Bor (prvek)

B ↓ Al Beryllium ← Bor → Uhlík • [He] 2s2 2p1 10 B 5 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ↓Periodická tabulka prvků↓
Obecné
Název (lat.), značka, číslo	Bor (Borum), B , 5
Registrační číslo CAS	7440-42-8
Umístění v PSP	13 skupina, 2. perioda, blok p
Char. skupina	Polokovy
Hmotnostní zlomek v zem. kůře	3 až 10 ppm
Konc. v mořské vodě	4,6 mg/l
Počet přírodních izotopů	2
Vzhled	Hnědočerná pevná látka
[[Soubor:{{{spektrum}}}|255px|Emisní spektrum]]
Atomové vlastnosti
Rel. at. hmotnost	10,811 u
Atomový poloměr	90 pm
Kovalentní poloměr	84 pm
van der Waalsův poloměr	192 pm
Elektronová konfigurace	[He] 2s2 2p1
Elektronů v hladinách	2,3
Oxidační číslo	3,2,1
Fyzikální vlastnosti
Skupenství	Pevné
Krystalová struktura	Čtverečná
Hustota	2,08 g/cm-3
Kritická hustota	{{{kritická hustota}}} g cm-3
Tvrdost	9,5 (Mohsova stupnice)
Magnetické chování	Paramagnetický
Měrná magnetická susceptibilita	{{{magnetická susceptibilita}}}
Teplota tání	2076 °C (2349 K)
Teplota varu	3927 °C (4020 K)
Kritická teplota	{{{kritická teplota c}}} °C ({{{kritická teplota k}}} K)
Teplota trojného bodu	{{{teplota trojného bodu c}}} °C ({{{teplota trojného bodu k}}} K)
Teplota přechodu do supravodivého stavu	{{{teplota supravodivosti}}}
Teplota změny krystalové modifikace	{{{teplota změny modifikace}}}
Tlak trojného bodu	{{{tlak trojného bodu}}} kPa
Kritický tlak	{{{kritický tlak}}} kPa
Molární objem	4,39 · 10−6 m3/mol
Dynamický viskozitní koeficient	{{{dynamický viskozitní koef.}}}
Kinematický viskozitní koeficient	{{{kinematický viskozitní koef.}}}
Tlak nasycené páry	100 Pa při 2822K
Rychlost zvuku	16 200 m/s
Index lomu	{{{index lomu}}}
Relativní permitivita	{{{relativní permitivita}}}
Elektrická vodivost	5,10-6 S·m-1
Měrný elektrický odpor	106Ωm
Teplotní součinitel el. odporu	{{{součinitel elektrického odporu}}}
Tepelná vodivost	27,4 W·m−1·K−1
Povrchové napětí	{{{povrchové napětí}}}
Termodynamické vlastnosti
Skupenské teplo tání	507 KJ/mol
Specifické teplo tání	{{{spec. teplo tání}}}
Skupenské teplo varu	52,2 KJ/mol
Specifické teplo varu	{{{spec. teplo varu}}}
Molární atomizační entalpie	{{{molární atomizační entalpie}}}
Entalpie fázové přeměny modifikace	{{{entalpie fázové přeměny modifikace}}}
absolutní entropie	{{{absolutní entropie}}}
Měrná tepelná kapacita	1260 Jkg-1K-1
Molární tepelná kapacita	{{{molární tepelná kapacita}}}
Spalné teplo na m³
Spalné teplo na kg
Různé
Van der Waalsovy konstanty	{{{van der Waalsovy konstanty}}}
Teplotní součinitel délkové roztažnosti	{{{součinitel délkové roztažnosti}}}
Redoxní potenciál	V
Elektronegativita	2,04 (Paulingova stupnice)
Ionizační energie	1: 800,6 kJ·mol 2: 2427,1 kJ·mol 3 3659,7 kJ·mol
Iontový poloměr	pm
Izotopy
izo výskyt t1/2 rozpad en. MeV prod. 10B 19,9% je stabilní s 5 neutrony 11B 80,1% je stabilní s 6 neutrony
Bezpečnost
R-věty	R22
S-věty
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP.

Bor, chemická značka B, (lat. Borum) je nejlehčím z řady prvků III. hlavní skupiny prvků v periodické tabulce prvků. Patří mezi polokovy - svými vlastnostmi leží na hranici mezi kovy a nekovy.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Bor patří mezi polokovové prvky s vysokým bodem tání i varu. Vyskytuje se ve dvou modifikacích – amorfní a kovové. Kovová modifikace patří mezi velmi tvrdé látky – dosahuje hodnoty 9,3 v Mohsově stupnici tvrdosti.

Byl izolován roku 1808 sirem Humphry Davyem, Gay-Lusacem a L. J. Thénardem v nepříliš vysoké čistotě a teprve roku 1824 ho Jakob Berzelius označil za samotný prvek.

Výroba a výskyt v přírodě

Elementární bor lze připravit redukcí oxidu boritého kovovým hořčíkem nebo hliníkem.

př.: B₂O₃ + 3Mg → 2B + 3MgO

Pro zisk velmi čistého polokovu se využívá redukce vodíkem. Příprava čistého boru je náročná a obtížná procedura. Čistý bor se v praxi používá minimálně.

2BBr₃ + 3H₂ → 2B + 6HBr

Používá se také elektrolytická výroba boru, a sice elektrolýza roztavených boritanů

Elementární bor se v přírodě prakticky nevyskytuje a setkáváme se s ním pouze ve sloučeninách. Největší světová naleziště surovin boru leží v USA, Peru, Tibetu a Turecku. Sloučeniny boru jsou v malém množství obsaženy i v mořské vodě (v koncentraci přibližně 5 mg/l) a v některých minerálních pramenech. Kyselina boritá je obvykle přítomna v sopečných plynech, z nichž může být získávána.

V rostlinách je bor mikrobiogenním prvkem. Jako ostatní minerály je přijímán z vody v půdě, ale jako jediný nikoli ve formě iontů, ale jako elektroneutrální kyselina boritá H₃BO₃. Bor zodpovídá za interakce pektinů a hemicelulóz. Je limitujícím prvkem pro klíčení pylové láčky.

Využití

Borax

• Bor se využívá ve sklářství jako přísada do skelných vláken a borokřemičitanových skel, a sice pro jejich vysokou tepelnou odolnost, dále v keramice k výrobě emailů a glazur. Uplatňuje se při výrobě mýdel a detergentů, v metalurgii neželezných kovů a žáruvzdorných materiálů.

• Jeho jedinečné jaderné využití je založeno na velkém účinném průřezu izotopu ¹⁰B vůči termálním neutronům a je výhodné i proto, že produkty reakce jsou stálé neradioaktivní Li a He. Takto se využívá bor, podobně jako berylium, k výrobě tzv. řídicích tyčí v reaktorech a neutronových zrcadel v jaderných reaktorech.

• Bór je jeden z mála prvků, které přicházejí v úvahu jako palivo pro nukleární fúzi.

• Bor a jeho sloučeniny barví plamen intenzivně zeleně. Tento jev se uplatňuje při přípravě směsí pro pyrotechnické účely a v analytické chemii slouží jako důkaz přítomnosti boru v analyzovaném vzorku.

• Významné místo patří sloučeninám boru ve sklářském a keramickém průmyslu. Tzv. borosilkátová skla se vyznačují vysokou tepelnou odolností a pod označením Pyrex (u nás Simax) slouží k výrobě chemického i kuchyňského nádobí. V keramice nalézá bor uplatnění především jako složka glazur.

Biologický význam boru

• Bor je nezbytný pro metabolismus ostatních minerálních látek. Jeho denní doporučená dávka 2 mg. Zdrojem boru je ovoce a ořechy.

Sloučeniny

• Boridy jsou sloučeniny boru s kovy. Existuje široká škála boridů s různou stechiometrií a krystalickou strukturou. Tyto sloučeniny vykazují často velmi zajímavé vlastnosti. Jsou to mimořádně elektricky i tepelně vodivé, tvrdé, žáruvzdorné, chemicky netečné a netěkavé materiály s vysokými teplotami tání. Příkladem mohou být mimořádně vodivé diboridy Zr, Hf, Nb a Ta, které tají vesměs až nad 3000 °C. TiB₂ má tepelnou a elektrickou vodivost 5× vyšší než kovový Ti. borid zirkonia ZrB₂ dokonce 10x vyšší. Boridy TiB₂, ZrB₂ a CrB₂ našly uplatnění jako materiál na lopatky turbín, vnitřní povrchy spalovacích komor a raketových trysek. Schopnosti odolávat roztaveným kovům se využívá při výrobě vysokoteplotních reakčních nádob. Najdeme je i v jaderných elektrárnách jako neutronové štíty a kontrolní tyče v reaktorech. Borid hořečnatý Mg₃B₂ patří mezi velmi perspektivní materiály z hlediska vývoje supravodičů. Má vysokou hodnotu kritické teploty. Boridy fosforu a arsenu jsou slibné vysokoteplotní polovodiče.

• Nitrid boritý je málo reaktivní, velmi stálá látka, která má podobnou strukturu jako grafit. V současné době patří spolu s diamantem k nejtvrdším známým látkám. V současné době jsou k dispozici technologické procesy pro pokrytí kovových povrchů tímto nitridem a kovoobráběcí nástroje s tímto povlakem jsou výrazně tvrdší a a dlouhodobě odolnější.

• Velmi tvrdým materiálem je také karbid boru B₄C, používaný jako brusivo a leštič kovů. Dále ho najdeme v obložení brzd a spojek, je materiálem v neprůstřelných vestách a ochranných štítech bojových letadel.

• Sloučeniny boru s vodíkem se nazývají borany. Jsou to obvykle značně reaktivní látky, které slouží pro přípravu celé řady dalších sloučenin. Přikladem může být borohydrid lithný LiBH₄, který se používá jako mimořádně silné redukční činidlo a zdroj nascentního vodíku. Nejznámějším a nejjednodušším boránem je diboran B₂H₆, samozápalný plyn o bodu varu −92,5 °C. Vyšší borany mají za normálních podmínek pevné skupenství a jsou stálejší vůči hydrolytickému rozkladu.

• Kyselina trihydrogenboritá H₃BO₃ je slabá kyselina tvořící šupinkové průhledné krystalky. Je ve vodě málo rozpustná a ve farmacii se spolu se svými solemi používá k ošetřováni očních chorob.

• Další uplatnění nacházejí boritany při přípravě přípravků pro impregnaci dřeva. Vyrábí se rozkladem boraxu kyselinami a může vzniknou také silně exotermickou reakcí oxidu boritého B₂O₃ s vodou.

• Patrně nejznámější a v běžné praxi nejpoužívanější sloučeninou boru je borax neboli dekahydrát tetraboritanu sodného Na₂B₄O₇ · 10H₂O (viz obrázek). Jeho správnější složení ale vystihuje název oktahydrát tetrahydroxotetraboritanu sodného, vzorcem Na₂[B₄O₅(OH)₄].8H₂O. Bezvodý borax se velmi často uplatňuje v metalurgii, kde tavenina boraxu překrývá roztavený kov a funguje jako ochranný prvek proti oxidaci zpracovávané slitiny. V analytické chemii je směs boraxu s uhličitanem sodným univerzálním tavidlem, používaným pro rozklady geologických a dalších obtížně rozpustných vzorků. Déle se využívá při pájení kovů plamenem (mosazi, Cu, bronzu), při výrobě smaltovaného nádobí (jako ochranný prvek proti oxidaci zpracovávané slitiny) a speciálních optických skel.

• NaBO₂.H2O₂.10H₂O, peroxotrihydrát tetraboritanu sodného, se využívá jako oxidačního činidla s bělícími účinky v textilním průmyslu, protože ve vodném roztoku uvolňuje peroxid vodíku H₂O₂

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

• (česky) Chemický vzdělávací portál
• (anglicky) Boron
• National Pollutant Inventory – Boron and compounds

---