Vaate poolmetalli booni
Boor on äärmiselt kõvasti ja kuumakindel poolmetall, mida võib leida mitmesugustes vormides ja mida kasutatakse laialdaselt ühendites, et teha kõike alates pleegitajatest ja klaasist kuni pooljuhtide ja põllumajanduslike väetisteni.
Boori omadused on:
- Aatomiabi: B
- Atomic Number: 5
- Element Kategooria: Metalloid
- Tihedus: 2,08 g / cm3
- Sulamispunkt: 3769 F (2076 C)
- Keemispunkt: 7101 F (3927 C)
- Mohi kõvadus: ~ 9,5
Boori omadused
Elementaarboor on allotroopne poolmetall, mis tähendab, et element ise võib eksisteerida erinevates vormides, millel on oma füüsikalised ja keemilised omadused. Ka nagu teised poolmetallid (või metalloidid), on mõned boori omadused metalli omadused, teised on enam mittemetallidega sarnased.
Kõrge puhtusastmega boor eksisteerib kas amorfse tumepruuni kuni musta pulbrina või tumedat, läikivat ja rabedat kristallilist metalli.
Väga raske ja kuumuse suhtes vastupidav, boor on madala temperatuuriga elektrijuhtmed, kuid see muutub temperatuuri tõustes. Kuigi kristalliline boor on väga stabiilne ja ei reageeri hapetega, amorfne versioon aeglaselt oksüdeerub õhus ja võib happes kiiresti reageerida.
Kristallilises vormis on boor teine kõige raskem kõikidest elementidest (ainult selle süsiniku teemantide kujul) ja sellel on üks kõrgemaid sulamistemperatuure. Sarnaselt süsinikuga, mille puhul varakult uurijad sageli elementi moonutanud, moodustab boor stabiilseid kovalentseid sidemeid, mis muudavad isoleerimise raskeks.
Elemendi number on ka võimeline absorbeerima suurt hulka neutroneid, muutes selle ideaalseks materjaliks tuumarelva kontrollvarraste jaoks.
Hiljutised uuringud on näidanud, et superhapustamisel moodustab boor veel täiesti erineva aatomi struktuuri, mis võimaldab seda toimida ülijuhina.
Boroni ajalugu
Kuigi boori avastamine on omistatud nii prantsuse kui ka inglise keemikutele, kes uurivad boraat-mineraale 19. sajandi alguses, arvatakse, et elemendi puhast valimit ei toodetud enne 1909. aastat.
Kuid ka boori mineraale (mida sageli nimetatakse ka boraatideks) kasutavad inimesed juba sajandeid. Esimesena registreeritud booraks (looduslikult esinev naatriumboraat) kasutasid araabia kullassepad, kes kasutasid seda ühendit kulda ja hõbedat puhastamaks 8. sajandil AD
Samuti on näidatud, et Hiina 3. sajandi sajandist kümnenda sajandi kreeka keraamikatest valmistatud klaasid kasutavad looduslikult esinevat ühendit.
Boori tänapäevased kasutusviisid
1800-ndate aastate lõpul oli termiliselt stabiilse boorsilikaatklaasi leiutis uued boraat-mineraalide nõudluse allikad. Selle tehnoloogia kasutamisel tutvustas Corning Glass Works 1915. aastal Pyrexi klaasist köögitarbeid.
Sõjajärgsete aastate jooksul kasvasid boori taotlused üha enam tööstusharude hulka. Jaapani kosmeetikatesse hakati kasutama boroonnitriidi, ja 1951. aastal töötati välja boorkiudude tootmismeetod. Esimesed tuumareaktorid, kes said sellel perioodil online-kanalit, kasutasid oma kontrollvarrastel ka boorit.
Tšernobõli tuumakatastroofi vahetult pärast 1986. aastat vabastati reaktorist 40 tonni boorühendit, et aidata kontrollida radionukliidi vabanemist.
1980-ndate aastate alguses tekitas kõrgtehnoloogiliste püsivate haruldaste muldmetallide magnetite väljatöötamine uue elemendi uue turu.
Praegu toodetakse igal aastal rohkem kui 70 tonni neodüüm-rauda-boori (NdFeB) magnetit, mida kasutatakse kõikjalt elektrisõidukitelt kõrvaklappidele.
1990-ndate aastate lõpus hakati boortterasest kasutama autosid, et tugevdada konstruktsioonielemente, nagu näiteks turvapadjad.
Boori valmistamine
Kuigi maapõõsas leidub enam kui 200 erinevat tüüpi boraat-mineraali, moodustavad neli enam kui 90 protsenti boori ja booriühendite kaubanduslikust ekstraheerimisest: tinkal, kerniit, kolemaniit ja uleksiit.
Booripulbri suhteliselt puhta vormi saamiseks mineraalses koguses booroksiidi kuumutatakse magneesium- või alumiiniumi vooluga. Taandamine tekitab elementaarse booripulbri, mis on ligikaudu 92 protsenti puhtast.
Puhta boori saab toota, täiendavalt redutseerides boorhalogeniide vesinikuga, temperatuuril üle 1500 ° C (2732 F).
Kõrge puhtusastmega boor, mida on vaja pooljuhtides kasutamiseks, võib valmistada diboraani lagunemisega kõrgel temperatuuril ja monokristallide kasvatamisega läbi vööndite sulamise või Czolchralski meetodi.
Boroni taotlused
Kuigi igal aastal kaevandatakse üle kuue miljoni tonni boori sisaldavaid mineraale, kasutatakse enamikku neist boraatsooladena nagu boorhape ja booroksiid ning väga vähe muudetakse elementaarbooriks. Tegelikult tarbitakse igal aastal ainult umbes 15 tonni elementaarbooni.
Boori ja boori ühendite laius on äärmiselt lai. Mõned arvavad, et elemendil on selle eri vormides üle 300 erineva lõppkasutuse.
Viis peamist kasutusala on:
- Klaas (nt termiliselt püsiv boorsilikaatklaas)
- Keraamika (nt keraamilised glasuurid)
- Põllumajandus (nt boorhape vedelates väetistes).
- Pesuainete (nt naatriumperboraat pesupesemisvahendis)
- Pleegid (nt majapidamis- ja tööstuslikud plekieemaldajad)
Boor metallurgiarakendused
Kuigi metalli booril on väga vähe kasutust, on element paljude metallurgiatööstuse jaoks kõrgelt hinnatud. Eemaldades süsinikust ja muudest lisanditest, mis seonduvad rauaga, on väike kogus boori, millest ainult mõned osad miljoni kohta terasele lisatakse, võib muuta neli korda tugevamad kui keskmine tugev tugev teras.
Elemendi võime lahustada ja eemaldada metalloksiidkile muudab selle ideaalselt ka keevitusvooluks. Boortrikloriid eemaldab sulametallist nitriidid, karbiidid ja oksiidid. Selle tulemusena kasutatakse boortrikloriidi alumiiniumi, magneesiumi, tsingi ja vasesulamite valmistamisel.
Pulbermetallurgias suurendab metallideboriidide sisaldus elektrijuhtivust ja mehaanilist tugevust. Mustmetallide toodetel on nende olemasolu suurendanud korrosioonikindlust ja kõvadust, samal ajal kui reaktiivraami ja turbiini osades kasutatavad titaaniulamid suurendavad mehaanilist tugevust.
Boori kiud, mis on valmistatud hüdriidi elemendi paigutamise teel volframtraat, on tugev, kerge konstruktsiooniline materjal, mis sobib kasutamiseks kosmosetehnoloogias, samuti golfikepid ja kõrge tõmbekangiga lint.
Boori lisamine NdFeB magnetse on kriitiline tuumaturbiinide, elektrimootorite ja laia elektroonikaseadmete puhul kasutatavate suure tugevusega püsimagnete puhul.
Bori kalduvus neutronide imendumise suunas võimaldab seda kasutada tuumakattematerjalides, kiirguskaablites ja neutronitetektorites.
Lõpuks kasutatakse boorkarbiidi, kolmandaks kõige raskemat tuntud ainet, erinevate armorite ja kuulikindlate vestide valmistamisel, samuti abrasiivmaterjalide ja kulumaterjalide tootmisel.
Allikad:
Chemicool. Boor
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS Mineraalide teave. Boor
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/