Бор.Распространение в природе.Способы добывания.Физ.и хим.св-ва

Бор — элемент главной подгруппы третьей группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 5. Обозначается символом B (лат. Borum). В свободном состоянии бор — бесцветное, серое или красное кристаллическое либо тёмное аморфное вещество. Известно более 10 аллотропных модификаций бора, образование и взаимные переходы которых определяются температурой, при которой бор был получен.

Нахождение в природе:cреднее содержание бора в земной коре 4 г/т. Несмотря на это, известно около 100 собственных минералов бора; в «чужих» минералах он почти не встречается. Это объясняется прежде всего тем, что у комплексных анионов бора (а именно в таком виде он входит в большинство минералов) нет достаточно распространенных аналогов. Почти во всех минералах бор связан с кислородом, а группа фторсодержащих соединений совсем малочисленна. Элементарный бор в природе не встречается. Он входит во многие соединения и широко распространён, особенно в небольших концентрациях; в виде боросиликатов и боратов, а также в виде изоморфной примеси в минералах входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Бор известен в нефтяных и морских водах (в морской воде 4,6 мг/л[5]), в водах соляных озёр, горячих источников и грязевых вулканов.

Основные минеральные формы бора:Боросиликаты: датолит CaBSiO4OH, данбурит CaB2Si2O8Бораты: бура Na2B4O7 • 10H2O, ашарит MgBO2(OH), гидроборацит (Ca, Mg)B6O11 • 6H2O, иниоит Ca2B6O11 • 13H2O, калиборит KMg2B11O19 • 9H2O.

Также различают несколько типов месторождений бора: Образец датолита. Дальнегорское боросиликатное месторождение.Месторождения боратов в магнезиальных скарнах: людвигитовые и людвигито-магнетитовые руды;котоитовые руды в доломитовых мраморах и кальцифирах;ашаритовые и ашарито-магнетитовые руды.Месторождения боросиликатов в известковых скарнах (датолитовые и данбуритовые руды);Месторождения боросиликатов в грейзенах, вторичных кварцитах и гидротермальных жилах (турмалиновые концентрации);Вулканогенно-осадочные: борные руды, отложенные из продуктов вулканической деятельности;переотложенные боратовые руды в озёрных осадках;погребённые осадочные боратовые руды.Галогенно-осадочные месторождения: месторождения боратов в галогенных осадках;месторождения боратов в гипсовой шляпе над соляными куполами.

Крупнейшее месторождение России находится в Дальнегорске (Приморье). Оно относится к боросиликатному типу. В этом одном компактном месторождении сосредоточено не менее 3 % всех мировых запасов бора. На действующем при месторождении горно-химическом предприятии, выпускается боросодержащая продукция, которая удовлетворяет потребности отечественной промышленности. При этом 75 % продукции идёт на экспорт в Корею, Японию и Китай.

Физические свойства: cечения захвата нейтронов изотопами 10В (верхняя кривая) и 11В (нижняя кривая).Чрезвычайно твёрдое вещество (уступает только алмазу, нитриду бора (боразону), карбиду бора, сплаву бор-углерод-кремний, карбиду скандия-титана). Обладает хрупкостью и полупроводниковыми свойствами (широкозонный полупроводник).У бора самый высокий предел прочности на разрыв 5,7 Гпа.В природе бор находится в виде двух изотопов 10В (20 %) и 11В (80 %).10В имеет очень высокое сечение поглощения тепловых нейтронов, поэтому 10В в составе борной кислоты применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности.

Химические свойства

Ионы бора окрашивают пламя в зелёный цвет,по многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает кремний.

 

Химически бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором:2B+3F2 2BF3

При нагревании бор реагирует с другими галогенами с образованием тригалогенидов, с азотом образует нитрид бора BN, с фосфором — фосфид BP, с углеродом — карбиды различного состава (B4C, B12C3, B13C2). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, образуется оксид B2O3:

4B+3O2 2B2O3

С водородом бор напрямую не взаимодействует, хотя известно довольно большое число бороводородов (боранов) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов кислотой:Mg3B2+6HCl B2H6 +3MgCl2

При сильном нагревании бор проявляет восстановительные свойства. Он способен, например, восстановить кремний или фосфор из их оксидов:

3SiO2+4B 3Si+2B2O3

3P2O5+10B 5B2O3+6P

Данное свойство бора можно объяснить очень высокой прочностью химических связей в оксиде бора B2O3.

При отсутствии окислителей бор устойчив к действию растворов щелочей. В горячей азотной, серной кислотах и в царской водке бор растворяется с образованием борной кислоты H3BO3.

Оксид бора B2O3 — типичный кислотный оксид. Он реагирует с водой с образованием борной кислоты:B2O3+3H2O 2H3BO3

При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты — бораты (содержащие анион ), а тетрабораты, например:

4H3BO3+2NaOH Na2B4O7+7H2O

Получение:наиболее чистый бор получают пиролизом бороводородов. Такой бор используется для производства полупроводниковых материалов и тонких химических синтезов.

B2H6 2B+3H2

Метод металлотермии (чаще восстановление магнием или натрием):

B2O3+3Mg 3MgO+2B

KBF4+3Na 3NaF+KF+B

Термическое разложение паров бромида бора на раскаленной (1000—1200 °C) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода (метод Ван-Аркеля):

2BBr3+3H2 2B+6HBr

31. Соединения бора с волородом,кислородом,металлами Бороводороды (также Бораны, также Гидриды бора[1]) — химические соединения бора с водородом. Отличаются высокой химической активностью и чрезвычайно большой теплотой сгорания. Представляют интерес как ракетное топливо. В органическом синтезе находит применение реакция присоединения борана и некоторых алкилборанов к двойной связи алкенов с вовлечением полученных соединений в дальнейшие превращения.Известны бораны с числом атомов бора от 2 до 20. BH3 не существует в свободном виде, но известен в виде некоторых комплексных соединений.

Окси́д бо́ра B2O3 — ангидрид борной кислоты, бесцветное, довольно тугоплавкое стекловидное или кристаллическое вещество горьковатого вкуса, диэлектрик.Стеклообразный оксид бора имеет слоистую структуру (расстояние между слоями 0.185 нм), в слоях атомы бора расположены внутри равносторонних треугольников ВО3 (d В—О=0.145 нм). Эта модификация плавится в интервале температур 325—450 °C и обладает высокой твёрдостью. Она получается при нагревании бора на воздухе 700 °C или обезвоживанием ортоборной кислоты. Кристаллический В2О3, который получают осторожным отщеплением воды от метаборной кислоты НВО2, существует в двух модификациях — с гексагональной кристаллической решёткой, при 400 °C и 2200 МПа переходящей в моноклинную.

При взаимодействии бора с большинством металлов при высоких температурах (1300 - 2000 С) образуются бориды металлических элементов разнообразного состава. Бориды могут быть получены также и другими способами, например электролизом расплавов, содержащих оксиды металла и бора, или взаимодействием смеси газообразных хлоридов металла и бора с водородом. В боридах металлов сложным образом сочетаются металлическая и ковалентная связи. Один и тот же металл может образовать с бором целый ряд соединений. При сравнительно малом содержании бора в бориде атомы бора изолированы друг от друга, при большом содержании атомы бора образуют цепочки, сетки и каркасы. Бориды металлов могут иметь строго определенный состав, а также образовать разнообразные твердые растворы, преимущественно типа внедрения.