Pogled na polu-metal boran
Boron je izuzetno tvrd i otporan na toplotu polu-metal koji se može naći u različitim oblicima i široko se koristi u jedinjenjima kako bi se sve učinilo od beljenja i stakla do poluprovodnika i poljoprivrednih đubriva.
Osobine bora su:
- Atomski simbol: B
- Atomski broj: 5
- Element Kategorija: Metalloid
- Gustina: 2.08g / cm3
- Tačka topljenja: 3769 F (2076 C)
- Tačka ključanja: 7101 F (3927 C)
- Tvrdoća Moha: ~ 9,5
Karakteristike bora
Elemenatni bor je alotropni pol-metal, što znači da sam element može postojati u različitim oblicima, svaki sa svojstvenim fizičkim i hemijskim svojstvima. Takođe, kao i drugi polu-metali (ili metaloidi), neke osobine bora su u prirodi metalne, dok su druge više slične ne-metalima.
Borov visoke čistoće postoji ili kao amorfni tamno smeđi do crni prah ili tamni, sjajni i krhki kristalni metali.
Izuzetno tvrda i otporna na toplotu, bor je loš provodnik električne energije na niskim temperaturama, ali se ovo menja kada se temperature povećavaju. Dok je kristalni boran veoma stabilan i nije reaktivan sa kiselinama, amorfna verzija polako oksidira u vazduh i može reagovati nasilno u kiselini.
U kristalnom obliku, bor je drugi najteži od svih elemenata (iza samo ugljenika u obliku dijamanta) i ima jednu od najviših temperatura taljenja. Slično ugljeniku, za koji rani istraživači često mijenjaju element, bor postaje stabilne kovalentne veze koje otežavaju izolaciju.
Element broj pet takođe ima sposobnost da apsorbira veliki broj neutrona, što ga čini idealnim materijalom za nuklearne kontrolne šipke.
Nedavna istraživanja pokazala su da, kada se super-hlađeni, bor postaje potpuno drugačija atomska struktura koja mu omogućava da deluje kao superprevodnik.
Istorija Borona
Iako je otkrivanje bora pripisano i francuskim i engleskim hemičarima koji istražuju borate minerale početkom 19. veka, veruje se da čisti uzorak elementa nije proizveden do 1909. godine.
Međutim, boranski minerali (često nazivani borati) već su ljudi koristili vekovima. Prvu zabeleženu upotrebu boraxa (naravno prisutnog natrijum borata) činili su arapski zlatari koji su koristili jedinjenje kao fluo za prečišćavanje zlata i srebra u 8. veku
Prikazane su i glazure na kineskoj keramici koja se datira između 3. i 10. vijeka AD, koristeći prirodno nastalo jedinjenje.
Savremene upotrebe Borona
Pronalazak termički stabilnog borosilikatnog stakla krajem 1800-ih obezbedio je novi izvor potražnje za mineralima borata. Iskoristivši ovu tehnologiju, Corning Glass Works predstavio je posuđe od stakla Pyrex staklo 1915.
U poslijeratnim godinama, aplikacije za bor uključile su sve veći broj industrija. Boron nitrid se počeo koristiti u japanskoj kozmetici, a 1951. razvijen je proizvodni metod za borna vlakna. Prvi nuklearni reaktori, koji su se pojavili u toku ovog perioda, takođe su koristili bor u kontrolnim štapovima.
U neposrednoj posljedici nuklearne katastrofe u Černobilu 1986. godine, u reaktoru je isporučeno 40 tona jedinjenja boora kako bi se pomoglo kontroli oslobađanja radionuklida.
Početkom osamdesetih, razvoj velikih čvrstih stalnih magneta retkih zemalja dodatno je stvorio veliko novo tržište za element.
Više od 70 metričkih tona magneta neodimijum-željezne boje (NdFeB) sada se proizvodi svake godine za sve u svemu od električnih automobila do slušalica.
Krajem devedesetih godina, čorični čelik je počeo da se koristi u automobilima kako bi ojačao strukturne komponente, kao što su sigurnosne šipke.
Proizvodnja Borona
Iako više od 200 različitih vrsta mineralnih borata postoji u zemaljskoj kori, samo četiri čine više od 90 procenata komercijalne ekstrakcije bora i bornih jedinjenja: tinalni, kernitni, colemanit i uleksit.
Da bi se proizvelo relativno čista forma bornog praha, borni oksid koji je prisutan u mineralu zagreva magnezijum ili aluminijumski fluks. Smanjenje stvara elementalni boran u prahu koji je približno 92 posto čist.
Čisti bor se može proizvesti daljem redukcijom balog halida vodonikom na temperaturama preko 1500 C (2732 F).
Borov visoke čistoće, potreban za upotrebu u poluprovodnicima, može se napraviti dekompozicijom diborana na visokim temperaturama i rastućim monokristalima preko taloženja zona ili Czolchralskog metoda.
Aplikacije za Boron
Iako se preko šest miliona metričkih tona minerala koji sadrže boran svake godine minira, velika većina se troši kao soli borata, kao što su borna kiselina i boronski oksid, a vrlo malo se pretvara u elementarni bor. Zapravo, svake godine se troši oko 15 metričkih tona elementnog bora.
Širokost upotrebe borova i bornih jedinjenja je izuzetno široka. Neki procjenjuju da postoji više od 300 različitih krajnjih upotreba elementa u različitim oblicima.
Pet glavnih načina korišćenja su:
- Staklo (npr. Termički stabilno borosilikatno staklo)
- Keramika (npr. Glaze za pločice)
- Poljoprivreda (npr. Borova kiselina u tečnim đubrivima).
- Deterdženti (npr. Natrijum perborat u deterdžentu za pranje veša)
- Bleši (npr. Sredstva za uklanjanje mrlja u domaćinstvu i industriji)
Boron metalurške aplikacije
Iako metalik bor ima vrlo malo upotrebe, element je visoko vrednovan u brojnim metalurškim aplikacijama. Odstranjivanjem ugljenika i drugih nečistoća dok se vezuje za gvožđe, mala količina bor-samo nekoliko delova na milijun - dodata čeliku može da bude četiri puta jača od prosečnog čelika visoke čvrstoće.
Sposobnost elemenata da rastvara i ukloni metal oksidni film čini ga idealnim za varenje fluksa. Boron trihlorid uklanja nitride, karbide i oksid iz staljenog metala. Kao rezultat, boran trihlorid se koristi u izradi aluminijuma, magnezijuma, cinka i legura bakra.
U metalurgiji praha, prisustvo metalnih borida povećava provodljivost i mehaničku čvrstoću. U željeznim proizvodima, njihovo postojanje povećava otpornost na koroziju i tvrdoću, dok se u titanijumskim legurama koji se koriste u mlaznim ramovima i dijelovima turbina boridi povećavaju mehaničku čvrstoću.
Boronska vlakna, koja se postižu deponovanjem hidridnog elementa na volframovoj žici, su jaki, lagani građevinski materijal pogodni za upotrebu u vazduhoplovnoj primeni, kao i golf klubovi i trake sa visokim natezanjem.
Uključivanje bora u magnet NdFeB je od presudnog značaja za funkciju trajnih magneta visokih čvrstoća koji se koriste u vjetroagregama, elektromotorima i širokom opsegu elektronike.
Bornov procvat prema apsorpciji neutrona dozvoljava da se koristi u nuklearnim kontrolnim šipkama, zaštitnim zonama i detektoru neutrona.
Konačno, karbid bora, treća najteža poznata supstanca, koristi se u proizvodnji raznih oklopa i zaštitnih prsluka, kao i abrazivnih i habajućih delova.
Izvori:
Chemicool. Boron
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Informacije o mineralima. Boron
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/