Бор металл | Свойства, история, производство и использование

Бор - чрезвычайно твердый и жаростойкий полуметалл, который можно найти в самых разных формах и широко используется в соединениях, чтобы сделать все от отбеливателей и стекла до полупроводников и сельскохозяйственных удобрений.

Свойства:

• Атомный символ: B
• Атомный номер: 5
• Элемент Категория: Металлоид
• Плотность: 2. 08g / cm3
• Точка плавления: 3769 ° F (2076 ° C)
• Точка кипения: 7101 ° F (3927 ° C)
• Твердость по Моо: ~ 9. 5

Характеристики:

Элементный бор - это аллотропный полуметалл, что означает, что сам элемент может существовать в разных формах, каждый со своими физическими и химическими свойствами.

Кроме того, как и другие полуметаллы (или металлоиды), некоторые свойства бора имеют металлический характер, а другие более похожи на неметаллы.

Бороз высокой чистоты существует либо как аморфный темно-коричневый до черного порошка, либо темный, блестящий и хрупкий кристаллический металл.

Чрезвычайно твердый и устойчивый к теплу, бор - плохой проводник электричества при низких температурах, но это изменяется по мере повышения температуры.

Хотя кристаллический бор очень стабилен и не реагирует с кислотами, аморфная версия медленно окисляется на воздухе и может сильно реагировать на кислоту.

В кристаллической форме бор является вторым самым сложным из всех элементов (позади только углерода в его алмазной форме) и имеет одну из самых высоких температур расплава.

Подобно углероду, для которого ранние исследователи часто ошибочно принимают элемент, бор образует стабильные ковалентные связи, которые затрудняют выделение.

Элемент номер пять также способен поглощать большое количество нейтронов, что делает его идеальным материалом для стержней ядерного контроля.

Недавние исследования показали, что при суперохлаждении бор образует еще совсем другую атомную структуру, которая позволяет ей действовать как сверхпроводник.

Загадочная природа этого элемента привела Артема Оганокса из Университета Стоуни Брук, чтобы заявить, что «Борон - это шизофренический элемент. Это элемент полного расстройства.

Он не знает, что он хочет сделать. Результат - это что-то ужасно сложный ».

История:

В то время как открытие бора приписывается как французским, так и английским химикам, изучающим боратные минералы в начале XIX века, считается, что чистый образец элемента не был произведен до 1909 года.

Минералы бора (часто называемые боратами), однако, уже использовались людьми на протяжении веков. Первое зарегистрированное использование буры (естественно встречающегося бората натрия) было произведено арабскими ювелирами, которые применили это соединение в качестве потока для очистки золота и серебра в 8 веке нашей эры.

Извлекла из тибетских соляных кроватей озера и понесла запад через шелковую дорогу в Вавилон. Некоторые свидетельства даже свидетельствуют о том, что ювелиры использовали поток боракс уже 4000 лет назад.

Было показано, что глазури на китайской керамике, датируемые между 3 и 10 веками нашей эры, используют природное соединение.

Изобретение термически устойчивого боросиликатного стекла в конце 1800-х годов обеспечило новый источник спроса на боратные минералы. Используя эту технологию, Corning Glass Works представила посуду из стекла Pyrex в 1915 году.

В послевоенные годы приложения к бору стали включать постоянно расширяющийся спектр отраслей.

Нитрид бора начал использоваться в японской косметике, а в 1951 году был разработан метод производства бористых волокон.

Первые ядерные реакторы, которые в этот период пришли в операционную систему, также использовали бор в своих контрольных стержнях.

Фактически, сразу же после Чернобыльской ядерной катастрофы в 1986 году 40 тонн соединений бора были сброшены на реактор, чтобы помочь контролировать выброс радионуклидов.

В начале 1980-х годов развитие высокопрочных постоянных редкоземельных магнитов также создало большой новый рынок для элемента. Свыше 70 метрических тонн магнитов неодимового железа-бора (NdFeB) теперь выпускаются каждый год для использования во всем: от электромобилей до наушников.

В конце 1990-х годов боровую сталь начали использовать в автомобилях для укрепления структурных компонентов, таких как предохранительные стержни.

Даже в XXI веке продолжается разработка новых применений для полуметалла. В 2004 году исследователи обнаружили, что при суперохлаждении и обработке под высоким давлением бор становится сверхпроводящим, открывая новые возможности в области суперкомпьютера.

Производство:

Хотя в земной коре существует более 200 различных видов боратных минералов, только четыре составляют более 90 процентов коммерческой добычи бора и соединений бора. К ним относятся цинкал, кенит, колманит и улексит.

Для получения относительно чистой формы порошка бора оксид бора, присутствующий в минерале, нагревается потоком магния или алюминия. Восстановление приводит к образованию элементарного порошка бора, который составляет примерно 92 процента чистого.

Чистый бор можно получить путем дальнейшего восстановления галогенидов бора с водородом при температурах более 1500 ° C (2732 ° F).

Борог высокой чистоты, необходимый для использования в полупроводниках, может быть получен путем разложения диборана при высоких температурах и выращивания монокристаллов путем зонального плавления или метода Чолхральского.

По данным USGS, в 2014 году было добыто более шести миллионов метрических тонн боратных минералов. Самый большой в мире источник боратов - это Турция, на долю которой приходится более половины всех боратов, добываемых каждый год. Государственная компания Eti Maden AS, действующая в Турции, управляет всеми четырьмя странами боронными минами, которые в значительной степени определяются минеральным кольманитом.

США - второй по величине источник в мире. Две компании, US Borax (дочерняя компания Rio Tinto) и Минералы долины Сирлес, извлекают борон из давно установленных шахт в Калифорнии. Рио Тинто «Борокс» в Бороне, Калифорния, работает в течение более 140 лет.

Другие, меньшие источники боратных минералов добываются в Китае и Аргентине.

Применения:

В то время как ежегодно добывается более шести миллионов метрических тонн борсодержащих минералов, подавляющее большинство из них потребляется в виде боратных солей, таких как борная кислота и оксид бора, причем очень мало они превращаются в элементарные бора. Фактически, только около 15 метрических тонн элементарного бора потребляется каждый год.

Ширина использования соединений бора и бора чрезвычайно широка. Некоторые оценивают, что существует более 300 различных конечных видов использования элемента в его различных формах.

Пять основных применений:

1. Стекло (например, термостойкое боросиликатное стекло)
2. Керамика (например, глазурованные плитки)
3. Сельское хозяйство (например, борная кислота в жидких удобрениях).
4. Моющие средства (например, перборат натрия в стиральном порошке)
5. Отбеливатели (например, бытовые и промышленные пятновыводители)

Хотя металлический бор имеет очень мало применений, элемент высоко ценится в ряде металлургических применений. Удаляя углерод и другие примеси, поскольку он связывает железо, крошечное количество бора - всего лишь несколько частей на миллион - добавлено к стали, может сделать его в четыре раза сильнее, чем средняя высокопрочная сталь.

Сталь бора теперь используется во множестве предохранительных стержней, поперечных балок и других конструкционных деталей.

Способность элемента к растворению и удалению пленки оксида металла также делает ее идеальной для сварочных флюсов. Трихлорид бора удаляет нитриды, карбиды и оксид из расплавленного металла. И, как результат, это используется при изготовлении алюминиевых, магниевых, цинковых и медных сплавов.

В порошковой металлургии присутствие боридов металлов увеличивает проводимость и механическую прочность. В железистых продуктах их существование увеличивает коррозионную стойкость и твердость, в то время как в титановых сплавах, используемых в струйных рамах и частях турбины, бориды увеличивают механическую прочность.

Боронные волокна, изготовленные путем осаждения гидридного элемента на вольфрамовой проволоке, являются прочными, легкими конструкционными материалами, пригодными для использования в аэрокосмических применениях, а также в гольф-клубах и высокопрочной ленте.

Включение бора в магнит NdFeB имеет решающее значение для функции высокопрочных постоянных магнитов, которые используются в ветровых турбинах, электродвигателях и широком спектре электроники.

Устойчивость Борона к поглощению нейтронов позволяет использовать его в ядерных контрольных стержнях, радиационных экранах и нейтронных детекторах.

Наконец, карбид бора, третье твердое вещество, используется при изготовлении различных доспехов, пуленепробиваемых жилетов, а также абразивов и изнашиваемых деталей.

_{Источники:}

_{Chemicool. Boron
URL: // www. chemicool. ком / элементы / бора. HTML
USGS. Информация о полезных ископаемых. Boron
URL: // минералы. USGS. gov / minerals / pubs / товар / бор /}

_{Следуйте за Теренцией в Google+}