En titt på halvmetallboret
Bor er et ekstremt hardt og varmebestandig halvmetall som kan finnes i en rekke former og brukes mye i forbindelser for å gjøre alt fra blekemidler og glass til halvledere og landbruksgjødsel.
Egenskapene til bor er:
- Atomisk symbol: B
- Atomisk nummer: 5
- Element Kategori: Metalloid
- Tetthet: 2,08g / cm3
- Smeltepunkt: 3769 F (2076 C)
- Kokepunkt: 7101 F (3927 C)
- Mohs hardhet: ~ 9,5
Kjennetegn ved bor
Elementært bor er et allotropisk semi-metall, noe som betyr at selve elementet kan eksistere i forskjellige former, hver med sine egne fysiske og kjemiske egenskaper. Også, som andre semi-metaller (eller metalloider), er noen av borens egenskaper metalliske i naturen, mens andre ligner ikke-metaller.
Bor med høy renhet eksisterer enten som en amorf mørkbrun til svart pulver eller et mørkt, glatt og sprøtt krystallinsk metall.
Ekstremt hardt og motstandsdyktig mot varme, er bor en dårlig strømleder ved lave temperaturer, men dette endres når temperaturen stiger. Mens krystallinsk bor er veldig stabilt og ikke reaktivt med syrer, oxiderer den amorfe versjonen sakte langsomt i luft og kan reagere voldsomt i syre.
I krystallinsk form er bor det nest vanskeligste av alle elementene (bak bare karbon i sin diamantform) og har en av de høyeste smelttemperaturene. I likhet med karbon, for hvilke tidlige forskere ofte mistet elementet, dannes bore 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 nukleare kontrollstenger.
Nylig forskning har vist at når det er superkjølt, danner bor ennå en helt annen atomstruktur som gjør at den kan fungere som en superleder.
Historie av Bor
Mens oppdagelsen av bor tilskrives både franske og engelske kjemikere som undersøker boratmineraler i begynnelsen av 1800-tallet, antas det at en ren prøve av elementet ikke ble produsert før 1909.
Bore mineraler (ofte referert til som borater), hadde imidlertid allerede blitt brukt av mennesker i århundrer. Den første registrerte bruken av boraks (naturlig forekommende natriumborat) var av arabiske gullsmed som brukte forbindelsen som en fluss for å rense gull og sølv i det 8. århundre e.Kr.
Glasur på kinesisk keramikk dateres mellom 3. og 10. århundre e.Kr. har også vist seg å benytte seg av den naturlig forekommende forbindelsen.
Moderne bruksområder av bor
Oppfinnelsen av termisk stabilt borosilikatglass i slutten av 1800-tallet ga en ny kilde til etterspørsel etter boratmineraler. Ved bruk av denne teknologien introduserte Corning Glass Works Pyrex glass kokekar i 1915.
I etterkrigsårene vokste bruksområder for bor for å inkludere et stadig større utvalg av næringer. Boringnitrid begynte å bli brukt i japanske kosmetikk, og i 1951 ble det utviklet en produksjonsmetode for borfibre. De første atomreaktorer, som kom på nettet i løpet av denne perioden, benyttet også bor i styrestangene.
I umiddelbar etterspørsel etter atomkjernen i Tjernobyl i 1986 ble 40 tonn boreforbindelser dumpet på reaktoren for å bidra til å kontrollere frigjøring av radionuklid.
I begynnelsen av 1980-tallet utviklet utviklingen av permanentstyrte, sjeldne jordmagneter ytterligere et stort nytt marked for elementet.
Over 70 metriske tonn magneter av neodym-jern-bore (NdFeB) produseres nå hvert år for bruk i alt fra elektriske biler til hodetelefoner.
På slutten av 1990-tallet begynte borstål å bli brukt i biler for å styrke strukturelle komponenter, for eksempel sikkerhetsstenger.
Produksjon av bor
Selv om over 200 forskjellige typer boratmineraler finnes i jordskorpen, utgjør bare fire over 90 prosent av kommersiell utvinning av bor og borforbindelser: tinkal, kjerne, colemanitt og ulexitt.
For å produsere en relativt ren form for borepulver, oppvarmes boroksid som er tilstede i mineralet med magnesium eller aluminiumflux. Reduksjonen produserer elementært borepulver som er omtrent 92 prosent rent.
Rent bor kan produseres ved ytterligere å redusere borhalogenider med hydrogen ved temperaturer over 1500 C (2732 F).
Høyrenhetsbor, som er nødvendig for bruk i halvledere, kan fremstilles ved å dekomponere diboran ved høye temperaturer og voksende enkeltkrystaller via sonesmelting eller Czolchralski-metoden.
Søknader for Bor
Mens mer enn seks millioner metriske tonn boreholdige mineraler blir utvannet hvert år, forbrukes det meste av dette som boratsalter, slik som borsyre og boroksid, med svært lite å bli omdannet til elementært bor. Faktisk konsumeres kun ca 15 tonn elementært bor hvert år.
Bredden av bruk av bor og borforbindelser er ekstremt bred. Noen anslår at det er over 300 forskjellige sluttbruk av elementet i ulike former.
De fem viktigste bruksområdene er:
- Glass (f.eks. Termisk stabilt borosilikatglass)
- Keramikk (f. Eks. Fliser)
- Landbruk (f.eks. Borsyre i flytende gjødsel).
- Vaskemidler (f.eks. Natriumperborat i vaskemiddel)
- Bleacher (f.eks. Husholdnings-og industrielle flekkfjernere)
Bor metallurgiske applikasjoner
Selv om metallbore har svært få anvendelser, er elementet høyt verdsatt i en rekke metallurgiske applikasjoner. Ved å fjerne karbon og andre urenheter som det knytter seg til jern, kan en liten mengde av bor bare noen få deler per million tilsatt til stål gjøre den fire ganger sterkere enn det gjennomsnittlige høystyrken stål.
Elementets evne til å oppløse og fjerne metalloksidfilm gjør det også ideelt for sveisefluss. Bortriklorid fjerner nitrider, karbider og oksid fra smeltet metall. Som et resultat benyttes bortriklorid ved fremstilling av aluminium, magnesium, sink og kobberlegeringer.
Ved pulvermetallurgi øker nærværet av metallborider ledningsevne og mekanisk styrke. I jernholdige produkter øker deres eksistens korrosjonsbestandighet og hardhet, mens i titanlegeringer som brukes i strålerammer og turbindeler, øker borider mekanisk styrke.
Borfibre, som er laget ved å deponere hydridelementet på wolframtråd, er sterke, lette strukturelle materialer som er egnet for bruk i luftfartssystemer, samt golfklubber og høyspenningsbånd.
Inkluderingen av bor i NdFeB-magnet er avgjørende for funksjonen av høyfaste permanente magneter som brukes i vindturbiner, elektriske motorer og et bredt spekter av elektronikk.
Borens proclivity mot nøytronabsorberende gjør at den kan brukes i nukleare kontrollstenger, strålingsskjerm og neutrondetektorer.
Endelig brukes borkarbid, det tredje hardest kjente stoffet, til fremstilling av forskjellige rustninger og kuletette vester samt slipemidler og slitedeler.
kilder:
Chemicool. Boron
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Mineraler Informasjon. Boron
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/