Бор

Бор – це хімічний елемент з атомним номером 5 та символом B у періодичній системі елементів. Він є металоїдом, тобто має властивості як металів, і неметалів. Бор був відкритий у 1808 році французьким хіміком Жозефом Луї Гай-Люссаком та англійським хіміком Сером Хамфрі Деві у незалежних дослідженнях.

Бор не є розповсюдженим елементом на Землі, і його вміст у земній корі становить лише близько 0,001%. Однак його сполуки широко використовуються у промисловості, у тому числі у виробництві скла, кераміки, ліків, добрив та напівпровідникових матеріалів. Бор також має деякі медичні застосування, наприклад, у радіоімунотерапії раку.

Хімічні властивості бору

Хімічні властивості бору визначаються його електронною конфігурацією і зовнішньою електронною оболонкою. У зв’язку з тим, що в зовнішній оболонці бору всього два електрони, його властивості значно відрізняються від властивостей інших металів.

Основні хімічні властивості бору такі:

• Іонізаційна енергія: має високу іонізаційну енергію, тобто енергію, необхідну для видалення електрона з його атома.
• Ковалентний характер зв’язку: бор утворює ковалентні зв’язки з іншими елементами.
• Кислотна поведінка: бор може реагувати з кислотами, утворюючи солі борної кислоти.
• Амфотерна поведінка: бор може реагувати як з кислотами, так і з лугами, що свідчить про його амфотерні властивості.
• Формування комплексних сполук: може утворювати комплексні сполуки з різними лігандами, наприклад, з амінами та гідроксидами.

Фізичні властивості бору

Фізичні властивості бору включають:

1. Кристалічну структуру: бор має кристалічну структуру, що складається з шестикутних плоских шарів, які з’єднуються між собою.
2. Твердість: є досить твердим матеріалом і має значення твердості на Моссовій шкалі 9,3.
3. Точка плавлення і кипіння: точка плавлення бору становить 2076 °C, а точка кипіння – 3927 °C.
4. Густина: густина бору становить 2,34 г/см³, що є досить низьким значенням порівняно з іншими металами.
5. Провідність: є хорошим провідником тепла і електричного струму, але його електрична провідність нижча, ніж у більшості металів.
6. Магнітні властивості: бор не має магнітних властивостей при нормальних умовах температури та тиску, але при дуже низьких температурах може стати магнітним.
7. Оптичні властивості: бор має прозору зелену або коричневу кольорову форму у вигляді кристалів, а його склоподібні сполуки зазвичай прозорі.
8. Коефіцієнт теплового розширення: має низький коефіцієнт теплового розширення, що робить його корисним матеріалом для виготовлення скляних посудин з високою температурою стійкості.

Ізотопи

Бор має два стабільних ізотопи – ¹⁰B та ¹¹B.

Ізотоп ¹⁰B має 5 протонів та 5 нейтронів, а ізотоп ¹¹B має 5 протонів та 6 нейтронів. Ізотоп ¹⁰B становить близько 20% природної кількості бору, а ізотоп ¹¹B – більше 80%.

Обидва стабільні ізотопи бору мають важливі застосування. Наприклад, ізотоп ¹⁰B використовується для отримання борових волокон, які використовуються в аерокосмічній та оборонній промисловості, а також для виробництва ядерних реакторів. Ізотоп ¹¹B використовується для виготовлення скла з низькою теплопровідністю, яке використовується у термоізоляції та енергозбереженні.

Крім того, ізотоп ¹⁰B має важливе застосування в медицині, де його використовують для боротьби з раком. Ізотоп вводять у пацієнта за допомогою ін’єкції, після чого проводять іонізуюче випромінювання, що призводить до смерті ракових клітин.

Також було створено радіоактивний ізотоп бору – ⁸В, який зазвичай не зустрічається в природі. Цей ізотоп використовується в ядерних дослідженнях та в якості джерела нейтронів для інших досліджень.

Біологічна роль бору

Бор – це мікроелемент, що є необхідним для правильного функціонування рослин, тварин і людей. Хоча B потребується у дуже малих кількостях, він відіграє важливу роль у багатьох біологічних процесах.

У рослин бор є важливим для росту і розвитку, а також для функціонування клітинних мембран і структур. Він необхідний для утворення та зміцнення клітинних стінок, і його відсутність може призвести до деформації та загибелі рослин. Також бор впливає на метаболізм рослин, допомагаючи регулювати рівні гормонів росту.

У тварин бор також відіграє важливу роль в різних фізіологічних процесах, таких як утворення кісткової тканини, регуляція рівнів гормонів, репродуктивна функція та імунна відповідь.

У людей бор є необхідним для забезпечення здоров’я кісток та м’язів, розвитку мозку та нормальної роботи імунної системи. Його дефіцит може призвести до порушень в цих процесах, а також до зниження когнітивних функцій, порушень в репродуктивній системі та інших проблем зі здоров’ям.

Отже, бор є важливим мікроелементом, який відіграє важливу роль у біологічних процесах рослин, тварин та людей. Хоча він потрібний у дуже малих кількостях, його наявність є необхідною для забезпечення нормального функціонування організмів.

Застосування бору

Бор має широке застосування у різних галузях науки і промисловості, оскільки він має цікаві хімічні та фізичні властивості. Ось деякі з основних застосувань бору:

1. Виробництво скла і кераміки: використовують як складову для виготовлення скла з низькою теплопровідністю, яке забезпечує ефективну термоізоляцію. Крім того, бор використовують для виробництва керамічних матеріалів, які відмінно витримують високі температури.
2. Виробництво легких сплавів: бор додають до сплавів з металами, такими як алюміній, магній і титан, щоб знизити їхню вагу і збільшити міцність. Такі сплави використовуються в авіації та інших галузях, де необхідні легкі, але міцні матеріали.
3. Виробництво борових волокон: використовують для виробництва борових волокон, які мають дуже високу міцність при малій вазі. Ці волокна використовуються у виробництві літаків, космічних кораблів, спортивного спорядження та інших високотехнологічних виробів.
4. Ядерна енергетика: бор використовують як модератор для реакторів ядерної енергетики. Він зупиняє швидкі нейтрони, які виникають під час ядерних реакцій, тим самим збільшуючи ефективність реакторів.
5. Борові кислоти використовуються як антисептики та засоби для лікування запальних процесів в очах, вухах та інших частинах тіла. Крім того, бор має властивість знижувати рівень кортизолу – гормону стресу, тому його застосовують в практиці спортивної медицини для зменшення втоми та покращення фізичної витривалості.
6. Електроніка: бор має важливе застосування в електроніці, зокрема для виробництва напівпровідників, транзисторів та інших компонентів електронної техніки.
7. Виробництво фарб та красок: бор використовують як складову для виробництва фарб та красок. Борові сполуки мають високу стійкість до ультрафіолетового випромінювання