Периодическая система элементов Менделеева - Бор

Несмотря на давнее знакомство человека с соединениями бора, в более или менее чистом виде элемент был получен профессорами знаменитой французской Сорбонны Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром лишь в 1808 году. Они прокалили борную кислоту, а ангидрид восстановили калием и объявили об открытии нового элемента. Несколько месяцев спустя Гемфри Дэви получил его при электролизе расплавленного борного ангидрида. В конце XIX века Анри Мауссан доказал, что Гей-Люссак, Тенар и Дэви получили продукт, в котором примерно одну треть составляли всевозможные примеси. В свою очередь ученый предложил магнийтермический способ, но и он давал чистоту не более 90 процентов. В 1858 году Фридрих Вёлер и Анри Этьен Сент-Клер Девиль установили, что бор существует в двух модификациях: кристаллической — алмазопо-добной и аморфной — похожей на графит. Но в 1876 году немецкий химик В. Гампе опубликовал статью, где утверждал, что алмазоподобная модификация бора — сплав AlB₁₂. Через несколько лет К. Жоли разгадал состав графитоподобного бора — B₄₈C₂Al. Формулы Гампе и Жоли вызвали переполох в ученом мире. Еще бы! Классическая теория валентности была посрамлена. Но ведь тогда не знали, что атомы бора образуют не только ионные, но и ковалент-ные связи, что атомы бора могут соединяться в цепочки, образовывать сетчатые структуры. Все это было открыто и доказано много позже. А пока...

В 1909 году американец Э. Вайнтрауб восстановил хлорид бора на электрической дуге и получил металл, где примесей было не более процента. Он описал свойства полученного бора, важнейшие константы. Опыты Вайнтрауба были проверены целой группой ученых. И что же? Разброс полученных данных был так велик, что вопрос о свойствах элементарного бора остался открытым. Даже сейчас сведения о поведении и «внешности» чистого металла довольно противоречивы. Не установлены достоверно, скажем, температура плавления и кипения.

Из сказанного ясно, что чистота металла имеет исключительное значение для описания его свойств.

По своему химическому «темпераменту» бор не уступает углероду, хотя и менее «уравновешен». Он питает особые «симпатии» к так называемым электроотрицательным элементам (кислород, хлор и другие), а с остальными ведет себя «заносчиво».

Несмотря на сложность получения относительно чистого металла, элемент № 5 имеет определенные заслуги перед техническим прогрессом. Из бора делают регулирующие стержни в атомных реакторах с медленными нейтронами. Широко используется он и в счетчиках для обнаружения и регистрации нейтронных излучений.

Все шире применяется элемент № 5 в металлургии. Мизерные (5-10~⁴ процента) добавки его к стали увеличивают глубину ее закалки, а следовательно, и прочность. Вместе с этим применяется и насыщение бором поверхностного слоя стальных изделий, после чего они становятся коррозионно-устойчивыми. Технологию борирования разработал в 1915 году русский ученый Н. П. Чижевский. При выплавке меди бор лучше всех очищает ее от растворенных газов.

Полимерный карбид бора (В₁₂С₃), который впервые получил А. Муассан, применяется для обработки твердых сплавов, ибо по твердости он приближается к алмазу. С повышением температуры свойства материала не изменяются. Это объясняется полимерным строением молекулы. С помощью современных методов анализа доказано, что формула карбида бора выглядит так: (В₁₂С₃)_n. Связи между атомами— ковалентные — самые прочные из всех химических связей. Карбид бора начинает размягчаться лишь при температуре 2250 градусов.

Большой интерес представляет соединение бора с азотом — белый графит. Его используют качестве твердой высокотемпературной смазки. При температуре 1400 градусов и давлении 60 тысяч атмосфер происходит перестройка структуры молекул белого графита. Образующиеся при этом мелкие невзрачные кристаллы могут царапать алмаз. Это боразон. Он более термостоек, чем алмаз (разлагается около 2000 градусов, а алмаз — при 850), и менее хрупок.

Соединения бора с водородом были открыты еще в 1881 году. Бороводороды (бораны) нестойки, ядовиты и на первый взгляд странно построены: В₂Н₆, В₄Н₁₀, B₅H₉, В₁₀Н₁₄. Строение некоторых боранов можно объяснить образованием полимерных цепочек. Но в этом случае им следовало быть более стабильными. Так в чем же дело?

Картина стала проясняться гораздо позже. Толчок дали военные ведомства. Они обратили внимание на то, что теплота сгорания бора (14170 ккал/кг) вдвое выше, чем углерода. То есть замена привычного углеводородного топлива бороводородным должна дать колоссальный эффект. Вес и габариты летательных аппаратов уменьшатся, а скорость и полезная нагрузка увеличатся. Видимо, это дело будущего. И вот почему. При сгорании-углеводородов образуются газообразные продукты: диоксид углерода и вода. Иначе обстоит дело с бороводородами. Кроме воды в реакции образуется твердый борный ангидрид, который может забить сопло, и тогда произойдет взрыв. Необходимо найти стабилизаторы для нового топлива и способы избавления от оксида бора. Производные бороводородов, в которых атомы водорода заменены на органические радикалы, применяются, и успешно. Правда, теплота сгорания у них меньше, но они менее ядовиты и более стабильны.

Соединения бора используются для получения высококачественного стекла. Эмали и глазури, которыми покрываются фаянсовые и фарфоровые сервизы, приготовлены с их участием. В медицине бура и борная кислота применяются в качестве дезинфицирующих средств. Антисептиками, содержащими элемент № 5, пропитывают древесину для защиты ее от гниения, придания ей огнестойкости. В текстильной промышленности бурой закрепляют протравы на тканях и отбеливают их. Бор содержат некоторые краски и лаки, улучшающие вид обуви и продлевающие срок ее службы. Бор используется при вулканизации изделий из каучука, где он в 6—8 раз эффективнее серы.

Велика роль бора и в жизни растений. Он помогает им накапливать хлорофилл в листьях. Ничтожная порция этого элемента предохраняет свеклу от болезни, именуемой «гнилью сердечка». Выяснилось также, что при нехватке бора однодольные злаки не дают семян.

Ученые давно уже пытаются выявить роль элемента № 5 в жизни растений. Однако их эксперименты долго не давали нужных результатов. Дело в том, что бор не входит в состав ферментов зеленых организмов, подобно цинку, меди, кобальту, йоду или молибдену. Поэтому механизм его действия не проявляется явно. Лишь в последнее время наметились обнадеживающие сдвиги. Ленинградский профессор М. Школьник, например, заметил, что при недостатке элемента № 5 ростки подсолнечника отмирают, едва появившись из семечка. Серией тончайших опытов он выявил такую закономерность: если в почве мало бора, то фермент, окисляющий в растениях фенолы, становится чересчур активным, делая их весьма токсичными. Они-то и губят ростки. Значит, подкармливая подсолнечник бором, можно получать устойчивые урожаи маслосемян. Прекрасно он действует и на морковь, люцерну, клевер, капусту, томаты, лен.

Многие поля Нечерноземья нуждаются в известковании. Таким путем снижается вредная для многих сельскохозяйственных культур кислотность в почве. Но при этом известь «связывает» бор. Как же быть? Специалисты нашли выход:

известкованию должно обязательно сопутствовать удобрение бором.

Как уже говорилось, соединения бора известны людям давно. О них, в частности, упоминают легендарный Джабир-ибн-Хайям и другие арабские алхимики. Оттуда ведет свое происхождение и название элемента («борак» по-арабски означает «блестеть»).

Несколько слов о распространенности элемента № 5 в земных недрах. О боре не скажешь, что он рассеян по белу свету, как рубидий, или редок, как гафний или лютеций. 3 10^-4 весового процента приходится на долю его атомов. Число, выражающее запасы бора в тоннах, выглядит еще солиднее. Судите сами: бора в 250 раз больше, чем серебра.