Vlastnosti, história, výroba a využitie bóru

Bór je extrémne tvrdý a žiaruvzdorný polokov, ktorý sa dá nájsť v rôznych formách. V zmesiach sa bežne používa na výrobu všetkého od bielidiel a skla až po polovodiče a poľnohospodárske hnojivá.

Vlastnosti bóru sú:

• Atómový symbol: B
• Atómové číslo: 5
• Kategória prvku: Metalloid
• Hustota: 2,08 g / cm3
• Teplota topenia: 3769 ° F (2076 ° C)
• Bod varu: 7101 ° F (3927 ° C)
• Mohova tvrdosť: ~ 9,5

Elementárny bór je alotrópny polokov, čo znamená, že samotný prvok môže existovať v rôznych formách, z ktorých každý má svoje vlastné fyzikálne a chemické vlastnosti. Rovnako ako iné polokovy (alebo metaloidy) sú niektoré z vlastností materiálu kovové, zatiaľ čo iné sú podobné nekovom.

Bór s vysokou čistotou existuje buď ako amorfný tmavohnedý až čierny prášok alebo ako tmavý, lesklý a krehký kryštalický kov.

Bór je extrémne tvrdý a odolný voči teplu, je zlým vodičom elektriny pri nízkych teplotách, ale toto sa mení so stúpajúcimi teplotami. Zatiaľ čo kryštalický bór je veľmi stabilný a nereaguje s kyselinami, amorfná verzia pomaly oxiduje na vzduchu a môže v kyseline prudko reagovať.

V kryštalickej forme je bór druhým najťažším zo všetkých prvkov (za uhlíkom iba v jeho diamantovej forme) a má jednu z najvyšších teplôt topenia. Podobne ako u uhlíka, pre ktorý si začínajúci vedci často pomýlia tento prvok, vytvára bór stabilné kovalentné väzby, ktoré sťažujú izoláciu.

Prvok číslo päť má tiež schopnosť absorbovať veľké množstvo neutrónov, čo z neho robí ideálny materiál pre tyče riadenia jadra.

Nedávny výskum ukázal, že keď je superchladený, bór vytvára ešte celkom inú atómovú štruktúru, ktorá mu umožňuje pôsobiť ako supravodič.

Zatiaľ čo objav bóru sa pripisuje francúzskym aj anglickým chemikom, ktorí skúmajú borát minerálov na začiatku 19. storočia sa predpokladá, že nebola vyrobená čistá vzorka prvku do roku 1909.

Minerály bóru (často označované ako boritany), však ľudia používali už po stáročia. Prvé zaznamenané použitie bóraxu (prírodne sa vyskytujúceho boritanu sodného) boli arabskí zlatníci, ktorí použili túto zmes ako tavivo na čistenie zlata a striebra v 8. storočí A.D.

Glazúry čínskej keramiky z 3. až 10. storočia A.D. sa tiež ukázali, že využívajú prirodzene sa vyskytujúcu zlúčeninu.

Vynález tepelne stabilného borokremičitého skla na konci 18. storočia poskytol nový zdroj dopytu po boritanových mineráloch. S využitím tejto technológie predstavila spoločnosť Corning Glass Works v roku 1915 sklenený riad Pyrex.

V povojnových rokoch rástli žiadosti o bór do stále sa rozširujúcej škály priemyselných odvetví. Nitrid bóru sa začal používať v japonskej kozmetike av roku 1951 sa vyvinul spôsob výroby bórových vlákien. Prvé jadrové reaktory, ktoré prišli v tomto období on-line, tiež využívali bór vo svojich kontrolných tyčiach.

Bezprostredne po černobyľskej jadrovej katastrofe v roku 1986 bolo do reaktora vyhodených 40 ton zlúčenín bóru, aby sa pomohlo kontrolovať uvoľňovanie rádionuklidov.

Na začiatku osemdesiatych rokov vývoj vysokopevnostných permanentných magnetov vzácnych zemín ďalej vytvoril nový veľký trh s týmto prvkom. V súčasnosti sa ročne vyrába vyše 70 metrických ton neodym-železo-bór (NdFeB) na použitie vo všetkom, od elektrických automobilov po slúchadlá.

Koncom 90. rokov sa v automobiloch začala používať bórová oceľ na posilnenie konštrukčných prvkov, ako sú bezpečnostné tyče.

Aj keď v zemskej kôre existuje viac ako 200 rôznych druhov boritanových minerálov, iba štyri z nich viac ako 90 percent komerčnej extrakcie bóru a zlúčenín bóru - tinkalu, kernitu, colemanitu a Ulexit.

Na výrobu relatívne čistej formy práškového bóru sa oxid bóru, ktorý je prítomný v minerále, zahrieva tavidlom horčíka alebo hliníka. Redukciou sa získa prášok elementárneho bóru, ktorý má čistotu zhruba 92 percent.

Čistý bór sa môže vyrábať ďalšou redukciou halogenidov bóru vodíkom pri teplotách nad 1 500 ° C.

Vysoko čistý bór, ktorý sa vyžaduje na použitie v polovodičoch, sa môže pripraviť rozkladom diboránu pri vysokých teplotách a pestovaním monokryštálov tavením zón alebo metódou Czolchralski.

Aj keď sa ročne ťaží viac ako šesť miliónov ton minerálov obsahujúcich bór, veľká väčšina z nich je sa spotrebujú ako boritanové soli, ako je kyselina boritá a oxid bóru, pričom veľmi málo sa prevádza na elementárny bór. V skutočnosti sa ročne spotrebuje iba asi 15 metrických ton elementárneho bóru.

Šírka použitia bóru a zlúčenín bóru je extrémne široká. Niektorí odhadujú, že existuje viac ako 300 rôznych konečných použití prvku v jeho rôznych formách.

Päť hlavných použití je:

• Sklo (napr. Tepelne stabilné borokremičité sklo)
• Keramika (napr. Glazúry dlaždíc)
• Poľnohospodárstvo (napr. Kyselina boritá v tekutých hnojivách).
• Detergenty (napr. Peroxoboritan sodný v pracom prostriedku)
• Bielidlá (napr. Odstraňovače škvŕn pre domácnosť a priemysel)

Hoci kovový bór má veľmi málo použití, prvok je vysoko cenený v mnohých metalurgických aplikáciách. Odstránením uhlíka a iných nečistôt, keď sa viaže na železo, malé množstvo bóru - len niekoľko dielov na milión - pridané do ocele môže spôsobiť, že bude štyrikrát silnejšie ako priemerná vysokopevnostná oceľ.

Schopnosť prvku rozpustiť a odstrániť film z oxidu kovu je tiež ideálna na zváranie tavív. Chlorid boritý odstraňuje z roztaveného kovu nitridy, karbidy a oxidy. Výsledkom je, že sa pri výrobe používa chlorid boritý hliník, magnézium, zinok a zliatiny medi.

V práškovej metalurgii zvyšuje prítomnosť kovových boridov vodivosť a mechanickú pevnosť. U železných výrobkov ich existencia zvyšuje odolnosť proti korózii a tvrdosť, zatiaľ čo v zliatiny titánu používané v prúdových rámoch a častiach turbínových častí zvyšujú mechanickú pevnosť.

Bórové vlákna, ktoré sa vyrábajú nanášaním hydridového prvku na volfrámový drôt, sú silné, ľahké konštrukčný materiál vhodný na použitie v leteckom priemysle, ako aj v golfových kluboch a vo vysokom ťahu páska.

Zahrnutie bóru do NdFeB magnetu je rozhodujúce pre funkciu vysokopevnostných permanentných magnetov, ktoré sa používajú vo veterných turbínach, elektrických motoroch a širokej škále elektroniky.

Sklon Boronu k absorpcii neutrónov umožňuje jeho použitie v tyčiach jadrového riadenia, radiačných štítoch a neutrónových detektoroch.

Nakoniec sa karbid bóru, tretia najťažšia známa látka, používa na výrobu rôznych pancierov a nepriestrelných vest, ako aj brúsnych materiálov a opotrebiteľných častí.