Bor

Bor
	beryl ← bor → węgiel
	Wygląd
	czarny błyszczący (krystaliczny); brązowy (amorficzny)
	; Widmo emisyjne boru
	Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	bor, B, 5; (łac. borium)
Grupa, okres, blok	13 (IIIA), 2, p
Stopień utlenienia	III
Właściwości metaliczne	półmetal
Właściwości tlenków	lekko kwaśne
Masa atomowa	10,81 ± 0,02
Stan skupienia	stały
Gęstość	2340 kg/m³
Temperatura topnienia	2075 °C
Temperatura wrzenia	4000 °C
Numer CAS	7440-42-8
PubChem	5462311
Właściwości atomowe
Promień; • atomowy; • walencyjny	; 85 (87) pm; 82 pm
Konfiguracja elektronowa	[He]2s22p1
Zapełnienie powłok	2, 3; (wizualizacja powłok)
Elektroujemność; • w skali Paulinga; • w skali Allreda	; 2,04; 2,01
Potencjały jonizacyjne	I 800,6 kJ/mol; II 2427,1 kJ/mol; III 3659,7 kJ/mol
Właściwości fizyczne
Ciepło parowania	489,7 kJ/mol
Ciśnienie pary nasyconej	0,348 Pa (2573 K)
Konduktywność	1,0×10−4 S/m
Ciepło właściwe	1026 J/(kg·K)
Przewodność cieplna	27,4 W/(m·K)
Układ krystalograficzny	trójskośny
Twardość; • w skali Mohsa	; 9,3
Prędkość dźwięku	16200 m/s (293,15 K)
Objętość molowa	4,39×10−6 m³/mol
Najstabilniejsze izotopy
Niebezpieczeństwa
	Globalnie zharmonizowany system; klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
	Uwaga
Zwroty H	H302
Zwroty P	brak zwrotów P
	NFPA 704
	0 1 0
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
	Multimedia w Wikimedia Commons
	Hasło w Wikisłowniku

Bor (B, łac. borium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 5, półmetal z bloku p układu okresowego.

Charakterystyka

Bor pod względem chemicznym przypomina krzem i węgiel, gdyż tworzy borowodory – analogi węglowodorów i krzemowodorów. Reakcja boru z gorącym, stężonym kwasem azotowym prowadzi do utworzenia kwasu borowego H₃BO₃. Bor tworzy kompleksy z alkoholami polihydroksylowymi, reakcja kwasu borowego z mannitolem jest jednym ze sposobów oznaczania zawartości boru w próbce.

Odmiany alotropowe

Bor ma liczne odmiany alotropowe:

amorficzne – brązowy proszek lub czarne szkliwo,
krystaliczne – czarne, bardzo twarde (ponad 9 w skali Mohsa) i odporne chemicznie kryształy. Zawierają one w swej strukturze dwudziestościenne grupy atomów boru, tzn. B₁₂^[5].

Poza tym otrzymano, lub analizowano teoretycznie, liczne borowe nanostruktury, z których niektóre mogą stanowić kolejne odmiany alotropowe. Wśród nich są struktury płaskie („dwuwymiarowe” borofeny)^[6]^[7]^[8]^[9], liniowe („jednowymiarowe”)^[10] oraz niewielkie cząsteczki („zerowymiarowe” borosfereny)^[11].

Zastosowanie

Bor w postaci wolnego pierwiastka stosuje się jako domieszkę do półprzewodników, natomiast związki boru znajdują zastosowanie w postaci lekkich materiałów, nietoksycznych środków owadobójczych i konserwantów oraz odczynników dla syntezy chemicznej.

W technice jądrowej stosowany w produkcji szkła ochronnego, liczników borowych i prętów regulacyjnych reaktorów jądrowych (z uwagi na duży przekrój czynny na pochłanianie neutronów – ok. 75 000 fm²).

Odkrycie

Czysty bor wyizolowało w 1808 jednocześnie trzech chemików:

Humphry Davy (przez elektrolizę kwasu borowego),
Joseph Louis Gay-Lussac,
Louis Jacques Thénard (w reakcji potasu z tlenkiem boru B₂O₃)^[12].

Występowanie

Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0009%. Ważniejsze minerały boru to: boraks, kernit, kolemanit i aszaryt.

Stabilne izotopy to ¹⁰B (19%) oraz ¹¹B (81%). W naturze nigdy nie występuje jako wolny pierwiastek, jego głównym źródłem jest boraks.

Źródłem boru we Wszechświecie jest głównie proces spalacji^[13], w którym jądra innych pierwiastków ulegają reakcjom jądrowym w wyniku zderzeń z promieniowaniem kosmicznym.

Związki boru wykryto na Marsie, w kraterze Gale’a. Osadziły się one tam prawdopodobnie w obecności wody^[14].

Z punktu widzenia odżywiania, bogatym źródłem boru są świeże warzywa i owoce, a wśród tych ostatnich przede wszystkim orzechy.

Otrzymywanie

Bor dla potrzeb przemysłu półprzewodnikowego jest otrzymywany przez rozkład diboranu w wysokiej temperaturze, a następnie oczyszczany metodą Czochralskiego lub topienia strefowego^[15].

Związki

Z tym tematem związana jest kategoria: związki boru.

Chemia nieorganiczna boru bywa określana jako najbardziej złożona spośród wszystkich pierwiastków^[16]. Najczęściej przyjmuje on stopień utlenienia III^[17]. W zdecydowanej większości związków jest on trójwiązalny, ma przy tym zdolność do tworzenia związków z wiązaniami wielocentrowymi^[16] (jednym z przykładów jest diboran, B₂H₆, zawierający trójcentrowe-dwuelektronowe wiązania B−H−B). Znana jest bardzo duża liczba jego związków, zwłaszcza borków metali, o bardzo zróżnicowanej stechiometrii, od M₅B do MB₆₆ (a nawet >100)^[16], które nie są zgodne ze standardowymi koncepcjami wiązania chemicznego^[18]. Przykłady tego typu związków to B₄C, FeB, Mn₄B, Pd₅B₂ i wiele innych^[16]^[18]. Atomy boru w takich związkach mogą być izolowane lub tworzyć rozmaite układy zawierające wiązania B−B: pary, łańcuchy proste, rozgałęzione i podwójne, warstwy i sieci trójwymiarowe^[19]. Znanych jest też wiele układów niestechiometrycznych o zmiennym składzie^[16].

Związki boru wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie^[20]. Oksoborany są w większości słabo rozpuszczalne (poza solami potasowców)^[21], jednak żaden ze związków boru nie strąca się w sposób ilościowy, co stanowi problem w oczyszczaniu ścieków^[20].

Przykładowe związki boru:

borowodorek sodu NaBH₄
borowodory, np. diboran B₂H₆
borazol (tzw. nieorganiczny benzen) B₃N₃H₆
trifluorek boru BF₃, trichlorek boru BCl₃, tribromek boru BBr₃
tlenek boru B₂O₃, kwas borowy H₃BO₃
boran trietylu BEt₃
związki boroorganiczne

Lotne związki boru barwią płomień na kolor zielony^[21]^[22].

Znaczenie biologiczne

Bor, będąc pierwiastkiem śladowym, jest niezbędny dla roślin i zwierząt^[23]. U roślin odpowiada za transport związków organicznych w łyku (głównie cukrów), wpływa na prawidłowy wzrost łagiewki pyłkowej (jego brak powoduje zahamowanie jej wzrostu), wpływa na wytworzenie elementów płciowych u roślin. Jest pierwiastkiem, który bardzo trudno przemieszcza się w roślinie. Jego niedobór może powodować zgorzel liści sercowych i suchą zgniliznę korzeni buraka.

Bor ma również wpływ na organizm człowieka, przede wszystkim na jego kościec. Przypuszcza się, iż jest niezbędny do prawidłowej gospodarki wapniowej organizmu. Razem z wapniem, magnezem i witaminą D reguluje metabolizm, wzrost, rozwój tkanki kostnej.

Jego niedobór powoduje utratę wapnia i demineralizację kości.

W większych ilościach związki boru, szczególnie lotne, są trujące.

Uwagi

↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi [10,806; 10,821]. Z uwagi na zmienność abundancji izotopów pierwiastka w naturze, wartości w nawiasach klamrowych stanowią zakres wartości względnej masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka. W dostępnych komercyjnie produktach mogą występować znaczne odchylenia masy atomowej od podanej, z uwagi na zmianę składu izotopowego w rezultacie nieznanego bądź niezamierzonego frakcjonowania izotopowego. Zob. Prohaska i in. 2022 ↓, s. 580–584.

Przypisy

↑ ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2022, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
↑ ^a ^b ^c David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-52, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
↑ Bor [PDF], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, Merck, numer katalogowy: 266620 [dostęp 2011-10-02] .
↑ Boron (nr 266620) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ Artem R.A.R. Oganov Artem R.A.R. i inni, Ionic high-pressure form of elemental boron, „Nature”, 457, 2009, s. 863–867, DOI: 10.1038/nature07736 (ang.).
↑ IhsanI. Boustani IhsanI., New quasi-planar surfaces of bare boron, „Surface Science”, 370 (2-3), 1997, s. 355–363, DOI: 10.1016/S0039-6028(96)00969-7 [dostęp 2024-06-03] (ang.).
↑ GuoanG. Tai GuoanG. i inni, Synthesis of Atomically Thin Boron Films on Copper Foils, „Angewandte Chemie International Edition”, 54 (51), 2015, s. 15473-15477, DOI: 10.1002/anie.201509285 (ang.).
↑ Andrew J.A.J. Mannix Andrew J.A.J. i inni, Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs, „Science”, 350 (6267), 2015, s. 1513–1516, DOI: 10.1126/science.aad1080 [dostęp 2024-06-03] (ang.).
↑ BaojieB. Feng BaojieB. i inni, Experimental realization of two-dimensional boron sheets, „Nature Chemistry”, 8 (6), 2016, s. 563–568, DOI: 10.1038/nchem.2491, arXiv:1512.05029 [dostęp 2024-06-03] (ang.).
↑ Carolyn JonesC.J. Otten Carolyn JonesC.J. i inni, Crystalline Boron Nanowires, „Journal of the American Chemical Society”, 124 (17), 2002, s. 4564–4565, DOI: 10.1021/ja017817s [dostęp 2024-06-03] (ang.).
↑ Hua-JinH.J. Zhai Hua-JinH.J. i inni, Observation of an all-boron fullerene, „Nature Chemistry”, 6 (8), 2014, s. 727–731, DOI: 10.1038/nchem.1999 [dostęp 2024-06-03] (ang.).
↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 96. OCLC 839118859.
↑ Brian D.B.D. Fields Brian D.B.D., Keith A.K.A. Olive Keith A.K.A., ElisabethE. Vangioni-Flam ElisabethE., MichelM. Cassé MichelM., Testing Spallation Processes with Beryllium and Boron, „The Astrophysical Journal”, 540 (2), 2000, s. 930-945, DOI: 10.1086/309356 (ang.).
↑ Patrick J.P.J. Gasda Patrick J.P.J. i inni, In situ detection of boron by ChemCam on Mars, „Geophysical Research Letters”, 44, 2017, s. 8739–8748, DOI: 10.1002/2017GL074480 (ang.).
↑ Growth of Boron Crystals by the Czochralski and Floating-Zone Methods. W: R. J. Starks, W. E. Medcalf: Boron Synthesis, Structure, and Properties. J. A. Kohn, W. F. Nye, G. K. Gaulé (eds). Springer, Boston, MA, USA, 1960, s. 59. DOI: 10.1007/978-1-4899-6572-1_8. (ang.).
↑ ^a ^b ^c ^d ^e N.N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the elements. Oxford; New York: Pergamon Press, 1984, s. 144–151. ISBN 0-08-022057-6.
↑ PradyotP. Patnaik PradyotP., Handbook of Inorganic Chemicals, London: McGraw-Hill, 2003, s. 122–124, ISBN 0-07-049439-8 (ang.).
↑ ^a ^b P. Enghag: Encyclopedia of the Elements. Technical Data - History - Processing - Applications. Wiley, 2004, s. 806. ISBN 978-3-527-30666-4.
↑ Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 782–784. ISBN 83-01-13654-5.
↑ ^a ^b PatriciaP. Remy PatriciaP., HervéH. Muhr HervéH., EdouardE. Plasari EdouardE., ImenI. Ouerdiane ImenI., Removal of boron from wastewater by precipitation of a sparingly soluble salt, „Environmental Progress”, 24 (1), 2005, s. 105–110, DOI: 10.1002/ep.10058 [dostęp 2024-06-03] (ang.).
↑ ^a ^b J. Minczewski, Z. Marczenko: Chemia analityczna. T. 1: Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa. Warszawa: PWN, 2001, s. 356–357. ISBN 83-01-13499-2.
↑ C. Chambers, A.K. Holliday: Modern Inorganic Chemistry. Butterworths, 1975, s. 158.
↑ bor, [w:] EugeniuszE. Pijanowski EugeniuszE. (red.), Encyklopedia techniki, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1978, s. 78 .

Bibliografia

Jerzy Zdzisław Minczewski, Zygmunt Marczenko: Chemia analityczna. 1, Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2001. ISBN 83-01-13499-2 (t. 1).
Witold Mizerski, Piotr Bernatowicz: Tablice chemiczne. Warszawa: Adamantan, 2004. ISBN 83-7350-040-5 (opr. miękka).
Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6. (pol.).

[2] Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi [10,806; 10,821]. Z uwagi na zmienność abundancji izotopów pierwiastka w naturze, wartości w nawiasach klamrowych stanowią zakres wartości względnej masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka. W dostępnych komercyjnie produktach mogą występować znaczne odchylenia masy atomowej od podanej, z uwagi na zmianę składu izotopowego w rezultacie nieznanego bądź niezamierzonego frakcjonowania izotopowego. Zob. Prohaska i in. 2022 ↓, s. 580–584.

[CIAAW-1] ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2022, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).

[CRC-3] David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-52, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).

[SA-4] Bor [PDF], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, Merck, numer katalogowy: 266620 [dostęp 2011-10-02] .

[Aldrich-US-5] Boron (nr 266620) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

[Oganov2009-6] Artem R.A.R. Oganov Artem R.A.R. i inni, Ionic high-pressure form of elemental boron, „Nature”, 457, 2009, s. 863–867, DOI: 10.1038/nature07736 (ang.).

[Boustani1997-7] IhsanI. Boustani IhsanI., New quasi-planar surfaces of bare boron, „Surface Science”, 370 (2-3), 1997, s. 355–363, DOI: 10.1016/S0039-6028(96)00969-7 [dostęp 2024-06-03] (ang.).

[Tai2015-8] GuoanG. Tai GuoanG. i inni, Synthesis of Atomically Thin Boron Films on Copper Foils, „Angewandte Chemie International Edition”, 54 (51), 2015, s. 15473-15477, DOI: 10.1002/anie.201509285 (ang.).

[Mannix2015-9] Andrew J.A.J. Mannix Andrew J.A.J. i inni, Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs, „Science”, 350 (6267), 2015, s. 1513–1516, DOI: 10.1126/science.aad1080 [dostęp 2024-06-03] (ang.).

[Feng2016-10] BaojieB. Feng BaojieB. i inni, Experimental realization of two-dimensional boron sheets, „Nature Chemistry”, 8 (6), 2016, s. 563–568, DOI: 10.1038/nchem.2491, arXiv:1512.05029 [dostęp 2024-06-03] (ang.).

[Otten2002-11] Carolyn JonesC.J. Otten Carolyn JonesC.J. i inni, Crystalline Boron Nanowires, „Journal of the American Chemical Society”, 124 (17), 2002, s. 4564–4565, DOI: 10.1021/ja017817s [dostęp 2024-06-03] (ang.).

[Zhai2014-12] Hua-JinH.J. Zhai Hua-JinH.J. i inni, Observation of an all-boron fullerene, „Nature Chemistry”, 6 (8), 2014, s. 727–731, DOI: 10.1038/nchem.1999 [dostęp 2024-06-03] (ang.).

[IE-13] Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 96. OCLC 839118859.

[Fields2000-14] Brian D.B.D. Fields Brian D.B.D., Keith A.K.A. Olive Keith A.K.A., ElisabethE. Vangioni-Flam ElisabethE., MichelM. Cassé MichelM., Testing Spallation Processes with Beryllium and Boron, „The Astrophysical Journal”, 540 (2), 2000, s. 930-945, DOI: 10.1086/309356 (ang.).

[Gasda2017-15] Patrick J.P.J. Gasda Patrick J.P.J. i inni, In situ detection of boron by ChemCam on Mars, „Geophysical Research Letters”, 44, 2017, s. 8739–8748, DOI: 10.1002/2017GL074480 (ang.).

[Starks1960-16] Growth of Boron Crystals by the Czochralski and Floating-Zone Methods. W: R. J. Starks, W. E. Medcalf: Boron Synthesis, Structure, and Properties. J. A. Kohn, W. F. Nye, G. K. Gaulé (eds). Springer, Boston, MA, USA, 1960, s. 59. DOI: 10.1007/978-1-4899-6572-1_8. (ang.).

[Greenwood144-17] N.N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the elements. Oxford; New York: Pergamon Press, 1984, s. 144–151. ISBN 0-08-022057-6.

[Patnaik122-18] PradyotP. Patnaik PradyotP., Handbook of Inorganic Chemicals, London: McGraw-Hill, 2003, s. 122–124, ISBN 0-07-049439-8 (ang.).

[Enghag-19] P. Enghag: Encyclopedia of the Elements. Technical Data - History - Processing - Applications. Wiley, 2004, s. 806. ISBN 978-3-527-30666-4.

[Bielanski782-20] Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 782–784. ISBN 83-01-13654-5.

[Remy2005-21] PatriciaP. Remy PatriciaP., HervéH. Muhr HervéH., EdouardE. Plasari EdouardE., ImenI. Ouerdiane ImenI., Removal of boron from wastewater by precipitation of a sparingly soluble salt, „Environmental Progress”, 24 (1), 2005, s. 105–110, DOI: 10.1002/ep.10058 [dostęp 2024-06-03] (ang.).

[M&M-22] J. Minczewski, Z. Marczenko: Chemia analityczna. T. 1: Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa. Warszawa: PWN, 2001, s. 356–357. ISBN 83-01-13499-2.

[Chambers-23] C. Chambers, A.K. Holliday: Modern Inorganic Chemistry. Butterworths, 1975, s. 158.

[24] bor, [w:] EugeniuszE. Pijanowski EugeniuszE. (red.), Encyklopedia techniki, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1978, s. 78 .

[25] Alternatywnie do skandowców zalicza się często nie lutet i lorens, lecz lantan, aktyn oraz hipotetyczny unbiun.

[26] Budowa 8. okresu jest przedmiotem badań teoretycznych i dokładne umiejscowienie pierwiastków tego okresu w ramach układu okresowego jest niepewne.

[1]

[a]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[i]

[ii]