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:
- Кристалічну структуру: бор має кристалічну структуру, що складається з шестикутних плоских шарів, які з’єднуються між собою.
- Твердість: є досить твердим матеріалом і має значення твердості на Моссовій шкалі 9,3.
- Точка плавлення і кипіння: точка плавлення бору становить 2076 °C, а точка кипіння – 3927 °C.
- Густина: густина бору становить 2,34 г/см³, що є досить низьким значенням порівняно з іншими металами.
- Провідність: є хорошим провідником тепла і електричного струму, але його електрична провідність нижча, ніж у більшості металів.
- Магнітні властивості: бор не має магнітних властивостей при нормальних умовах температури та тиску, але при дуже низьких температурах може стати магнітним.
- Оптичні властивості: бор має прозору зелену або коричневу кольорову форму у вигляді кристалів, а його склоподібні сполуки зазвичай прозорі.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Електроніка: бор має важливе застосування в електроніці, зокрема для виробництва напівпровідників, транзисторів та інших компонентів електронної техніки.
- Виробництво фарб та красок: бор використовують як складову для виробництва фарб та красок. Борові сполуки мають високу стійкість до ультрафіолетового випромінювання