Bór kémiai elem

Bór (B), kémiai elem, a periódusos rendszer 13. főcsoportjának (IIIa vagy bórcsoport) félterméke, amely nélkülözhetetlen a növény növekedéséhez és széles ipari alkalmazásra.

Az elem tulajdonságai

atomszám	5
atomtömeg	10,811
olvadáspont	2,200 ° C (4,000 ° F)
forráspont	2550 ° C (4 620 ° F)
fajsúly	2,34 (20 ° C-on [68 ° F])
oxidációs állapot	3
elektronkonfiguráció	1s 2 2s 2 2p 1

Tulajdonságok, előfordulás és felhasználások

A tiszta kristálybór egy fekete, fényes félvezető; Vagyis magas hőmérsékleten vezet elektromosságot, mint fém, és alacsony hőmérsékleten szinte szigetelő anyag. Elég nehéz (Mohs skálán 9,3) megkarcolni néhány csiszolóanyagot, például a karborundumot, de túlságosan törékeny a szerszámokhoz való felhasználáshoz. Ez körülbelül 0,001 tömeg% a földkéregnek. A bór bórax, kernit és tincalconite (hidratált nátrium-borátok) formájában fordul elő, amelyek a fő kereskedelmi bór ásványi anyagok, különösen Kaliforniai száraz régiókban koncentrálódnak, és olyan széles körben eloszlatott ásványok, mint a kolemanit, ulexit és turmalin. A szasolit - a természetes bórsav - különösen Olaszországban fordul elő.

A bórt először (1808) Joseph-Louis Gay-Lussac és Louis-Jacques Thenard francia kémikusok, valamint Sir Humphry Davy brit vegyész izolálta bór-oxid (B ₂ O ₃) melegítésével kálium-fémmel. A tiszta amorf termék, a barnásfekete por, volt a bór egyetlen formája, amely több mint egy évszázaddal ismert. A tiszta kristálybór bonyolult módon előállítható bromid vagy klorid (BBr ₃, BCl ₃) hidrogénnel történő redukciójával egy elektromos fűtésű tantálszálon.

Az acél keménységének fokozására korlátozott mennyiségű elemi bórt használnak. Vas ötvözetű ferroboronként adva, ez számos acélban található, általában 0,001 és 0,005 százalék között. A bórt a színesfémiparban is használják, általában deoxidálószerként, rézbázisú ötvözetekben és nagy vezetőképességű rézben gáztalanítóként, valamint alumíniumöntvényekben a gabona finomításához. A félvezetőiparban kicsi, gondosan szabályozott bórmennyiséget adagolnak a szilíciumhoz és a germániumhoz az elektromos vezetőképesség módosítása céljából.

Bórsav vagy borátok formájában a bór nyomai sok szárazföldi növény növekedéséhez szükségesek, és így közvetetten nélkülözhetetlenek az állati élet szempontjából. A hosszú távú bórhiány tipikus következményei: mutatványozás, rossz növekedés; A zöldségfélék „barna szív” és a cukorrépa „száraz rothadás” a bórhiány miatt fellépő rendellenességek közé tartoznak. A bórhiány enyhíthető oldható borátok talajjal történő felhordásával. Túlzott mennyiségben a borátok nem szelektív herbicidek. A bórban természetesen gazdag talajban növekvő növényfajok gigantismusáról számoltak be. Még nem világos, mi a bór pontos szerepe a növény életében, de a legtöbb kutató egyetért abban, hogy az elem valamilyen módon elengedhetetlen az apikális merisztémák normál növekedéséhez és működéséhez, a növényi hajtások növekvő tippeihez.

Tiszta bór létezik legalább négy kristályos módosításban vagy allotrópban. Iozaéder formájában elrendezett 12 bóratomot tartalmazó zárt ketrecek az elemi bór különféle kristályos formáiban fordulnak elő.

A kristálybór kémiailag normál hőmérsékleten szinte semleges. A forrásban lévő sósav ezt nem befolyásolja, és a forró koncentrált salétromsav csak lassan átalakítja a finoman porított bórt bórsavvá (H ₃ BO ₃). A bór kémiai viselkedésében nemfémes.

A természetben a bór két stabil izotóp keverékéből áll: bór-10 (19,9%) és bór-11 (80,1%); ennek az aránynak a kis változása ± 0,003 tartományba esik az atomtömegben. Mindkét mag rendelkezik nukleáris spinnel (az atommagok forgása); a bór-10 értéke 3, a bór-11 értéke 3/3, az értékeket kvantumhatások diktálják. Ezeket az izotópokat ezért felhasználják a magmágneses rezonancia-spektroszkópiában és a speciálisan a bór-11 mag detektálására adaptált spektrométerek kereskedelemben kaphatók. A bór-10 és a bór-11 magok megosztást okoznak más magok (például a bórhoz kötött hidrogénatomok) rezonanciáiban (vagyis új sávok megjelenése a rezonancia spektrumban).

A bór-10 izotóp egyedülálló abban, hogy rendkívül nagy befogási keresztmetszettel (3836 barn) rendelkezik a hőneutronok számára (azaz könnyen elnyeli az alacsony energiájú neutronokat). A neutron elfogása ennek az izotópnak a magja után egy alfa-részecskét (hélium atommagja, amelyet α jelképez) kiutasítanak:

Mivel a nagy energiájú alfa-részecskék nem haladnak messze a normál anyagban, a bórt és egyes vegyületeit felhasználták a neutronpajzsok gyártására (olyan anyagok, amelyeket a neutronok nem képesek áthatolni). A Geiger-számlálóban az alfa-részecskék választ váltanak ki, míg a neutronok nem; ennélfogva, ha egy Geiger-számláló gázkamráját gáznemű bórszármazékkal (pl. bór-trifluoriddal) töltik meg, akkor a számláló rögzíti az összes előállított alfa-részecskét, amikor egy, a kamrába átmenő neutronot egy bór-10 mag vesz fel. Ilyen módon a Geiger-számlálót eszközzé alakítják olyan neutronok kimutatására, amelyek általában nem befolyásolják.

A bór-10 neutronokkal szembeni affinitása szintén alapját képezi a bór-neutron elfogó terápiának (BNCT) ismert technikának az agydaganatokban szenvedő betegek kezelésére. Rövid ideig, miután bizonyos bórvegyületeket beadtak egy agydaganatos betegnek, a vegyületek elsősorban a daganatban gyűlnek össze; a tumorsejtek termikus neutronokkal történő besugárzása, amelyek viszonylag csekély általános szövetkárosodást okoznak, a szövetkárosító alfa-részecske felszabadulását eredményezi a daganatban, amikor egy bór-10 atommag elfog egy neutronot. Ilyen módon a pusztulást előnyösen a daganatra lehet korlátozni, így a normál agyszövet kevésbé lesz érintett. A BNCT-t a fej és a nyaki daganatok, a máj, a prosztata, a hólyag és az emlő kezelésére is vizsgálták.