Bor (prvek)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání



B

Al

BerylliumBorUhlík

  [He] 2s2 2p1
10 B
5
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
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 zlomekzem. kůře 3 až 10 ppm
Konc. v mořské vodě 4,6 mg/l
Počet přírodních izotopů 2
Vzhled Hnědočerná pevná látka
Bor (β-rhombohedral)
[[Soubor:{{{spektrum}}}|255px|Emisní spektrum]]
Atomové vlastnosti
Rel. at. hmotnost 10,811
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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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.
  • Bor je jeden z mála prvků, které přicházejí v úvahu jako palivo pro nukleární fúzi.[1]
  • 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[editovat | editovat zdroj]

  • Teprve v roce 1981 byla stanovena důležitost boru pro člověka. Výzkum ukázal, že bor zabraňuje pohlcování vápníku, což je velmi důležitý faktor hlavně pro ženy v období menopauzy a osoby trpící osteoporózou, kdy dochází k velkým ztrátám vápníku. Je také prospěšný při prevenci a léčbě artritidy. [2]
  • Existují dvě hypotézy pro objasnění biochemické funkce boru. První předpokládá, že bor reguluje přeměnu látek v těle spíše negativně tím, že brzdí některé klíčové enzymové reakce. Podle druhé hypotézy hraje roli ve funkci buněčných membrán nebo jejích stabilitě tak, že ovlivňuje odezvu na působení hormonů, které se podílejí na regulaci. Většina boru přijatého stravou se mění na kyselinu boritou, která se rychle a z velké části, asi z 90%, vstřebává.

[3]

  • Bor je nezbytný pro metabolismus ostatních minerálních látek. Jeho denní doporučená dávka 2 mg. Zdrojem boru je většina ovoce, zeleniny a ořechů. Záleží ovšem i na jeho přítomnosti v půdě, vodě a používaných hnojivech.
  • Velmi malé množství boru bychom našli v rybách, mase a masných výrobcích. Vegetariáni by tedy měli mít velmi vysoký příjem boru ve srovnání s lidmi, kteří konzumují maso. [4]
  • Zdrojem bóru v těle člověka jsou i mýdla, cement, některé čisticí prostředky, sklo a keramika. [5]
  • Bor se nachází (většinou díky přítomnosti v horninách) i v některých pramenech a mořské vodě. Při odsolování mořské vody je často nutné zajistit i odstranění boru.
  • Nedostatek bóru způsobuje změny kostí připomínající osteoporózu, pokles hladiny ionizovaného vápníku a kalcitoninu, zvýšenou hladinu celkového vápníku a kalcitoninu, zvýšenou hladinu celkového vápníku a vylučování vápníku močí.
  • Je potvrzeno, že nedostatek boru ve stravě narušuje metabolismus některých makroprvků (vápníku, hořčíku, draslíku a fosforu) a cholakalciferolu, vitamínu D3, což může vést ke vzniku osteoporózy. Deficit boru se může projevit také zpomaleným tělesným růstem, nedostatkem estrogenu v menopauze, mineralizací a křehnutí kostí. [6]
  • Při nadměrném příjmu boru dochází k jeho ukládání v těle a vzniká chronická otrava. Projevy chronické toxicity nebyly jasně definovány.
  • Při velké dávce se toxicita může projevit i akutně - nadměrné množství boru pak způsobuje zvracení, průjem, vyrážky, artritidu, letargii a vyčerpanost. Při pozorování zvířat vyšlo najevo, že nadměrný příjem boru může potlačovat růst a imunitu. [7], [8]
  • Nadměrné množství boru způsobuje člověku trávicí obtíže, u savců reprodukční vady, má teratogenní účinek. [9]
  • U rostlin může nadměrné množství boru zpomalit růst a také inhibovat fotosyntézu. [10]
  • Z důvodu nedostatku dat o toxicitě boru zvýšila Světová zdr avotnická organizace doporučenou maximální koncentraci boru v pitné vodě z 0,5 mg/l na 2,4 mg/l.

Ovšem tato koncentrace může být vysoká pro velké množství zemědělských plodin, když pro závlahovou vodu je doporučovaná koncentrace 0,3 – 0,5 mg/l. V EU zůstává limitní koncentrací pro bor v pitné vodě 1 mg/l. V jiných státech jsou limitní koncentrace jak nižší (USA: 0,5 – 1 mg/l) kvůli předpokládané toxicitě boru, tak vyšší než doporučení WHO (Austrálie: 4 mg/l, Kanada: 5 mg/l) mimo jiné také kvůli náročnosti dosáhnutí této nízké koncentrace (WHO, 1998; WHO, 2011) [11]

Sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

  • 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. TiB2tepelnou 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. Příkladem 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.H2O2.3H2O, peroxotrihydrát tetraboritanu sodného, se využívá jako oxidačního činidla s bělícími účinky v textilním průmyslu, protože ve vodném roztoku uvolňuje peroxid vodíku H2O2

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • 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

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. http://server.ipp.cas.cz/~vwei/work/diplomova_prace.pdf
  2. http://www.grizly.cz/bor/
  3. http://www.grizly.cz/bor/
  4. http://www.grizly.cz/bor/
  5. http://www.centrumzdravibrno.cz/clanky-a-videa/bor/
  6. http://www.grizly.cz/bor/
  7. http://www.centrumzdravibrno.cz/clanky-a-videa/bor/
  8. http://www.grizly.cz/bor/
  9. http://www.ekomonitor.eu/sites/default/files/soubory/2013/bystriansky_ft.pdf
  10. http://www.ekomonitor.eu/sites/default/files/soubory/2013/bystriansky_ft.pdf
  11. http://www.ekomonitor.eu/sites/default/files/soubory/2013/bystriansky_ft.pdf

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]


Periodická tabulka prvků
s prvky f prvky d prvky p prvky
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
Alkalické kovy Kovy alkalických zemin Lanthanoidy Aktinoidy Přechodné kovy Nepřechodné kovy Polokovy Nekovy Halogeny Inertní plyny nespecifikováno