Он относится к распространённым: содержание его в
земной коре составляет около 5·10-4 %. Скопления бора встречаются в виде кислородных
соединений — борной кислоты (Н3ВО3), буры (Na2B4O7·10H2O),
ашарита (MgHBO3) и ряда более сложных минералов. Ежегодная
мировая добыча соединений бора исчисляется сотнями тысяч тонн.
Бура была известна алхимикам и упоминается ещё в
сочинениях Гебера. Элементарный бор впервые получен в 1808 г. Природный элемент
слагается их двух изотопов, относительное содержание которых подвержено
небольшим колебаниям 10В (19,6-19,8 %) и 11В (80,4-80,2 %). Поэтому атомный вес его даётся с точностью ± 0,003.
В основном состоянии атом бора имеет внешнюю
электронную оболочку 2s22p1 и одновалентен. Возбуждение
его до трёхвалентного состояния (2s12p2) требует затраты
343 кДж/моль.
Наибольшие количества бора входят в состав буровых вод
нефтяных месторождений и золы многих каменных углей. Наземные растения содержат
10-4-10-2 вес. % бора от сухого вещества (причём в злаках его
меньше, а в корнеплодах больше). Животные организмы гораздо беднее бором.
Внесение в почву соединений бора часто ведёт к существенному повышению
урожайности культурных растений ( в частности льна и сахарной свёклы). Особенно
сильно сказывается влияние бора на подзолистых почвах.
В свободном состоянии бор может быть получен из борной
кислоты. Нагреванием её переводят в борный ангидрид (В2О3),
который затем прокаливают с металлическим магнием. Реакция идёт по уравнению:
В2О3 + 3 Mg = 3 MgO + 2 B + 531
кДж.
После обработки продуктов реакции соляной кислотой
(для удаления MgO) остаётся элементарный бор в виде тёмно-бурого порошка. Очень
чистый бор бесцветен. Он имеет плотность 2,3 г/см3, плавится при
2075 и кипит при 3700 °С.
Весьма чистый (99,999 %) элементарный бор был получен
восстановлением ВCl3 водородом при 1200 °С. Он может
быть получен также термическим разложением паров ВВr3 на нагреваемой
электрическим током до 1500 °С танталовой проволоке. Образующиеся очень
мелкие кристаллы бора по твёрдости лишь немногим уступают алмазу. Они известны
в четырёх различных кристаллических формах (имеющих сложное внутреннее
строение), обладают металлическим блеском и при обычных условиях довольно плохо
проводят электрический ток, но нагревание до 800 °С вызывает
повышение электропроводности приблизительно в миллион раз (причём электронный
характер низкотемпературной проводимости меняется при высоких температурах на
дырочный). Теплота плавления бора оценивается в 22,6, теплота испарения — в
539, а теплота атомизации (при 25 °С) — в 560 кДж/моль. Помимо отдельных атомов
пары бора частично содержат молекулы В2 энергия диссоциации которых
оценивается в 276 кДж/моль.
Термическим разложением BI3 при 900 °С
была получена аллотропная форма бора, имеющая красный цвет (вероятно от следов
иода) и более простое строение кристаллической решётки. Выше 1500 °С
она переходит в обычную форму.
В обычных условиях бор весьма инертен и
взаимодействует лишь со фтором. Напротив, при высоких температурах он
соединяется не только с кислородом, хлором и бромом, но и с серой, азотом и
углеродом. При очень сильном прокаливании бор вытесняет соответствующие
свободные элементы даже из таких устойчивых оксидов, как Р2О5,
СО2 и SiO2, а также из оксидов многих металлов. В
результате сплавления бора с некоторыми металлами образуются из бориды,
например MgB2.
По отношению к воздуху и воде бор вполне устойчив.
Взаимодействие его с водяным паром по схеме:
3 Н2О + 2 В = В2О3 +
3 Н2 + 548 кДж
идёт
лишь при температуре красного каления. В кислотах, не являющихся окислителями,
бор не растворяется. Концентрированная азотная кислота постепенно окисляет его
до борной кислоты:
В + 3 HNO3 = H3BO3 +
3 NO2.
По
отношению к обычно применяемым растворам щелочей бор устойчив. В своих
соединениях он трёхвалентен.
Химическая активность бора зависит от степени его
дробления. В явно кристаллическом состоянии он гораздо более инертен, чем в
обычно получаемом мелко раздробленном ("аморфном”). Например, кристаллический
бор устойчив по отношению к крепким растворам щелочей даже при кипячении, тогда
как аморфный медленно реагирует с ними по схеме:
2 В + 2 NaOH + 2 H2O = 2 NaBO2 +
3 H2.
Даже
расплавленные щёлочи более или менее быстро взаимодействуют с кристаллическим
бором лишь в присутствии окислителей.
Подобно нитридам, карбидам и силицидам, некоторые из
боридов по своему составу формально отвечают валентностям, известным для
соответствующих элементов. Таковы, например, MnB, MnB2, CrB, CrB2,
MoB2, WB2, VB, TiB. В других случаях это не соблюдается:
примерами могут служить бориды общей формулы ЭВ2, где Э —Mg, V, Nb,
Ta, Ti, Zr, Hf. Как правило, бориды образуются из элементов с выделением тепла,
обладают высокой твёрдостью и хорошей электропроводностью. Многие из них
отличаются очень высокими точками плавлению. Например, для ZrB2 и
HfB2 они лежат соответственно при 3040 и 3250 °С.
Кермет из борида циркония с металлическим хромом (как связкой) находит
использование в ракетной технике. Устойчивость большинства боридов по отношению
к кислотам довольно высока. Для типа ЭВ2 она возрастает по ряду MgB2
«
VB2 < CrB2 < ZrB2 < TiB2
< NbB2 < TaB2, причём MgB2 разлагается
не только любыми кислотами, но и водой, а на TaB2 (т. пл. 3200 °С)
не действует даже кипящая царская водка.
Это лишь фрагмент реферата, полный текст скачивайте по ссылке, размещенной вверху страницы.
|