Bor

Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Bor (dezambiguizare) .

Bor
5 B.                                                                                                                                                                                                                                               beriliu ← bor → carbon
Aspect
Linia spectrală
Generalitate
Numele, simbolul, numărul atomic	bor, B, 5
Serie	Semi-metale
Grup , punct , bloc	13 (IIIA) , 2 , p
Densitate	2 460 kg / m³
Duritate	9.3
Configurare electronică
Termen spectroscopic	2 P sau 1/2
Proprietăți atomice
Greutate atomica	10.811 u
Raza atomică (calc.)	85 pm
Raza covalentă	82 pm
Raza Van der Waals	străin
Configurare electronică	[ El ] 2s 2 2p 1
și - după nivelul de energie	2, 3
Stări de oxidare	3 (ușor acid), -1 ( diborură de magneziu )
Structură cristalină	romboedric
Proprietăți fizice
Stare a materiei	solid (nemagnetic)
Punct de fuziune	2 349 K (2 076 ° C )
Punct de fierbere	4 200 K (3 930 ° C)
Volumul molar	4,39 × 10 −3 m³ / mol
Entalpia vaporizării	489,7 kJ / mol
Căldura de fuziune	50,2 kJ / mol
Presiunea de vapori	0,348 Pa la 2573 K.
Viteza sunetului	16 200 m / s la 293,15 K
Alte proprietăți
numar CAS	7440-42-8
Electronegativitate	2.04 ( scara Pauling )
Căldura specifică	1026 J / (kg K)
Conductibilitate electrică	1,0 × 10 −4 / m Ω
Conductivitate termică	27,4 W / (m K)
Energia primei ionizări	800,6 kJ / mol
A doua energie de ionizare	2 427,1 kJ / mol
A treia energie de ionizare	3 659,7 kJ / mol
Energia celei de-a patra ionizări	25 025,8 kJ / mol
A cincea energie de ionizare	32 826,7 kJ / mol
Izotopi mai stabili
iso N / A TD DM DE DP 10 B 19,9% Este stabil cu 5 neutroni 11 B 80,1% Este stabil cu 6 neutroni
iso: izotop NA: abundență în natură TD: timpul de înjumătățire DM: modul de descompunere DE: energia de descompunere în MeV DP: produs de descompunere

Borul este elementul chimic al tabelului periodic al elementelor care are B ca simbol și 5 ca număr atomic . Este un semimetal trivalent și se găsește abundent în borax . Există două alotropi de bor: borul amorf, care este o pulbere maro, și borul metalic, care este negru. Forma metalică este dură (9,3 pe scara Mohs ) și este un conductor slab la temperatura camerei . Borul nu se găsește liber în natură. Acest element are proprietăți și reactivitate similare cu siliciu și este un semiconductor ( relație diagonală ).

Caracteristici

Borul are trei electroni în stratul său exterior, iar în compușii săi aceștia sunt distribuiți în trei orbitali hibrizi sp² , lăsând un orbital p gol. Din acest motiv, compușii de bor se comportă adesea ca acizii Lewis , legându-se ușor cu substanțe bogate în electroni.

Caracteristicile optice ale acestui element includ transmiterea luminii în infraroșu . La temperaturi normale, borul este un conductor electric slab , dar devine un bun conductor la temperaturi ridicate.

Borul are cea mai mare rezistență la tracțiune dintre toate elementele cunoscute.

Nitrura de bor poate fi utilizată pentru a produce materiale dure precum diamantul . Nitrura acționează, de asemenea, ca un izolator electric, dar conduce căldură similară unui metal. Acest element are și calități lubrifiante similare grafitului . Borul este, de asemenea, similar cu carbonul, având capacitatea sa de a forma structuri moleculare stabile, legate covalent.

Diagrama fazelor borului.

Aplicații

Compusul boric cel mai important din punct de vedere economic este tetraboratul de sodiu Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O sau borax , care este utilizat din abundență la fabricarea izolatorilor ( fibră de sticlă ) și a perboratului de sodiu (înălbitori).

Alte utilizări ale borului sunt:

• datorită culorii sale de flacără verde, borul amorf este utilizat în artificii ;
• acidul boric este un compus important utilizat în produsele textile și în medicină (în soluție diluată) ca antiseptic ușor pentru uz extern;
• compușii de bor sunt folosiți pe scară largă în sinteza organică și la fabricarea sticlei borosilicate;
• alți compuși sunt folosiți ca conservanți pentru lemn și sunt foarte interesanți în acest sens, deoarece nu sunt foarte toxici;
• bor-10 este un absorbant de neutroni utilizat în controlul reactoarelor nucleare, cum ar fi PWR-uri , și ca scut împotriva radiațiilor neutronice și în detectarea neutronilor ;
• filamentele de bor sunt materiale foarte puternice și ușoare, utilizate în principal pentru structuri aerospațiale avansate;
• este utilizat pentru dopajul de tip p al siliciului . ^[1]

Compușii de bor sunt studiați pentru utilizare într-o gamă largă de aplicații; componentă pentru membrane permeabile la zaharuri, senzori de carbohidrați și bioconjugați. Aplicațiile medicale în studiu includ terapia cu captură de neutroni de bor și administrarea de medicamente. Alți compuși ai borului sunt promițători în tratamentul artritei .

Hidrurile complexe de bor (borani) sau de bor și carbon (carborani) se oxidează ușor și eliberează o cantitate considerabilă de energie . Prin urmare, acestea sunt studiate ca un posibil combustibil pentru rachete . În industria nucleară, acidul boric este utilizat pe scară largă ca otravă neutronică pentru reglarea puterii reactoarelor de fisiune nucleară , datorită secțiunii sale transversale mari pentru captarea neutronilor.

Secțiune transversală de ¹⁰ B (superior) și ¹¹ B (inferior)

În cele din urmă, trebuie menționate borurile metalice, care pot fi obținute în general prin combinarea directă a borului cu un alt element chimic la temperaturi ridicate. Acestea sunt substanțe foarte refractare, cu un punct de topire ridicat (în general mai mare decât 2 000 ° C ) și din acest motiv sunt utilizate la construcția creuzetelor, a căptușelilor camerei de ardere, a pieselor turbinei supuse la solicitări termice continue și a sculelor de tăiere de mare viteză. În tabelul următor raportăm cele mai cunoscute boruri cu greutatea lor specifică și punctul de topire :

Istorie

Compușii de bor - din arabul Burāq ( persan Burah ), fulgerul - sunt cunoscuți de mii de ani. În Egiptul antic, mumificarea depindea de un material cunoscut sub numele de natron , care conținea borați și alte săruri comune. Glazurile Borax au fost folosite în China încă din 300 d.Hr., iar compușii cu bor au fost folosiți pentru fabricarea sticlei în Roma antică .

În secolul al XVII-lea, extracția sărurilor de bor a început la Larderello prin exploatarea izvoarelor termale ale subsolului, o fază industrială care precede exploatarea geotermală a teritoriului ^[2] .

Elementul a fost izolat în 1808 până la 50% puritate de Humphry Davy , Joseph Louis Gay-Lussac și Louis Jacques Thénard . Ei nu au recunoscut substanța ca element. Berzelius în 1824 a fost cel care a identificat borul ca element. Primul bor pur a fost produs de chimistul american W. Weintraub în 1909 .

Disponibilitate

Statele Unite și Turcia sunt cei mai mari producători de bor. Borul nu este prezent în natură în forma sa elementară , dar este găsit combinate în borax, sassolite , Colemanit , kernitul , ulexite și borații. Acidul boric se găsește uneori în sursele de apă vulcanice. Ulexita este un mineral care posedă în mod natural proprietățile fibrelor optice .

Borul pur nu este ușor de preparat. Primele metode utilizate au folosit reducerea oxidului de bor cu metale precum magneziu sau aluminiu . Cu toate acestea, produsul a fost aproape întotdeauna contaminat. Borul pur poate fi preparat prin reducerea halogenilor de bor volatili, cu hidrogen la temperaturi ridicate.

În 1997, borul cristalin (99% pur) a costat aproximativ 5 $ gram , bor amorf 2 $ gram.

Principalii producători de bor în 2019 [3]
Poziţie	țară	Producție (o mie de tone)
1	curcan	2400
2	Chile	400
3	China	250
4	Bolivia	200
5	Germania	120
6	Peru	111
7	Rusia	80
8	Argentina	71

NOTĂ: Datele pentru Statele Unite nu au fost publicate.

Izotopi

Borul are doi izotopi stabili găsiți în natură, ¹¹ B (80,1%) și ¹⁰ B (19,9%). Fracționarea izotopului borului este controlată de reacțiile de schimb ale speciilor de bor B (OH) ₃ și B (OH) ₄ ^- . Izotopii de bor sunt, de asemenea, fracționați în timpul cristalizării minerale, în timpul schimbărilor de fază apoasă din sistemele hidrotermale și în timpul modificărilor hidrotermale ale rocilor. Ultimul efect (îndepărtarea preferențială a ionului ¹⁰ B (OH) ₄ ^- în argile) are ca rezultat soluții îmbogățite cu ¹¹ B (OH) ₃ și poate fi responsabil pentru îmbogățirea ¹¹ B în apa de mare.

Analiza chimica

Borul este identificat cantitativ prin spectrofotometrie folosind o soluție de kinalizarină (45 mg dizolvată într-un litru de acid sulfuric 96%) ca reactiv și măsurând absorbția acestuia la 620 nm .

Precauții

Borul și boratele nu sunt toxice și, prin urmare, nu necesită precauții speciale pentru manipulare. Cu toate acestea, unii dintre compușii cu bor și hidrogen mai exotici sunt toxici și necesită o atenție specială.

Borul este toxic dacă este ingerat, valoarea limită pentru apa potabilă este stabilită prin Decretul prezidențial nr. 236 din 1988 până la 1 μg / l , ^{[4] [5] în} timp ce Organizația Mondială a Sănătății (OMS) recomandă o valoare de 0,5 mg / l. ^[6]

Borul în biologie

Tot mai multe studii afirmă acum că borul este un oligoelement esențial pentru buna funcționare a biochimiei animale. S-a dovedit că borul (ca anion borat) are un efect pozitiv asupra absorbției calciului la om și, în același timp, previne pierderea magneziului . Acest lucru este util din cel puțin două motive. În primul rând, ar face din bor un oligoelement care să fie inclus printre factorii implicați în prevenirea osteoporozei . Lucrând la reabsorbția calciului și magneziului, borul s-a dovedit, de asemenea, că crește nivelul de estrogen și vitamina D chiar și la femeile aflate la menopauză . Mecanismul molecular al acestui lucru nu a fost încă înțeles, deși unele studii preliminare indică reelaborarea metabolismului acizilor ribonucleici (ARN) și intervenția enzimelor din clasa fosfo-proteină fosfatază.

În al doilea rând, ar pune borul în poziția de supliment alimentar indicat și în corectarea dezechilibrelor electrolitice la pacienții cardio- sau renali, care utilizează pe scară largă diureticele și / sau digitalele. Aceste clase de medicamente, de fapt, provoacă în cronică o pierdere evidentă a corpului de electroliți precum potasiu , magneziu și calciu , în plus față de sodiu (care este considerat printre efectele antihipertensive ale acestor medicamente).

Unul dintre motivele pentru care vegetarienii nu suferă frecvent de osteoporoză ar putea fi găsit în aportul constant și bun de bor prin leguminoasele , legumele și fructele din care sunt consumate pe scară largă. Studii suplimentare ar indica faptul că borul ar putea avea un efect antiinflamator benefic asupra articulațiilor articulare, prin modularea anumitor citokine și, astfel, să fie un supliment valid pentru bolile artritice. În cele din urmă, unele studii par să indice că există efecte pozitive ale anionilor borat, sau a derivaților organici ai acestuia, asupra unor tipuri de celule canceroase umane.

Necesarul zilnic de bor, conform recomandărilor Institutului Superior de Sănătate din SUA (NIH), este între 1,5 × 10 ^3,9 mg / zi . Alimentele cele mai bogate în bor sunt pere , struguri , prune , curmale , migdale , conopide , ciuperci , fasole și leguminoase verzi.

Cercetări privind fuziunea nucleară bor-proton de confinare cu laser

Într-un experiment efectuat în 2004, un grup de oameni de știință ruși au reușit să producă o reacție de fuziune nucleară , declanșată de confinarea cu laser , între protoni (atomi de hidrogen fără electron) și atomi de bor, la o temperatură de 10 ⁹ K ( kelvin ), fără emisia de neutroni și particule radioactive; energia necesară laserului, însă, o depășește cu mult pe cea produsă de reacție ^{[7] [8] [9]} .

Notă

Bibliografie

• Francesco Borgese, Elementele tabelului periodic. Descoperire, proprietăți, utilizări. Manual chimic, fizic, geologic , Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1 .
• R. Barbucci, A. Sabatini și P. Dapporto, Tabel periodic și proprietăți ale elementelor , Florența, Edizioni V. Morelli, 1998 (arhivat din original la 22 octombrie 2010) .
• Chebassier N. și colab. , Inducerea in vitro a expresiei matricei metaloproteinazei-2 și a matricei metaloproteinazei-9 în keratinocite de bor și mangan , 2004. Exp Dermatol .; 13 (8): 484-490.
• Dzondo-Gadet M. și colab., Acțiunea borului la nivel molecular: efecte asupra transcripției și traducerii într-un sistem celular , 2002. Biol Trace Elem Res .; 85 (1): 23-33.
• Cao J. și colab., Acidul boric inhibă formarea TNF-alfa indusă de LPS printr-un mecanism dependent de tiol în celulele THP-1 , 2008. J. Trace Elem. Med. Biol; 22 (3): 189-195.
• Barranco WT și colab., Acidul boric inhibă eliberarea de Ca ²⁺ stocată în celulele cancerului de prostată DU-145 , 2009. Cell Biol Toxicol.; 25 (4): 309-320.
• Bradke TM și colab., Acidul fenilboronic inhibă selectiv migrarea celulelor cancerului de prostată și a sânului uman și scade viabilitatea , 2008. Cell Adh Migr .; 2 (3): 153-160.

Elemente conexe

• Borani
• Fosfat de bor
• Borofen
• Borosferen

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « bor »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe bor

linkuri externe

• Boro , pe Treccani.it - ​​Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene .
• ( EN ) Boro , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei