Egenskaper, historie, produksjon og bruk av Bor

Bor er et ekstremt hardt og varmebestandig halvmetall som finnes i forskjellige former. Det er mye brukt i forbindelser for å lage alt fra blekemidler og glass til halvledere og landbruksgjødsel.

Egenskapene til bor er:

• Atomsymbol: B
• Atomnummer: 5
• Elementkategori: Metalloid
• Tetthet: 2,08 g / cm3
• Smeltepunkt: 3769 F (2076 C)
• Kokepunkt: 7101 F (3927 C)
• Moh's Hardness: ~ 9.5

Elementærbor er et allotropisk halvmetall, noe som betyr at selve elementet kan eksistere i forskjellige former, hver med sine fysiske og kjemiske egenskaper. I likhet med andre halvmetaller (eller metalloider) er noen av materialets egenskaper metalliske i naturen, mens andre ligner mer på ikke-metaller.

Bor med høy renhet eksisterer enten som et amorft mørkebrunt til svart pulver eller som et mørkt, skinnende og sprøtt krystallinsk metall.

Bor er ekstremt hard og motstandsdyktig mot varme, er en dårlig leder av elektrisitet ved lave temperaturer, men dette endrer seg når temperaturene stiger. Mens krystallinsk bor er veldig stabilt og ikke reaktivt med syrer, oksiderer den amorfe versjonen sakte i luft og kan reagere voldsomt i syre.

I krystallinsk form er bor den nest hardeste av alle elementer (bak bare karbon i diamantform) og har en av de høyeste smeltetemperaturene. På lik linje med karbon, som tidlige forskere ofte tok feil av elementet, danner bor stabile kovalente bindinger som gjør det vanskelig å isolere.

Element nummer fem har også muligheten til å absorbere et stort antall nøytroner, noe som gjør det til et ideelt materiale for kjernefysiske styrestenger.

Nyere forskning har vist at når superkjølet, bor danner ennå en helt annen atomstruktur som gjør at den kan fungere som en superleder.

Mens oppdagelsen av bor tilskrives både franske og engelske kjemikere som forsker på borate mineraler på begynnelsen av 1800-tallet antas det at en ren prøve av elementet ikke ble produsert til 1909.

Bormineraler (ofte omtalt som borater) hadde imidlertid allerede blitt brukt av mennesker i århundrer. Den første registrerte bruken av boraks (naturlig forekommende natriumborat) var av arabiske gullsmedere som brukte forbindelsen som en flux for å rense gull og sølv på 800-tallet A.D.

Glasurer på kinesisk keramikk som stammer fra det 3. og 10. århundre A.D. har også vist seg å gjøre bruk av den naturlig forekommende forbindelse.

Oppfinnelsen av termisk stabilt borosilikatglass på slutten av 1800-tallet ga en ny kilde til etterspørsel etter boratmineraler. Ved å benytte seg av denne teknologien introduserte Corning Glass Works Pyrex glass kokekar i 1915.

I etterkrigsårene vokste borapplikasjoner til å omfatte et stadig større utvalg av bransjer. Bornitrid begynte å bli brukt i japansk kosmetikk, og i 1951 ble det utviklet en produksjonsmetode for borfibre. De første atomreaktorene, som kom på nettet i løpet av denne perioden, benyttet seg også av bor i kontrollstavene.

I umiddelbar kjølvannet av kjernekatastrofen i Tsjernobyl i 1986 ble 40 tonn borforbindelser dumpet på reaktoren for å hjelpe til med å kontrollere frigjøring av radionuklider.

På begynnelsen av 1980-tallet skapte utviklingen av høye styrke permanente sjeldne jordmagneter ytterligere et stort nytt marked for elementet. Over 70 tonn neodymium-jern-bor (NdFeB) magneter produseres nå hvert år for bruk i alt fra elbiler til hodetelefoner.

På slutten av 1990-tallet begynte borstål å bli brukt i biler for å styrke strukturelle komponenter, for eksempel sikkerhetsstenger.

Selv om over 200 forskjellige typer boratmineraler finnes i jordskorpen, utgjør bare fire over 90 prosent av kommersiell ekstraksjon av bor og borforbindelser - tincal, kernite, colemanite og uleksitt.

For å produsere en relativt ren form av borpulver, blir boroksid som er til stede i mineralet oppvarmet med magnesium eller aluminiumfluks. Reduksjonen produserer elementært borpulver som er omtrent 92 prosent rent.

Rent bor kan produseres ved ytterligere reduksjon av borhalogenider med hydrogen ved temperaturer over 1500 ° C.

Bor med høy renhet, som er nødvendig for bruk i halvledere, kan fremstilles ved å spalte diboran ved høye temperaturer og dyrke enkeltkrystaller via sone-smelting eller Czolchralski-metoden.

Mens over seks millioner tonn borholdige mineraler utvinnes hvert år, er den store majoriteten av dette konsumert som boratsalter, så som borsyre og boroksyd, med svært lite omdannelse til elementært bor. Faktisk konsumeres bare rundt 15 tonn elementærbor hvert år.

Bruken av bor og borforbindelser er ekstremt bred. Noen anslår at det er over 300 forskjellige sluttbruk av elementet i dets forskjellige former.

De fem viktigste bruksområdene er:

• Glass (f.eks. Termisk stabilt borosilikatglass)
• Keramikk (f.eks. Flisglasurer)
• Landbruk (f.eks. Borsyre i flytende gjødsel).
• Vaskemidler (f.eks. Natriumperborat i vaskemiddel)
• Blekemidler (f.eks. Husholdnings- og industrielle flekkerfjerner)

Selv om metallisk bor har svært få bruksområder, er elementet høyt verdsatt i en rekke metallurgiske anvendelser. Ved å fjerne karbon og andre urenheter når det binder seg til jern, kan en liten mengde bor - bare noen få deler per million - tilsett stål, gjøre det fire ganger sterkere enn det gjennomsnittlige høyfast stål.

Elementets evne til å oppløse og fjerne metalloksydfilm gjør det også ideelt for sveiseflukser. Bortriklorid fjerner nitrider, karbider og oksyd fra smeltet metall. Som et resultat blir bortriklorid brukt til fremstilling aluminium, magnesium, sink og kobberlegeringer.

Ved pulvermetallurgi øker tilstedeværelsen av metallborider konduktivitet og mekanisk styrke. I jernholdige produkter øker deres eksistens korrosjonsbestandighet og hardhet mens de er i titanlegeringer brukt i jetrammer og turbinedeler borider øker den mekaniske styrken.

Borfibre, som er laget ved å avsette hydridelementet på wolframtråd, er sterke, lette konstruksjonsmateriale egnet for bruk i romfartsapplikasjoner, så vel som golfklubber og høy strekkfasthet teip.

Inkludering av bor i NdFeB-magnet er avgjørende for funksjonen til permanente magneter med høy styrke som brukes i vindturbiner, elektriske motorer og et bredt spekter av elektronikk.

Borons proklivitet mot nøytronabsorbering gjør at den kan brukes i kjernefysiske styrestenger, strålingsskjold og nøytrondetektorer.

Til slutt brukes borkarbid, det tredje vanskeligste kjente stoffet, til fremstilling av forskjellige rustninger og skuddsikre vester, så vel som slipemidler og slitedeler.