Bor je izredno trda in toplotno odporna pol-kovina, ki jo lahko najdemo v različnih oblikah. Široko se uporablja v sestavinah za proizvodnjo vsega, od belila in stekla do polprevodnikov in kmetijskih gnojil.
Lastnosti bora so:
- Atomski simbol: B
- Atomska številka: 5
- Kategorija elementov: Metalloid
- Gostota: 2,08 g / cm3
- Tališče: 2076 C 3769 F
- Vrelišče: 3927 C
- Mohova trdota: ~ 9.5
Značilnosti bora
Elementarni bor je alotropna polkovina, kar pomeni, da lahko sam element obstaja v različnih oblikah, vsaka s svojimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi. Tako kot druge polkovine (ali metalloidi) so tudi nekatere lastnosti materiala kovinske, druge pa so bolj podobne nekovinam.
Bor visoke čistosti obstaja bodisi kot amorfen temno rjav do črn prah ali kot temna, sijoča in krhka kristalna kovina.
Izjemno trd in odporen proti vročini je bor slab prevodnik električne energije pri nizkih temperaturah, vendar se to spreminja, ko temperature naraščajo. Medtem ko je kristalni bor zelo stabilen in ne reagira s kislinami, amorfna različica počasi oksidira na zraku in lahko burno reagira v kislini.
V kristalni obliki je bor drugi najtežji od vseh elementov (zadaj le ogljik v svoji diamantni obliki) in ima eno najvišjih temperatur taline. Podobno kot ogljik, za katerega so zgodnji raziskovalci pogosto napačno vzeli element, bor tvori stabilne kovalentne vezi, ki jih je težko izolirati.
Element številka pet ima tudi sposobnost absorpcije velikega števila nevtronov, zaradi česar je idealen material za jedrske krmilne palice.
Nedavne raziskave so pokazale, da pri super ohlajenju bor tvori še povsem različno atomsko strukturo, ki mu omogoča, da deluje kot superprevodnik.
Zgodovina Borona
Odkrivanje bora pripisujejo tako francoskim kot angleškim kemikom, ki raziskujejo borat minerali v zgodnjem 19. stoletju, verjamejo, da čisti vzorec elementa ni bil ustvarjen do 1909.
Mineral bora (ki jih pogosto imenujemo borati) pa so ljudje že stoletja uporabljali. Prvo zabeleženo uporabo boraksa (naravno prisotnega natrijevega borata) so imeli arabski zlatarji, ki so spojino uporabljali kot tok za čiščenje zlata in srebra v 8. stoletju A.D.
Pokazale so se tudi glazure na kitajski keramiki med 3. in 10. stoletjem A. D., ki uporabljajo naravno spojino.
Sodobne uporabe bora
Izum toplotno stabilnega borosilikatnega stekla v poznih 1800-ih je prinesel nov vir povpraševanja po boratnih mineralih. Z uporabo te tehnologije je podjetje Corning Glass Works leta 1915 predstavilo stekleno posodo Pyrex.
V povojnih letih je število borov naraščalo, tako da je vse bolj širilo paleto industrij. Borov nitrid se je začel uporabljati v japonski kozmetiki, leta 1951 pa so razvili metodo proizvodnje borovih vlaken. Prvi jedrski reaktorji, ki so v tem obdobju prišli na vrsto, so v svojih krmilnih palicah uporabljali tudi bor.
Takoj po jedrski katastrofi v Černobilu leta 1986 je bilo na reaktor odvrženih 40 ton borovih spojin, da bi pomagali nadzorovati sproščanje radionuklidov.
V začetku osemdesetih let je razvoj trajnih magnetnih redkih zemeljskih trdnih snovi še dodatno ustvaril nov nov trg. Vsako leto se proizvede več kot 70 metrskih ton neodim-železo-bora (NdFeB) magnetov, ki se uporabljajo za vse, od električnih avtomobilov do slušalk.
V poznih devetdesetih se je v avtomobilih začelo uporabljati borovo jeklo za krepitev konstrukcijskih komponent, kot so varnostne palice.
Proizvodnja bora
Čeprav v zemeljski skorji obstaja več kot 200 različnih vrst boratnih mineralov, je le štiri več kot 90 odstotkov komercialne ekstrakcije bora in bornih spojin - tinkal, kernit, kolemanit in ulexit.
Za nastanek sorazmerno čiste oblike borovega praška se borov oksid, ki je prisoten v mineralu, segreje z magnezijevim ali aluminijevim tokom. Zmanjšanje proizvaja elementarni borov prah, ki je približno 92 odstotkov čist.
Čisti bor lahko dobimo z nadaljnjim zmanjševanjem borovih halidov z vodikom pri temperaturah nad 1500 C (2732 F).
Bor visoke čistosti, potreben za uporabo v polprevodnikih, je mogoče izdelati z razkrojem diborana pri visokih temperaturah in gojenjem posameznih kristalov s pomočjo conskega taljenja ali z metodo Czolchralski.
Prijave za Boron
Medtem ko se vsako leto pridobi več kot šest milijonov metrskih ton rudnin, ki vsebujejo bor, je velika večina tega uživajo kot boratne soli, kot so borova kislina in borov oksid, zelo malo pa se jih pretvori v elementarni bor. Pravzaprav se vsako leto porabi le približno 15 metrskih ton elementarnega bora.
Širina uporabe bora in bornih spojin je izjemno široka. Nekateri ocenjujejo, da obstaja več kot 300 različnih uporabnih elementov v različnih oblikah.
Pet glavnih uporab je:
- Steklo (npr. Toplotno stabilno borosilikatno steklo)
- Keramika (npr. Glazur za ploščice)
- Kmetijstvo (npr. Borova kislina v tekočih gnojilih).
- Detergenti (npr. Natrijev perborat v pralnem perilu)
- Belila (npr. Sredstva za odstranjevanje madežev v gospodinjstvih in industriji)
Bor metalurške aplikacije
Čeprav ima kovinski bor zelo malo uporabe, je element zelo cenjen v številnih metalurških aplikacijah. Z odstranjevanjem ogljika in drugih nečistoč, ki se vežejo na železo, lahko majhna količina bora - le nekaj delov na milijon -, dodanega jeklu, postane štirikrat močnejša od povprečnega jekla z visoko trdnostjo.
Sposobnost elementa, da raztopi in odstrani film kovinskega oksida, je prav tako idealen za varjenje tokov. Borov triklorid odstranjuje nitride, karbide in oksid iz staljene kovine. Kot rezultat tega se pri izdelavi uporablja borov triklorid aluminij, magnezija, cink in bakrove zlitine.
V metalurgiji prahu prisotnost kovinskih boridov povečuje prevodnost in mehansko trdnost. V železnih izdelkih njihov obstoj povečuje korozijsko odpornost in trdoto, medtem ko v titanove zlitine se uporabljajo v jetnih okvirih in boridnih delih turbin, povečajo mehansko trdnost.
Borova vlakna, ki nastanejo z nanašanjem hidridnega elementa na volframovo žico, so močna, lahka strukturni material, primeren za uporabo v vesoljskih aplikacijah, kot tudi golf klubi in visokotezni trak.
Vključitev bora v magnet NdFeB je ključnega pomena za delovanje močnih trajnih magnetov, ki se uporabljajo v vetrnih turbinah, elektromotorjih in široki paleti elektronike.
Borova naklonjenost absorpciji nevtronov omogoča uporabo v jedrskih krmilnih palicah, sevalnih oklopih in detektorjih nevtronov.
Nazadnje se borov karbid, tretja najtežje znana snov, uporablja pri izdelavi različnih orodij in neprebojnih jopičev, pa tudi abrazivnih in obrabnih delov.