Borul este un semi-metal extrem de dur și rezistent la căldură, care poate fi găsit într-o varietate de forme. Este utilizat pe scară largă în compuși pentru a face totul, de la înălbitori și sticlă, până la semiconductori și îngrășăminte agricole.
Proprietățile borului sunt:
- Simbol atomic: B
- Numărul atomic: 5
- Categorie de elemente: Metalloid
- Densitate: 2,08g / cm3
- Punctul de topire: 3769 F (2076 C)
- Punctul de fierbere: 3910 C (7101 F)
- Moh's Hardness: ~ 9,5
Caracteristicile borului
Borul elementar este un semi-metal alotrop, ceea ce înseamnă că elementul în sine poate exista sub diferite forme, fiecare având propriile sale proprietăți fizice și chimice. De asemenea, ca și alte semi-metale (sau metaloide), unele proprietăți ale materialului sunt de natură metalică, în timp ce altele sunt mai similare cu nemetalele.
Borul de înaltă puritate există fie ca un amorf maro închis până la negru sau un metal închis, lustru și fragil.
Extrem de dur și rezistent la căldură, borul este un conductor slab al energiei electrice la temperaturi scăzute, dar acest lucru se schimbă pe măsură ce temperaturile cresc. În timp ce borul cristalin este foarte stabil și nu reacționează cu acizii, versiunea amorfă se oxidează lent în aer și poate reacționa violent în acid.
În formă cristalină, borul este al doilea cel mai greu dintre toate elementele (în spatele numai carbonului în forma sa de diamant) și are una dintre cele mai ridicate temperaturi de topire. Similar cu carbonul, pentru care cercetătorii timpurii au confundat adesea elementul, borul formează legături covalente stabile care fac dificilă izolarea.
Elementul numărul cinci are, de asemenea, capacitatea de a absorbi un număr mare de neutroni, ceea ce îl face un material ideal pentru tijele de control nucleare.
Cercetări recente au arătat că atunci când super-răcită, borul formează încă o structură atomică cu totul diferită care îi permite să acționeze ca un superconductor.
Istoria borului
În timp ce descoperirea borului este atribuită chimistilor francezi și englezi care cercetează boratul minerale la începutul secolului 19, se crede că nu a fost produs un eșantion pur al elementului până în 1909.
Mineralele de bor (denumite adesea borate), cu toate acestea, au fost deja folosite de oameni de secole. Prima utilizare înregistrată a boraxului (borat de sodiu care se produce în mod natural) a fost de către aurii arabi care au aplicat compusul ca flux pentru purificarea aurului și argintului în secolul al VIII-lea A.D.
S-a arătat că glazurile pe ceramică chineză care datează între secolele al III-lea și al X-lea A.D. folosesc compusul natural.
Utilizări moderne ale borului
Invenția sticlei borosilicate stabile termic la sfârșitul anilor 1800 a furnizat o nouă sursă de cerere pentru minerale borate. Folosind această tehnologie, Corning Glass Works a introdus în 1915 vase de gătit Pyrex.
În anii postbelici, cererile pentru bor au crescut, incluzând o gamă tot mai largă de industrii. Nitura de bor a început să fie utilizată în produsele cosmetice japoneze, iar în 1951, a fost dezvoltată o metodă de producție pentru fibrele de bor. Primele reactoare nucleare, care au venit on-line în această perioadă, au folosit, de asemenea, bor în tijele lor de control.
În perioada imediat următoare a dezastrului nuclear de la Cernobîl din 1986, 40 de tone de compuși de bor au fost aruncați pe reactor pentru a ajuta la controlul eliberării radionuclidelor.
La începutul anilor 1980, dezvoltarea magneților permanenți de pământuri rare, de înaltă rezistență, a creat în continuare o mare piață nouă pentru element. Peste 70 de tone metrice de magneți de neodim-fier-bor (NdFeB) sunt acum produse în fiecare an pentru utilizare în orice, de la mașini electrice la căști.
La sfârșitul anilor 90, oțelul bor a început să fie utilizat în automobile pentru a consolida componentele structurale, precum barele de siguranță.
Producția de bor
Deși în scoarța terestră există peste 200 de tipuri diferite de minerale de borat, sunt doar patru socoteală peste 90 la sută din extracția comercială a borului și a compușilor de bor - tincal, kernit, colemanit și ulexite.
Pentru a produce o formă relativ pură de pulbere de bor, oxidul de bor care este prezent în mineral este încălzit cu flux de magneziu sau aluminiu. Reducerea produce pulbere elementară de bor care este aproximativ 92% pură.
Borul pur poate fi produs prin reducerea suplimentară a halogenurilor de bor cu hidrogen la temperaturi peste 1500 C (2732 F).
Borul de înaltă puritate, necesar pentru utilizare în semiconductori, poate fi realizat prin descompunerea diboranului la temperaturi ridicate și creșterea unor cristale simple prin topirea zonei sau metoda Czolchralski.
Aplicații pentru bor
În timp ce peste șase milioane de tone metrice de minerale conținând bor sunt minate în fiecare an, marea majoritate a acestora este consumate sub formă de săruri de borat, cum ar fi acidul boric și oxidul de bor, foarte puțin fiind transformate în bor elementar. De fapt, numai aproximativ 15 tone de bor elementar sunt consumate în fiecare an.
Lărgimea de utilizare a borului și a compușilor de bor este extrem de largă. Unii estimează că există peste 300 de utilizări finale diferite ale elementului în diferitele sale forme.
Cele cinci utilizări majore sunt:
- Sticlă (de exemplu, sticlă borosilicată stabilă termic)
- Ceramica (de exemplu, glazuri pentru gresie)
- Agricultură (de exemplu, acid boric în îngrășăminte lichide).
- Detergenți (de exemplu, perborat de sodiu în detergentul de rufe)
- Înălbitori (de exemplu, pentru eliminarea petelor menajere și industriale)
Aplicații metalurgice cu bor
Deși borul metalic are foarte puține utilizări, elementul este foarte apreciat într-o serie de aplicații metalurgice. Prin eliminarea carbonului și a altor impurități, deoarece se leagă de fier, o cantitate minusculă de bor - doar câteva părți pe milion - adăugate la oțel îl poate face de patru ori mai puternic decât oțelul de înaltă rezistență.
Capacitatea elementului de a dizolva și îndepărta filmul cu oxid de metal îl face ideal și pentru fluxurile de sudare. Trichlorura de bor îndepărtează nitrurile, carburile și oxidul din metalul topit. Ca rezultat, triclorura de bor este utilizată la confecționare aluminiu, magneziu, zinc și aliaje de cupru.
În metalurgia pulberilor, prezența boridelor metalice crește conductivitatea și rezistența mecanică. În produsele feroase, existența lor crește rezistența la coroziune și duritatea, în timp ce în aliaje de titan utilizate în rame cu jet și boruri ale pieselor turbinei cresc rezistența mecanică.
Fibrele de bor, care sunt realizate prin depunerea elementului de hidrură pe sârma de tungsten, sunt puternice, ușoare materiale structurale potrivite pentru utilizare în aplicații aerospațiale, precum și cluburi de golf și de înaltă tracțiune bandă.
Includerea borului în magnetul NdFeB este esențială pentru funcția magneților permanenți de mare rezistență care sunt folosiți în turbine eoliene, motoare electrice și o gamă largă de electronice.
Proclivitatea borului spre absorbția neutronilor permite utilizarea acesteia în tije de control nucleare, scuturi de radiații și detectoare de neutroni.
În cele din urmă, carburul de bor, a treia cea mai tare substanță cunoscută, este utilizat la fabricarea diverselor blindaje și veste antiglonț, precum și a materialelor abrazive și de uzură.