عنصر بور

بور، B، دارای عدد اتمی 5 است و تنها نافلز متعلق به گروه 13 جدول تناوبی است. یکی از ویژگی های تعیین کننده بور این است که حاوی یک اوربیتال p خالی است که امکان پذیرش یک جفت الکترون را فراهم می کند و باعث می شود که مانند یک اسید لوئیس قوی رفتار کند. به همین دلیل، بور کاربردهای گسترده ای در درزگیرها، اپوکسی ها، مقوا و سنتز لجن پیدا کرده است (که می توانید ساختن آن را در اینجا بیاموزید)! انسان ها تمایل دارند از بور لذت ببرند، مورچه ها نه چندان.

حقایق بور “غیر بور”.

1. نام بور از کلمه عربی «بوراق» و کلمه فارسی «بوره» به معنای بوراکس گرفته شده است.
2. کشورهایی از جمله ایالات متحده، تبت، شیلی و ترکیه سالانه حدود دو میلیون تن بورات استخراج می کنند.
3. بور در شکل خالص خود فراوان نیست و تنها کمتر از 0.001 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. در طبیعت، ترکیبات اکسیژن حاوی بور هستند.
4. بور خالص سخت و ساینده و در عین حال شکننده است. بعید است که ابزارهای محکم حاوی این متالوئید باشند. با این حال، سرامیک های حاوی بور معمولاً برای ساخت ابزارهای برش برای استفاده در ماشینکاری فلزات سخت استفاده می شود.
5. شیشه بوروسیلیکات بسیار با کیفیت تر و بادوام تر از شیشه معمولی است. به دلیل مقاومت در برابر تغییرات دما و اکثر مواد شیمیایی برای ظروف شیشه ای علمی ایده آل است.
6. بدست آوردن خالص بور کریستالی فرآیند دشواری است: تری برومید بور (BBr₃) یا تری کلرید بور (BCl₃) باید با هیدروژن روی یک رشته تانتالیوم گرم شده الکتریکی کاهش یابد.
7. بور ممکن است جزء مهمی از منشا حیات روی زمین بوده باشد. را فرضیه جهانی RNA بیان می کند که DNA در نتیجه تکامل به ماده ژنتیکی تبدیل شد و RNA اولین مولکول ناپایدار بود. تصور می‌شود که بورات‌ها ریبوز – بلوک‌های سازنده RNA – را تثبیت می‌کنند، به این معنی که می‌توانستند برای تشکیل RNA و بنابراین حیات روی زمین حیاتی باشند.
8. اکسید بوریک نقطه ذوب مشخصی ندارد اما در دمای حدود 325 درجه سانتیگراد (617 درجه فارنهایت) شروع به نرم شدن می کند.
9. بور کریستالی کمیاب، گران قیمت اما بسیار زیبا است

بور و جدول تناوبی

بور دارای نماد اتمی B و عدد اتمی 5 است. در گروه 13 جدول تناوبی در سمت چپ کربن و بالای آلومینیوم قرار دارد. این یک متالوئید با اشکال کریستالی و آمورف است.

اتم بور دارای پیکربندی الکترونی 1 ثانیه است²2 ثانیه²2p¹ . این 3 الکترون ظرفیتی است که امکان تشکیل طیف گسترده ای از بوران ها و بورات ها را فراهم می کند. واکنش پذیری بسیار کمتری نسبت به آلومینیوم دارد و شیمی آبی متفاوتی نسبت به آلومینیوم دارد.

کاربردهای بور در دنیای امروز

بور کاربردهای زیادی دارد. به اشکال مختلفی ظاهر می شود که رایج ترین آن بور آمورف است. این یک پودر تیره است که با اکسیژن، آب، اسیدها یا مواد قلیایی واکنش نمی دهد. در تماس با فلزات، بور آمورف به بورید تبدیل می شود. بور آمورف رنگ سبزی را ایجاد می کند که در مواد پیروتکنیک و شراره ها دیده می شود. همچنین موشک ها از این ترکیب برای منبع اشتعال خود استفاده می کنند.

رشته های بور هم استحکام بالا و هم سبک وزن دارند و برای سازه های هوافضا ایده آل هستند.

بور-10 ایزوتوپی از عنصر بور است. به دلیل توانایی آن در جذب آسان نوترون های کم انرژی، نسبتاً منحصر به فرد است. عملکردهای آن شامل طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای و استفاده از میله های کنترل راکتورهای هسته ای و آشکارسازهای نوترونی است.

اسید بوریک معمولاً به عنوان یک مورد استفاده می شود قاتل مورچه و سوسک. با تداخل در سیستم گوارشی و عصبی آنها را از بین می برد. خوشبختانه، اسید بوریک برای انسان خیلی سمی نیست، با سمیتی مشابه کلرید سدیم (نمک خوراکی).

تاریخچه بور

جوزف لوئیس گی لوساک و لوئیس ژاک تنارد و سر همفری دیوی به اشتباه بور را در سال 1808 کشف کردند. آنها اسید بوریک را با پتاسیم ترکیب کردند تا عنصر را جدا کنند. در حالی که این شیمیدانان فکر می کردند که بور خالص را کشف کرده اند، تا سال 1909، زمانی که Ezekiel Weintraub واقعاً آن را به دست آورد و کشف 1808 را جعل کرد.

واکنش های بور

بور نسبت به آب و اسید هیدروکلریک و هیدروفلوریک غیر واکنشی است. این عنصر حساس است و فقط با اسید نیتریک یا سولفوریک وارد واکنش می شود گرم شده است شرایط تحت این واکنش، بور به اکسید بوریک اکسید می شود.

در دمای اتاق، بور از نظر شیمیایی بی اثر است. این فقط با فلوئور و اکسیژن واکنش نشان می دهد که برای تشکیل تری فلوراید بور و اکسید بوریک واکنش نشان می دهد. با این حال، در دماهای بالا، عنصر تقریباً با تمام فلزات (به استثنای تلوریم و گازهای نجیب) واکنش می دهد.

ترکیبات بور

بور خالص در طبیعت وجود ندارد. در عوض، به صورت ترکیباتی مانند بوراکس، اسید بوریک و بورات ها وجود دارد.

بور ترکیبات کووالانسی دائمی را تشکیل می دهد، مانند کارکرد کربن و سیلیکون. با این حال، خود را با یک الکترون ظرفیت کمتر در مدارش متمایز می کند. حالت اکسیداسیون 3+ را نشان می‌دهد که باعث می‌شود حالت‌های اکسیداسیون دیگر را تشکیل دهد. کمپلکس های دهنده-گیرنده الکترون با ترکیباتی که دارای جفت الکترون تک هستند تشکیل می شوند.

ترکیبات مختلفی از بورها وجود دارد که به آنها بورات می گویند. این شامل بوراکس، اکسید بوریک و اسید بوریک است.

ترکیبات رایج بور

سنتز بتونه احمقانه

یکی از جالب ترین و سرگرم کننده ترین کاربردهای اسید بوریک در سنتز Silly Putty است. بتونه احمقانه را می توان به شکل ها و قطعات مختلف کشید، قالب زد، رول کرد. جزء اصلی در Silly Putty که مسئول این رفتار ویسکوالاستیک است پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) است. واحد تکرار شونده با n با اتم های پر شده به صورت هیدروژن در شکل 1 نشان داده شده است.

PDMS تنها به ویسکوالاستیسیته Silly Putty کمک نمی کند. هنگامی که اسید بوریک به PDMS اضافه می‌شود، با گروه‌های Si-OH واکنش نشان می‌دهد تا پیوندهای عرضی ایجاد کند، همانطور که در شکل 2 مشاهده می‌شود. با این حال، زمانی که Silly Putty به سرعت و با قدرت از هم جدا می شود، رفتار ارتجاعی مشاهده می شود و به طور تمیز به دو قسمت تقسیم می شود.

علیرغم اینکه بتونه احمقانه چقدر “احمقانه” است، کاربردهای جدی نیز دارد. در طول ماموریت های فضایی آپولو، Silly Putty به دلیل خاصیت چسبندگی ملایمش برای ایمن سازی ابزارها استفاده شد.

سنتز بور

امروزه بور از حرارت دادن بوراکس با کربن بدست می آید. با این حال، برای رسیدن به خالص بور کریستالی فرآیند دشواری است: تری برومید بور (BBr₃) یا تری کلرید بور (BCl₃) باید با هیدروژن روی یک رشته تانتالیوم گرم شده الکتریکی کاهش یابد. علاوه بر این، شرایط خارجی باید به شدت تنظیم شود تا از واکنش تصادفی بین بور و ماده دیگر جلوگیری شود.

حالت های اکسیداسیون بور

بور در حالت اکسیداسیون 3+ و 1+ وجود دارد و 3+ مطلوب‌تر است.

خواص بور

نقطه ذوب: 2350 K; 2077 درجه سانتی گراد; 3771 درجه فارنهایت

نقطه جوش: 4273 K; 4000 درجه سانتیگراد؛ 7232 درجه فارنهایت

چگالی: 2.34 گرم بر سانتی متر مکعب

وزن اتمی: 10.81

عدد اتمی: 5

الکترونگاتیوی: 2.04

طبقه بندی: متالوئید

فراوانی طبیعی در پوسته زمین: 0.001%

پیکربندی پوسته الکترونی: 1 ثانیه²2 ثانیه²2p¹، یا [He] 2 ثانیه²2p¹

ایزوتوپ ها: بور-10، بور-11

به طور طبیعی در مواد معدنی یافت می شود: کلمنیت، اولکسیت، تینکال، کرنیت

سمیت: در دوزهای بالا سمی است

از کجا می توانم بور بخرم؟

کریستال های بور را می توان از آمازون و فروشگاه های تخصصی. پودر بور را می توان از فروشگاه های تخصصی.

آزمایشات سرگرم کننده

با مقداری بوراکس و چسب مایع، می توانید طرز تهیه اسلایم را در اینجا یاد بگیرید!