Бор (Boron) е химичен елемент с атомен номер 5 и химичен символ B, принадлежащ към групата на полуметалите. Той заема междинно място между металите и неметалите и притежава уникални свойства, които го правят изключително ценен в индустрията, енергетиката, електрониката и дори в биологията.
| Бор (елемент) | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Бор |
| Латинско / международно наименование | Boron |
| Химичен символ | B |
| Пореден номер (атомно число) | 5 |
| Период и група в таблицата | Период 2, група 13 |
| Блок (s, p, d, f) | p-блок |
| Категория / тип елемент | Полуметал |
| Атомна маса | 10.81 u |
| Изотопи | ¹⁰B, ¹¹B |
| Средна атомна маса | 10.811 |
| Плътност | 2.34 g/cm³ |
| Температура на топене | 2076°C |
| Температура на кипене | 3927°C |
| Кристална структура | Ромбична / тетрагонална |
| Цвят / външен вид | Черно-кафяв, блестящ |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Гей-Люсак, Тенар и Дейви, 1808 г. |
| Място на откриване | Франция и Англия |
| Етимология на името | От минерала боракс |
| Химическа формула | B |
| Окислителни степени | +3 |
| Електронна конфигурация | 1s² 2s² 2p¹ |
| Електроотрицателност (Паулинг) | 2.04 |
| Йонизационна енергия | 8.3 eV |
| Ковалентен радиус | 85 pm |
| Атомен радиус | 98 pm |
| Топлопроводимост | 27 W/(m·K) |
| Електрическа проводимост | Полупроводникова |
| Магнитни свойства | Диамагнитен |
| Честота в земната кора | 10 ppm |
| Основни минерали и съединения | Боракс, кернит, колеманит, борен триоксид |
| Разпространение в природата | В солни езера и седиментни скали |
| Начини за получаване / добив | Редукция на борен оксид с магнезий |
| Основни производители в света | Турция, САЩ, Аржентина, Казахстан |
| Основни приложения | Стъкло, ядрени реактори, електроника, торове |
| Биологично значение | Необходим микроелемент за растения и животни |
| Токсичност и безопасност | Слабо токсичен при високи дози |
| Влияние върху човешкия организъм | Подпомага костната обмяна и мозъчната функция |
| Използване в индустрията | Стъкларство, химия, металургия, енергетика |
| Използване в медицината / фармацията | Потенциален агент в бор-неутронна терапия |
| Ядрени свойства | Улавя неутрони (¹⁰B) |
| Наличие в атмосферата / океаните | Малки концентрации в морската вода |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | От боросиликатни отпадъци и стъкло |
| Глобално годишно производство | ~4 милиона тона борни съединения |
| Основни вносители / износители | Турция, САЩ, Китай, ЕС |
| Историческо значение | Един от първите изолирани полуметали |
| Научна дисциплина | Химия, физика, агрономия, енергетика |
| CAS номер | 7440-42-8 |
| PubChem CID | 5462311 |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Твърдо |
| Класификация по IUPAC | Полуметал |
| Символика и културно значение | Символ на устойчивост, интелект и научен напредък |
Известен с твърдост, химическа устойчивост и висока точка на топене, борът е ключов компонент в стъклокерамиката, боросиликатното стъкло, влакнести материали, ядрени реактори и ракетно гориво. Освен това, в малки количества, борът има съществено биологично значение – подпомага растежа на растенията и метаболитните процеси при животните.
Борът е открит в началото на XIX век от Джозеф Луи Гей-Люсак и Луи Жак Тенар (1808 г.) във Франция и независимо от Хъмфри Дейви в Англия. Оттогава той се превръща в един от най-важните технически елементи в съвременната химия и технология.
Физични и химични свойства
Борът е твърд, крехък, черно-кафяв полуметал, който кристализира в сложни структури, напомнящи диамантена решетка. Това обуславя неговата изключителна твърдост и химическа устойчивост.
- Плътност: 2.34 g/cm³
- Точка на топене: 2076°C
- Точка на кипене: 3927°C
Борът е лош електрически проводник при стайна температура, но става полупроводник при по-високи температури. Не се разтваря в киселини и основи, а реагира само с концентрирани окислители.
Един от най-важните му химични продукти е борният триоксид (B₂O₃), от който се образува боросиликатно стъкло – материал с висока термична устойчивост. Също така, борът образува бориди – твърди съединения с метали, използвани за повърхностно закаляване и устойчивост на износване.
Разпространение и находища
Борът е сравнително рядък елемент в земната кора (около 10 ppm), но формира стабилни минерали, от които може да се извлича икономически. Основните борни минерали са боракс (Na₂B₄O₇·10H₂O), кернит, уликсит и колеманит.
Най-големите природни залежи се намират в Турция, Калифорния (САЩ), Аржентина, Боливия, Казахстан и Русия. Турция държи над 70% от световните борни резерви, което я превръща в основен износител на бор и неговите съединения.
Добив и производство
Борът се получава чрез редукция на борния триоксид с метален магнезий или алуминий:
B₂O₃ + 3Mg → 2B + 3MgO
Чист бор се произвежда трудно, тъй като лесно се замърсява с кислород и въглерод. В индустрията често се използва аморфен бор (черен прах) или кристален бор, който има висока устойчивост и се използва в материали с голяма износоустойчивост.
Изотопи и ядрени свойства
Борът има два стабилни изотопа:
- ¹⁰B (19.9%)
- ¹¹B (80.1%)
Изотопът ¹⁰B има уникално свойство – той улавя неутрони, поради което се използва в ядрените реактори за контрол и безопасност. Борните пръти, съдържащи борен карбид (B₄C), са ключови елементи в регулирането на ядрени процеси.
Приложения
Борът е един от най-многофункционалните елементи в периодичната таблица. Неговите съединения и сплави намират приложение в десетки индустрии:
- Стъкларска и керамична промишленост: боросиликатното стъкло (напр. Pyrex) е устойчиво на топлина и химични влияния.
- Металургия: използва се за легиране на стомани и алуминиеви сплави за повишаване на твърдостта.
- Ядрена енергетика: борът контролира потока на неутрони в реакторите.
- Химическа промишленост: като катализатор и в производството на торове.
- Ракетни горива и експлозиви: металният бор се използва за изготвяне на енергийно ефективни горива.
- Електроника: в силициевите чипове борът служи като допант за създаване на p-тип полупроводници.
- Медицина: борните съединения имат потенциално приложение в лъчетерапията на рака (бор-неутронен захват).
- Агрохимия: в малки количества борът е необходим за растежа на растенията и образуването на плодове.
Биологично значение
Борът има важна роля в биологията, макар и в минимални количества. Той участва в регулацията на калциевия метаболизъм, растежа на костите и функционирането на клетъчните мембрани. При растенията борът е есенциален микроелемент, необходим за формирането на клетъчни стени и транспорт на захари.
Недостигът на бор в почвите води до деформации на растежа и намалена реколта, особено при плодови и зеленчукови култури.
Рискове и безопасност
В малки количества борът е безопасен, но високи концентрации на борни съединения (например борна киселина) могат да бъдат токсични. Прекомерният прием при хора може да причини гадене, диария и нарушения в бъбречната функция.
В промишлеността праховият бор и борните карбиди се обработват при спазване на предпазни мерки, тъй като могат да предизвикат дразнене на дихателните пътища и очите.
Интересни факти
Борът е вторият най-твърд известен елемент след въглерода (диаманта). Съединението борен нитрид (BN) има структура, подобна на диамант, и се използва като супер твърд материал. Елементът е необходим за синтеза на някои растителни хормони. В космоса борът се образува не в звезди, а чрез космически лъчев синтез (спалация) – рядък процес в междузвездната среда.