A bór rendkívül kemény és hőálló félfém, amely különféle formákban megtalálható. Széles körben használják vegyületekben, a fehérítõktõl és az üvegtõl a félvezetõkig és a mezõgazdasági mûtrágyakig, mindent elõállítva.
A bór tulajdonságai:
- Atom szimbólum: B
- Atomszám: 5
- Elemkategória: Metalloid
- Sűrűség: 2,08 g / cm3
- Olvadáspont: 3769 F (2076 C)
- Forráspont: 7101 F (3927 C)
- Moh keménysége: ~ 9.5
A bór tulajdonságai
Az elemi bór egy allotróp félfém, ami azt jelenti, hogy maga az elem különféle formákban létezhet, mindegyiknek megvannak a saját fizikai és kémiai tulajdonságai. Ugyanakkor, hasonlóan más félfémekhez (vagy metalloidokhoz), az anyag bizonyos tulajdonságai fémes jellegűek, míg mások hasonlítanak a nemfémekhez.
A nagy tisztaságú bór vagy amorf sötétbarna-fekete por formájában, vagy sötét, ragyogó és törékeny kristályos fém formájában létezik.
Rendkívül kemény és hőálló, a bór alacsony hőmérsékleten rosszul vezet áramot, de ez a hőmérséklet emelkedésével megváltozik. Míg a kristálybór nagyon stabil és savokkal nem reagál, az amorf változat lassan oxidálódik a levegőben és hevesen reagálhat savban.
Kristályos formában a bór az összes elem közül a második legkeményebb (csak gyémánt alakban a szén mögött), és az egyik legmagasabb olvadási hőmérséklete van. A szénhez hasonlóan, amelynél a korai kutatók gyakran tévesen elemzik az elemet, a bór stabil kovalens kötéseket képez, amelyek megnehezítik az izolálást.
Az ötödik elem képes nagyszámú neutron felszívására, ezáltal ideális anyag nukleáris vezérlőrudakhoz.
A legújabb kutatások kimutatták, hogy amikor a bór szuperhűtött, mégis teljesen eltérő atomszerkezetet képez, amely lehetővé teszi szupravezetőként való viselkedését.
A bór története
Míg a bór felfedezését a borátot kutató francia és angol vegyészek egyaránt tulajdonítják ásványi anyagok a 19. század elején, úgy gondolják, hogy az elem tiszta mintáját nem állították elő 1909-ig.
A bór ásványi anyagokat (gyakran borátoknak nevezik) azonban az emberek már évszázadok óta használják. A bórax (természetesen előforduló nátrium-borát) első regisztrált felhasználását az arab aranyművészek végezték, akik a vegyületet fluxusként alkalmazták az arany és ezüst tisztítására a 8. században.
A kínai kerámia mázai, amelyek a 3. és a 10. századból származnak, szintén kimutatták, hogy felhasználják a természetben előforduló vegyületet.
A bór modern felhasználása
A hőstabil bór-szilikát üveg felfedezése az 1800-as évek végén új kereslet forrást jelentett a borát-ásványok iránt. Ezt a technológiát felhasználva a Corning Glass Works 1915-ben mutatta be a Pyrex üveg edényeket.
A háború utáni években a bór iránti kérelmek növekvő iparágakkal bővültek. A bór-nitridet elkezdték használni a japán kozmetikumokban, és 1951-ben kifejlesztették a bórszálak előállítási módszerét. Az első nukleáris reaktorok, amelyek ebben az időszakban online voltak, szintén bórt használtak a vezérlőrudaikban.
Az 1986. évi csernobili nukleáris katasztrófa közvetlen következményeként 40 tonna bórvegyületet dobtak a reaktorba, hogy segítsék a radionuklidok kibocsátását.
Az 1980-as évek elején a nagy szilárdságú állandó ritkaföldfém-mágnesek fejlesztése tovább létrehozta az elem nagy új piacát. Jelenleg több mint 70 tonnás neodímium-vas-bór (NdFeB) mágnest állítanak elő minden évben, az elektromos autókban a fejhallgatókig történő felhasználáshoz.
Az 1990-es évek végén a bór-acélt autókban kezdték használni szerkezeti elemek, például biztonsági rudak megerősítésére.
Bór előállítása
Bár a földkéregben több mint 200 különféle borát-ásványi anyag létezik, csak négy származik ezekből a bór és bórvegyületek - tinkál, kernit, kolemanit - kereskedelmi kivonásának több mint 90% -a ulexit.
A bórpor viszonylag tiszta formájának előállításához az ásványban lévő bór-oxidot magnézium- vagy alumíniumfluxával melegítik. A redukcióval elemi bórport kapunk, amelynek durván 92% -a tiszta.
A tiszta bór előállítható úgy, hogy a bórhalogenideket hidrogénnel tovább redukálják 1500 C (2732 F) hőmérsékleten.
A félvezetőkben való felhasználáshoz szükséges nagy tisztaságú bór előállítható a diborán magas hőmérsékleten történő bomlásával és az egyes kristályok növekedésével zónaolvasztás vagy Czolchralski módszer alkalmazásával.
Jelentkezés a bórra
Míg évente több mint hatmillió tonnányi bórtartalmú ásványi anyagot bányásznak, ennek túlnyomó többsége az borát-sókként, például bórsavként és bór-oxidként fogyasztva, nagyon kevés elemi bórré alakulva. Valójában évente csak körülbelül 15 tonna elemi bórt fogyasztanak.
A bór és a bórvegyületek felhasználásának szélessége rendkívül széles. Egyesek becslése szerint az elem több formája több mint 300 különböző végfelhasználással rendelkezik.
Az öt fő felhasználás a következő:
- Üveg (például hőstabil boroszilikát üveg)
- Kerámia (pl. Csempe máz)
- Mezőgazdaság (például bórsav folyékony műtrágyákban).
- Mosószerek (például nátrium-perborát a mosószerben)
- Fehérítők (pl. Háztartási és ipari folttisztítók)
Bór kohászati alkalmazások
Noha a fémbórnak nagyon kevés felhasználása van, az elemet számos kohászati alkalmazásban nagyra értékelik. A vashoz kötődő szén és más szennyeződések eltávolításával az acélhoz hozzáadott kis mennyiségű bór - csak néhány milliomod rész - négyszer erősebbé teheti az acél átlagát.
Az elem azon képessége, hogy feloldja és eltávolítsa a fém-oxid fóliát, ideálissá teszi a fluxusok hegesztésére is. A bór-triklorid eltávolítja a nitrideket, karbidokat és oxidokat az olvadt fémből. Ennek eredményeként bór-trikloridot használnak az előállításhoz alumínium, magnézium, cink és rézötvözetek.
A porkohászatban a fémboridok megnövelik a vezetőképességet és a mechanikai szilárdságot. Vasfémekben ezek megléte növeli a korrózióállóságot és a keménységet, míg a vasfémekben titánötvözetek A sugárhajtású keretekben és a turbina alkatrészeiben használt boridek növelik a mechanikai szilárdságot.
A borszálak, amelyek a hidrid elemnek a volfrámhuzalra történő lerakásával készülnek, erős, könnyű szerkezeti anyagok, amelyek alkalmasak repüléshez és űrkutatáshoz, valamint golfpályákhoz és nagy szakítószilárdságú anyagokhoz szalag.
A bórnak az NdFeB mágnesbe való beépítése kritikus fontosságú a szélerőművekben, az elektromos motorokban és az elektronika széles skálájában használt nagy szilárdságú állandó mágnesek működéséhez.
A bórnak a neutronelnyelő képessége lehetővé teszi, hogy nukleáris ellenőrző rudakban, sugárzási pajzsokban és neutrondetektorokban is felhasználható legyen.
Végül a bór-karbidot, a harmadik legnehezebben ismert anyagot, különféle páncélok és golyóálló mellények, valamint koptató- és kopóalkatrészek gyártásához használják.