Бор как химический элемент¶

Бор — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы третьей группы), второго периода периодической системы, с атомным номером 5. Обозначается символом B (лат. borium). Относится к неметаллам, хотя проявляет некоторые свойства, сближающие его с металлами. Простое вещество бор — кристаллическое твёрдое вещество, встречающееся в нескольких аллотропных модификациях, преимущественно чёрного или тёмно-коричневого цвета.

¶Общие сведения

Бор — единственный неметалл в своей группе. В соединениях проявляет степень окисления +3, реже — отрицательные значения. Атом имеет три валентных электрона, что определяет его химическое поведение.

¶История открытия

Соединения бора известны с древности: бура использовалась в ювелирном деле и при пайке металлов. В 1808 году французские химики Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар, а также независимо от них английский химик Хэмфри Дэви получили бор восстановлением борного ангидрида металлическим калием. Однако вещество содержало примеси. Чистый кристаллический бор был получен позднее — в 1908 году американским химиком Эзекилем Вейнтраубом.

Название элемента происходит от арабского «бурак» (бура) через латинское borax.

¶Нахождение в природе

В свободном виде бор в природе не встречается из-за высокой химической активности. Его содержание в земной коре составляет около 0,001 %. Основные минералы:

• бура (Na₂B₄O₇·10H₂O);
• кернит;
• колеманит;
• датолит;
• турмалин (сложный боросиликат).

Значительные месторождения находятся в Турции, США, Чили, России, Казахстане. Бор также присутствует в морской воде и в виде микропримесей — в почвах.

¶Физические свойства

Кристаллический бор существует в нескольких аллотропных формах, различающихся структурой и свойствами. Наиболее устойчива ромбоэдрическая модификация. Бор — твёрдый и хрупкий материал, уступающий по твёрдости лишь некоторым формам углерода (алмазу, кубическому нитриду бора). При обычных условиях — полупроводник; его электропроводность растёт с повышением температуры.

¶Химические свойства

При нормальных условиях бор химически инертен, что связано с прочной кристаллической решёткой. При нагревании реагирует:

• с кислородом — образует оксид бора B₂O₃;
• с галогенами — даёт тригалогениды (BF₃, BCl₃);
• с азотом — нитрид бора BN;
• с металлами — бориды.

Борная кислота H₃BO₃ и её соли (бораты) — важные соединения элемента. Водные растворы боратов проявляют слабоосновные свойства.

¶Применение

Бор и его соединения применяются в различных отраслях:

• Металлургия — как легирующая добавка для повышения твёрдости и коррозионной стойкости сталей.
• Стекло и керамика — боросиликатные стёкла устойчивы к температурным перепадам (лабораторная посуда).
• Полупроводниковая техника — бор используется как акцепторная примесь при легировании кремния.
• Ядерная энергетика — бор и его соединения поглощают нейтроны, применяются в регулирующих стержнях реакторов и для биологической защиты.
• Сельское хозяйство — микроудобрения, содержащие бор.
• Медицина и быт — борная кислота как антисептик, компоненты моющих средств.

Нитрид бора в форме кубической модификации (эльбор, боразон) применяется как сверхтвёрдый абразивный материал.

¶Биологическая роль

Бор — микроэлемент, необходимый для жизнедеятельности растений: участвует в формировании клеточных стенок, обмене углеводов, транспорте сахаров. При недостатке бора у растений наблюдаются отмирание точек роста, деформация листьев. Для животных и человека биологическая роль бора изучена меньше; избыток его соединений токсичен.

¶Токсичность и безопасность

Пыль и пары соединений бора могут раздражать кожу и дыхательные пути. Борная кислота при попадании внутрь в больших количествах токсична. При работе с порошкообразным бором и его соединениями применяются средства индивидуальной защиты.