Bor

český názevBor
latinský názevBorum
anglický názevBoron
chemická značkaB
protonové číslo5
relativní atomová hmotnost10,811
perioda2
skupinaIII.A
zařazenípolokovy
rok objevu1808
objevitelJ. L. Gay-Lussac
teplota tání [°C]2079
teplota varu [°C]4000
hustota [g cm-3]2,34
elektronegativita2,04
oxidační stavy-I, I, II, III
elektronová konfigurace[He]2s2 2p1
atomový poloměr [pm]87
kovalentní poloměr [pm]82
specifické teplo [J g-1K-1]1,02
slučovací teplo [kJ mol-1]50,2
skupenské teplo tání [kJ mol-1]507
tepelná vodivost [W m-1 K-1]27,4
1. ionizační potenciál [eV]8,298
2. ionizační potenciál [eV]25,154
3. ionizační potenciál [eV]37,93
elektrická vodivost [S m-1]5.10-6
tvrdost podle Mohse9,3
tvrdost podle Vickerse [MPa]4,9.104
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce boru

Krystalický bor je černošedá, velmi tvrdá látka, mohsova stupnice uvádí pro bor tvrdost 9,3. Amorfní bor je hnědá, práškovitá látka.

Chemický prvek bor se vyznačuje vysokou chemickou odolností a to i proti silným okysličovadlům, nereaguje ani s kyselinou fluorovodíkovou, ale oxiduje se horkou kyselinou dusičnou a sírovou a při teplotě přes 600°C reaguje s vodní párou:

B + 3HNO3 → H3BO3 + 3NO2
2B + 3H2SO4 → 2H3BO3 + 3SO2
2B + 3H2O → B2O3 + 3H2

Amorfní bor reaguje s roztoky i taveninami hydroxidů alkalických kovů:

2B + 2NaOH + 6H2O → 2Na[B(OH)4] + 3H2
2B + 6NaOH → 2Na3BO3 + 3H2

Za velmi vysokých teplot probíhá reakce boru s oxidem dusnatým, uhelnatým a křemičitým za vzniku oxidu boritého a nitridu, karbidu a silicidu boritého:

3B + 3NO → B2O3 + BN + N2
6B + 3CO → B2O3 + B4C + 2C
10B + 3SiO2 → 2B2O3 + 2B3Si + Si

Za laboratorní teploty reaguje přímo pouze s fluorem, s ostatními halogeny se slučuje až při teplotách nad 400°C. Se sírou se slučuje na sulfid boritý B2S3 při teplotách nad 600°C, za zvláštních podmínek vytváří také sulfid zajímavého složení B8S16. S řadou přechodných kovů reaguje za tvorby boridů se zajímavými vzorci, např. Cr5B3, Re7B3, Pd5B2 nebo Ru11B8. Za velice vysokých tlaků byla připravena zajímavá sloučenina - borid boru B2B12. S fosforem reaguje při teplotě 1000°C za vzniku fosfidu BP, teprve při teplotě 2000°C reaguje s uhlíkem. Díky své vysoké afinitě ke kyslíku a k dalším elektronegativním prvkům, je bor, za vhodných podmínek, schopen vytěsňovat kovy z oxidů, chloridů a sulfidů. Bor tvoří velkou řadu binárních sloučenin s vodíkem - boranů. Borany mají obvykle obecné složení BnHn+4 nebo BnHn+6.

Ve sloučeninách vystupuje bor většinou v oxidačním stavu III, vzácně též I a II. Ze sloučenin jednomocného boru jsou známy např. nestabilní fluorid borný BF a chlorid borný BCl, dvoumocný bor je znám ve formě nestabilního oxidu bornatého BO a jodidu bornatého B2I4. Borité soli zabarvují bezbarvý plamen světle zeleně.

Výskyt boru v přírodě

V přírodě se elementární bor jako prvek nevyskytuje, jako součást kyseliny borité se nachází v některých přírodních vodách, zejména ve vulkanických oblastech.

K známým minerálům boru patří borax Na2B4O7·10H2O, kernit Na2B4O7·4H2O, kaliborit KHMg2B12O16(OH)10·4H2O, kotoid Mg3B2O6, pro průmyslovou těžbu má dnes v celosvětovém měřítku rozhodující význam nerost colemanit Ca2B6O11·5H2O. Mezi další přírodní zdroje boru patří minerály ludwigit Mg2FeBO5, hydroboracit CaMgB6O8(OH)6·3H2O, dumortierit Al7(BO3)(SiO4)3O3, datolit CaB(SiO4)(OH), danburit CaB2Si2O8.

Nejvyšší obsah boru (25,57 % B) má diomignit Li2B4O7, celkem bylo mineralogicky popsáno 250 nerostů s obsahem boru.

V roce 2012 dosáhla světová produkce boru hodnotu 4,3 Mt B2O3, největším světovým výrobcem boru je Turecko s roční produkcí 2,5 Mt B2O3, druhý největší producent boru je s roční výrobou 600 kt Argentina, v Chile bylo vyrobeno 500 kt, v Rusku 400 kt a v Peru 300 kt. Největší zásoby boru jsou v Turecku, USA, Rusku a Chile. Celosvětové zásoby boru jsou odhadnuty na 210 Mt B2O3.

Význam boru pro lidský organismus

Bor je důležitý esenciální prvek, který příznivě ovlivňuje metabolismus vápníku, fosforu a hořčíku, reguluje hladinu testosteronu a estrogenu u žen a pomáhá při budování svalové hmoty. Mezi potraviny s vysokým obsahem boru patří zejména sója (28 mg/kg), fazole (26 mg/kg), arašídy (18 mg/kg), jablka (až 6 mg/kg), špenát (2,9 mg/kg) a cibule (1,3 – 3,3 mg/kg).

Výroba boru

Výroba amorfního boru se provádí metalotermickou redukcí oxidu boritého B2O3 kovovým sodíkem, hořčíkem nebo hliníkem:

B2O3 + 6Na → 2B + 3Na2O
B2O3 + 3Mg → 2B + 3MgO
B2O3 + 2Al → 2B + Al2O3

Surový amorfní bor se zbavuje nečistot varem se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou nebo promýváním kyselinou fluorovodíkovou.

Výroba krystalického boru se provádí redukcí bromidu boritého BBr3 vodíkem při teplotě přes 1200°C nebo redukcí chloridu boritého BCl3 zinkem za teploty 900°C. Velmi čistý bor je možné připravit termickým rozkladem jodidu boritého BI3 při teplotě 1000°C na elektricky žhaveném wolframovém vlákně (van Arkelova a de Boerova metoda) nebo redukcí chloridu boritého vodíkem působením vysokofrekvenčního elektrického výboje (Hackspillova metoda):

2BBr3 + 3H2 → 2B + 6HBr
2BCl3 + 3Zn → 2B + 3ZnCl2
2BI3 → 2B + 3I2

Mezi další způsoby výroby boru patří termický rozklad boranů a tavná elektrolýza fluoroboritanů.

Praktické využití

Krystalický bor, se pro svou vysokou tvrdost používá jako složka brusných směsí a jako přísada ocelí zlepšuje jejich kalitelnost. Zvláštní význam má bor ve sklářském průmyslu (boritá a další speciální skla). Bor je také důležitým legujícím prvkem při přípravě řady slitin hliníku. Jeho přídavkem se podstatně zjemňuje struktura slitin a zvyšuje schopnost hliníku zachytávat neutrony, přídavek boru současně zvyšuje elektrickou vodivost čistého hliníku.

Boridy TiB2, CrB2, ZrB2 se používají k výrobě ochranných vrstev na tepelně namáhané součásti proudových a raketových motorů. Extrémně tvrdý karbid B4C, nitrid BN a suboxid B6O se používají jako brusiva a pro výrobu obráběcích nástrojů. Kyselina boritá se jako konzervant E 284 používá ke konzervaci kaviáru a jako baktericidní přísada do lubrikačních gelů. Fluorid boritý BF3 se používá jako kyselý katalyzátor iontových polymerací alkenů, jako tavidlo při pájení hořčíku, jako detektor neutronů a jako velmi silná Lewisova kyselina nachází značné využití v organické chemii. Chlorid boritý BCl3 a dichlorid boritý B2Cl4 nacházejí využití v organických syntézách. Hydridoboritan lithný LiBH4 je důležitým redukčním činidlem v organické chemii, boritan sodný peroxohydrát trihydrát NaBO2·H2O2·3H2O se jako bělilo používá k výrobě pracích a kosmetických prostředků. Extrémně silná kyselina tetrafluoroboritá HBF4 se využívá v laboratorní praxi. Dusičnan boritý B(NO3)3 je dezinfekčním činidlem ve sprejích. Fosforečnan boritý BPO4 nachází široké uplatnění jako základní činidlo při laboratorní přípravě celé řady fosfátů kovů a je katalyzátorem dehydrogenačních reakcí. Sulfid boritý B2S3 se používá při výrobě speciálních skel. Diboran B2H6 se používá při výrobě polovodičů jako dopant typu p.

Zdroje

beryllium ← bor → uhlík