Bor (prvek)

Bor
[He] 2s2 2p1 10 B 5
↓ Periodická tabulka ↓
Bor (β-rhombohedral)
Obecné
Název, značka, číslo	Bor, B, 5
Cizojazyčné názvy	lat. borum
Skupina, perioda, blok	13. skupina, 2. perioda, blok p
Chemická skupina	Polokovy
Koncentrace v zemské kůře	3 až 10 ppm
Koncentrace v mořské vodě	4,6 mg/l
Vzhled	Hnědočerná pevná látka
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-42-8
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	10,811
Atomový poloměr	90 pm
Kovalentní poloměr	84 pm
Van der Waalsův poloměr	192 pm
Elektronová konfigurace	[He] 2s2 2p1
Oxidační čísla	3,2,1,-1,-5
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	2,04
Ionizační energie
První	800,6 kJ·mol
Druhá	2427,1 kJ·mol
Třetí	3659,7 kJ·mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	Čtverečná
Molární objem	4,39×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota	2,08 g cm−3
Skupenství	Pevné
Tvrdost	9,5
Tlak syté páry	100 Pa při 2822K
Rychlost zvuku	16 200 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	27,4 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	2076 °C (2 349,15 K)
Teplota varu	3927 °C (4 200,15 K)
Skupenské teplo tání	507 KJ/mol
Skupenské teplo varu	52,2 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita	1260 Jkg−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost	5,10−6 S/m
Měrný elektrický odpor	106Ωm
Magnetické chování	Paramagnetický
Bezpečnost
GHS07 [1] Varování[1]
R-věty	R22
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 8B umělý 770 ms ε β+ 5,837 8Be 10B 19,9% je stabilní s 5 neutrony 11B 80,1% je stabilní s 6 neutrony 12B umělý 20,2 ms β− 13,369 12C 13B umělý 17,33 ms β− 99,714% 13,437 13C β− n 0,286% 18,314 12C 14B umělý 12,5 ms β− 93,9% 20,664 14C β− n 6,1% 21,614 13C
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Beryllium ≺ B ≻ Uhlík ⋎ Al

Bor (též bór; chemická značka B, latinsky borium nebo borum) je nejlehčím z řady prvků III. hlavní skupiny prvků v periodické tabulce prvků. Patří mezi polokovy vysokým bodem tání i varu – svými vlastnostmi leží na hranici mezi kovy a nekovy.

Byl izolován roku 1808 Humphrym Davym, Gay-Lusacem a Luisem Jacquesem Thénardem v nepříliš vysoké čistotě a teprve roku 1824 ho Jöns Jakob Berzelius označil za samotný prvek.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Vyskytuje se ve dvou modifikacích – amorfní a kovové. Kovová modifikace patří mezi velmi tvrdé látky – dosahuje hodnoty 9,3 v Mohsově stupnici tvrdosti.

Výroba

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.

2 BBr₃ + 3 H₂ → 2 B + 6 HBr

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

Výskyt v přírodě

Elementární bor se v přírodě prakticky nevyskytuje, lze se s ním setkat 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.

Z potravin je přítomen především v ovoci, zelenině, luštěninách a oříškách.^[2]

Biologický význam

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 se váže na cis-hydroxylové (diolové) skupiny pektinu rhamnogalakturonanu II, což je polysacharid důležitý pro stavbu buněčné stěny rostlin.^[3] Pravděpodobně ovlivňuje vlastnosti buněčné stěny a především její pružnost a s tím související schopnost růst. To je důležité i u rychle rostoucí pylové láčky nebo u kořenových špiček a právě u nich se nedostatek boru u rostlin projevuje nejdříve. Pylové láčky nejsou bez boru schopné normálního růstu.^[4]

Živočichové zpravidla nedostatkem boru netrpí, ale i u nich hraje důležitou roli v řadě fyziologických procesů. Při krmení kuřat či krys potravou bez boru dochází k poruchám ve vývoji kostí, metabolismu minerálních látek, vývoji mozku, funkci imunitního systému či uvolňování inzulinu. Nejvýraznější následky nedostatku boru se projevují při současném nedostatku vápníku či hořčíku.^[2]

Využití

Bor se využívá ve sklářství jako přísada do skelných vláken a borokřemičitanových skel pro dosažení vysoké tepelné odolnosti, dále v keramice k výrobě emailů a glazur. Uplatňuje se při výrobě mýdel a detergentů, v metalurgii neželezných kovů a žáruvzdorných materiálů.

Využívá se i v jaderné energetice. Jeho jedinečné jaderné využití je založeno na velkém účinném průřezu izotopu ¹⁰B vůči tepelným neutronům a je výhodné i proto, že produkty reakce jsou stálé neradioaktivní Li a He. Takto se využívá bor, podobně jako beryllium, k výrobě řídicích tyčí v reaktorech a neutronových zrcadel v jaderných reaktorech. Bor je jeden z mála prvků, které přicházejí v úvahu jako palivo pro jadernou fúzi.^[5]

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. borosilikátová skla se vyznačují vysokou tepelnou odolností a pod označením Pyrex (v Česku Simax) slouží k výrobě chemického i kuchyňského nádobí. V keramice nalézá bor uplatnění především jako složka glazur.

Směs neodymu, železa a boru je využívána pro výrobu permanentních NdFeB magnetů s vynikajícími vlastnostmi.

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 3 000 °C. TiB₂ má tepelnou a elektrickou vodivost 5× vyšší než kovový Ti, borid zirkonia ZrB₂ dokonce 10× 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. Nacházejí se i v jaderných elektrárnách jako neutronové štíty a kontrolní tyče v reaktorech. Diborid hořčíku MgB₂ patří mezi velmi perspektivní materiály z hlediska vývoje supravodičů.^[6] 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 dlouhodobě odolnější.
• Velmi tvrdým materiálem je také karbid boru B₄C, používaný jako brusivo a leštič kovů. Dále ho lze najít 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 hydrolýze.
• 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 vziknout také silně exotermickou reakcí oxidu boritého B₂O₃ s vodou.
• 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 jeho tavenina 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. Dále se využívá při pájení kovů a slitin (mosazi, Cu, bronzu) plamenem, při výrobě smaltovaného nádobí (jako ochranný prvek proti oxidaci zpracovávané slitiny) a speciálních optických skel.
• NaBO₂·H₂O₂·3H₂O, peroxotrihydrát tetraboritanu sodného, se využívá jako oxidační činidlo s bělícími účinky v textilním průmyslu, protože ve vodném roztoku uvolňuje peroxid vodíku H₂O₂

Odkazy

Reference

Související články

• Borofen
• Borosferen

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

• Obrázky, zvuky či videa k tématu bor na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo bor ve Wikislovníku
• (česky) Chemický vzdělávací portál
• (anglicky) Boron