10. stoljeća A. D., koje se koriste spojem koji se prirodno pojavljuje.
Suvremena upotreba bora
Izum termički stabilnog borsilikatnog stakla u kasnim 1800-ima pružio je novi izvor potražnje za boratnim mineralima. Koristeći ovu tehnologiju, Corning Glass Works predstavio je posuđe Pyrex posuđe 1915.
U poslijeratnim godinama, aplikacije za bor postale su sve veće i veće industrije. Borov nitrid počeo se primjenjivati u japanskoj kozmetici, a 1951. razvijena je metoda proizvodnje vlakana bora. Prvi nuklearni reaktori, koji su se pojavili na mreži u tom razdoblju, također su koristili bor u svojim kontrolnim šipkama.
Neposredno nakon nuklearne katastrofe u Černobilu 1986. godine, na reaktor je bačeno 40 tona bornih spojeva kako bi se pomoglo kontroli oslobađanja radionuklida.
Početkom 1980-ih, razvoj trajnih magneta rijetke zemlje velike čvrstoće dodatno je stvorio veliko novo tržište za taj element. Preko 70 metričkih tona neodimij-željezo-bora (NdFeB) magneta sada se proizvodi svake godine za upotrebu u svemu, od električnih automobila do slušalica.
Krajem 1990-ih, borovi čelik počeo se koristiti u automobilima za jačanje konstrukcijskih komponenti, poput sigurnosnih šipki.
Proizvodnja bora
Iako više od 200 različitih vrsta boratnih minerala postoji u zemljinoj kori, samo su četiri razloga za to preko 90 posto komercijalne ekstrakcije spoja bora i bora - tinkal, kernit, kolemanit i ulexite.
Da bi se dobio relativno čist oblik bora u prahu, borov oksid, koji je prisutan u mineralu, zagrijava se s magnezijevim ili aluminijskim fluksom. Smanjenje proizvodi elementarni prah bora koji je otprilike 92 posto čist.
Čisti bor može se proizvesti daljnjim smanjenjem halogenida bora vodikom pri temperaturama iznad 1500 C (2732 F).
Bor visoke čistoće, potreban za upotrebu u poluvodičima, može se proizvesti raspadanjem diborana pri visokim temperaturama i uzgojem monokristala pomoću topljenja zona ili Czolchralski metodom.
Prijave za bor
Dok se preko šest milijuna metričkih tona minerala koji sadrže bor, velika većina toga ima konzumira se kao boratne soli, kao što su borna kiselina i borov oksid, s vrlo malo pretvorbe u elementarni bor. Zapravo se godišnje potroši samo oko 15 metričkih tona elementarnog bora.
Širina upotrebe spojeva bora i bora izuzetno je široka. Neki procjenjuju da postoji više od 300 različitih krajnjih upotreba elementa u različitim njegovim oblicima.
Pet glavnih primjena su:
- Staklo (npr. Termički stabilno borasilikatno staklo)
- Keramika (npr. Glazure za pločice)
- Poljoprivreda (npr. Borna kiselina u tekućim gnojivima).
- Deterdženti (npr. Natrijev perborat u deterdžentu za rublje)
- Izbeljivače (npr. Sredstva za uklanjanje mrlja u domaćinstvu i industriju)
Metalna primjena bora
Iako metalni bor ima vrlo malo namjene, element je visoko cijenjen u brojnim metalurškim primjenama. Uklanjanjem ugljika i drugih nečistoća dok se veže na željezo, malena količina bora - samo nekoliko dijelova na milijun - dodana čeliku može učiniti četiri puta jačim od prosječnog čelika visoke čvrstoće.
Mogućnost otapanja i uklanjanja filma oksid metala čini ga idealnim za zavarivanje fluksa. Borov triklorid uklanja otopinu metala iz nitrida, karbida i oksida. Kao rezultat, u proizvodnji se upotrebljava bor triklorid aluminijum, magnezij, cinkov i legure bakra.
U metalurgiji praha prisutnost metalnih borida povećava vodljivost i mehaničku čvrstoću. U željeznim proizvodima njihovo postojanje povećava korozijsku otpornost i tvrdoću, dok u titanske legure korišteni u mlaznim okvirima i boridnim dijelovima turbina povećavaju mehaničku čvrstoću.
Borova vlakna, koja nastaju taloženjem hidridnog elementa na volframovu žicu, snažna su, lagana konstrukcijski materijal pogodan za upotrebu u zrakoplovnim primjenama, kao i za golf klubove i visoke tenzije traka.
Uključivanje bora u NdFeB magnet presudno je za funkciju trajnih magneta velike čvrstoće koji se koriste u vjetroturbinama, elektromotorima i širokom rasponu elektronike.
Borova prodornost prema apsorpciji neutrona omogućava njegovu upotrebu u nuklearnim upravljačkim šipkama, radijacijskim štitnicima i neutronskim detektorima.
Konačno, bor karbid, treća najtvrđa poznata supstanca, koristi se u proizvodnji raznih oklopa i neprobojnih prsluka, kao i abraziva i dijelova trošenja.