Egenskaber, historie, produktion og brug af Bor

Bor er et ekstremt hårdt og varmebestandigt halvmetal, der findes i forskellige former. Det er vidt brugt i forbindelser til at fremstille alt fra blegemidler og glas til halvledere og landbrugsgødning.

Egenskaber ved bor er:

• Atomisk symbol: B
• Atomnummer: 5
• Elementkategori: Metalloid
• Densitet: 2,08 g / cm3
• Smeltepunkt: 3769 F (2076 C)
• Kogepunkt: 7101 F (3927 C)
• Moh's hårdhed: ~ 9.5

Elementærbor er et allotropisk halvmetal, hvilket betyder, at selve elementet kan eksistere i forskellige former, hver med sine egne fysiske og kemiske egenskaber. Som andre halvmetaller (eller metalloider) er nogle af materialets egenskaber også metalliske, mens andre ligner mere ikke-metaller.

Bor med høj renhed findes enten som et amorft mørkebrunt til sort pulver eller som et mørkt, skinnende og sprødt krystallinsk metal.

Bor er ekstremt hård og modstandsdygtig over for varme. Bor er en dårlig leder af elektricitet ved lave temperaturer, men dette ændrer sig, når temperaturerne stiger. Mens krystallinsk bor er meget stabil og ikke reagerer med syrer, oxiderer den amorfe version langsomt i luft og kan reagere voldsomt i syre.

I krystallinsk form er bor den næsthårdeste af alle elementer (kun bag kulstof i dens diamantform) og har en af ​​de højeste smeltetemperaturer. I lighed med kulstof, som tidlige forskere ofte forvekslede elementet med, danner bor stabile kovalente bindinger, der gør det vanskeligt at isolere.

Element nummer fem har også evnen til at absorbere et stort antal neutroner, hvilket gør det til et ideelt materiale til nukleare kontrolstænger.

Nylig forskning har vist, at når superkølet, bor danner endnu en helt anden atomstruktur, der tillader det at fungere som en superleder.

Mens opdagelsen af ​​bor tilskrives både franske og engelske kemikere, der undersøger borate mineraler i det tidlige 19. århundrede antages det, at en ren prøve af elementet ikke blev produceret indtil 1909.

Boremineraler (ofte omtalt som borater) var imidlertid allerede blevet brugt af mennesker i århundreder. Den første registrerede brug af boraks (naturligt forekommende natriumborat) blev af arabiske guldsmedere, der anvendte forbindelsen som en flux for at rense guld og sølv i det 8. århundrede A.D.

Glasurer på kinesisk keramik, der stammer fra det 3. og 10. århundrede A.D., har også vist sig at gøre brug af den naturligt forekommende forbindelse.

Opfindelsen af ​​termisk stabilt borosilikatglas i slutningen af ​​1800-tallet gav en ny kilde til efterspørgsel efter boratmineraler. Ved hjælp af denne teknologi introducerede Corning Glass Works Pyrex glas køkkengrej i 1915.

I efterkrigstidene voksede ansøgninger om bor til at omfatte en stadig større række industrier. Bornitrid begyndte at blive brugt i japansk kosmetik, og i 1951 blev der udviklet en produktionsmetode til borfibre. De første atomreaktorer, der kom online i denne periode, brugte også bor i deres kontrolstænger.

I den umiddelbare efterspørgsel efter Chernobyl-atomkatastrofen i 1986 blev 40 ton borforbindelser dumpet på reaktoren for at hjælpe med at kontrollere frigørelse af radionuklider.

I de tidlige 1980'ere skabte udviklingen af ​​permanente, sjældne jordartsmagneter med høj styrke yderligere et stort nyt marked for elementet. Mere end 70 ton neodymium-jern-bor (NdFeB) magneter produceres nu hvert år til brug i alt fra elbiler til hovedtelefoner.

I slutningen af ​​1990'erne begyndte borstål at blive brugt i biler til at styrke strukturelle komponenter, såsom sikkerhedsstænger.

Selvom der findes over 200 forskellige typer boratmineraler i jordskorpen, tegner kun fire sig for over 90 procent af kommerciel ekstraktion af bor og borforbindelser - tincal, kerne, colemanit og ulexit.

For at fremstille en relativt ren form af borpulver opvarmes boroxid, der er til stede i mineralet, med magnesium- eller aluminiumflux. Reduktionen producerer elementært borpulver, der er omtrent 92 procent rent.

Ren bor kan fremstilles ved yderligere reduktion af borhalogenider med brint ved temperaturer over 1500 C (2732 F).

Bor med høj renhed, der kræves til anvendelse i halvledere, kan fremstilles ved at nedbryde diboran ved høje temperaturer og dyrke enkeltkrystaller via zonesmeltning eller Czolchralski-metoden.

Mens mere end seks millioner ton borholdige mineraler udvindes hvert år, er langt størstedelen af ​​dette konsumeret som boratsalte, såsom borsyre og boroxid, hvor meget lidt omdannes til elementærbor. Faktisk forbruges kun ca. 15 tons elementærbor hvert år.

Brugen af ​​bor og borforbindelser er ekstremt bred. Nogle estimerer, at der er over 300 forskellige slutanvendelser af elementet i dets forskellige former.

De fem vigtigste anvendelser er:

• Glas (f.eks. Termisk stabilt borosilikatglas)
• Keramik (f.eks. Fliseglasurer)
• Landbrug (f.eks. Borsyre i flydende gødning).
• Vaskemidler (f.eks. Natriumperborat i vaskevaskemiddel)
• Blegemidler (f.eks. Husholdnings- og industrielle pletfjerner)

Selvom metalbor har meget få anvendelser, er elementet højt værdsat i en række metallurgiske anvendelser. Ved at fjerne kulstof og andre urenheder, når det binder til jern, kan en lille mængde bor - kun et par dele pr. Million - tilføjet til stål gøre det fire gange stærkere end det gennemsnitlige højstyrkestål.

Elementets evne til at opløse og fjerne metaloxidfilm gør det også ideelt til svejsning af fluxer. Bortrichlorid fjerner nitrider, carbider og oxid fra smeltet metal. Som et resultat anvendes bortrichlorid til fremstilling aluminium, magnesium, zink og kobberlegeringer.

Ved pulvermetallurgi øger tilstedeværelsen af ​​metalborider konduktivitet og mekanisk styrke. I jernholdige produkter øger deres eksistens korrosionsbestandighed og hårdhed, mens de er i titanlegeringer brugt i jetrammer og turbinedele borider øger den mekaniske styrke.

Borfibre, der fremstilles ved at afsætte hydridelementet på wolframtråd, er stærke, lette strukturelt materiale, der er velegnet til anvendelse i rumfartsapplikationer, såvel som golfklubber og højtræktræk tape.

Inkorporering af bor i NdFeB-magnet er kritisk for funktionen af ​​permanente magneter med høj styrke, der bruges i vindmøller, elektriske motorer og en bred vifte af elektronik.

Borons proklivitet over for neutronabsorbering gør det muligt at bruge det i nukleare kontrolstænger, strålingsskærme og neutrondetektorer.

Endelig bruges borcarbid, det tredje hårdest kendte stof, til fremstilling af forskellige rustninger og skudsikre veste samt slibemidler og sliddele.