Бор B впервые выделен в свободном виде в 1808 году (Гей-Люссак и Тенар, Франция) путем восстановления оксида бора калием (продукт получился сильно загрязненным). Чистый кристаллический бор получен только в начале XX века.

Распространение бора в природе. Бор – относительно редкий элемент. Находится только в химически связанном виде. Гидроксид бора содержится в воде некоторых минеральных вулканических источников.

Минералы бора: Борацит (стассфуртит) Mg₃(B₇O₁₃)Cl; Тинкал (бура) Na₂B₄O₇*10H₂O; Кернит Na₂B₄O₇*4H₂O; Сассолин B(OH)₃.

Обнаружение бора. По зеленому окрашиванию пламени при горени алкилборатов.

Физиологическое действие бора. Бор – необходимый высшим растениям микроэлемент; недостаток бора вызывает сухое гниение многих корнеплодов.

Получение бора.

1. Восстановление B₂O₃ с помощью магния или алюминия.
2. Электролиз расплава смеси K[BF₄] + B(OH)₃ + KCl.

Свойства бора. Существует две формы бора: аморфный бор и кристаллический бор.

Аморфный бор – это коричневый порошок, не имеющий запаха. Сгорает на воздухе при температуре выше 700*С до B₂O₃. С водой не реагирует. Окисляется концентрированной азотной кислотой:

B + HNO₃ = H(OH)₃ + 3NO₂

Кристаллический бор образует очень твердые, серо-черные, блестящие кристаллы. Химически более инертен, чем аморфный бор.

Применение бора. Ферробор (сплав железа с 10-20% бора) используется для получения специальных сплавов и борирования поверхности стальных изделий с целью повышения их механической прочности и коррозионной стойкости.

Соединения бора

Гидроксид бора B(OH)₃ (борная кислота H₃BO₃)

Формулу H₃BO₃ и соответственно название “борная кислота” применять не рекомендуется, поскольку все три атома водорода молекулы B(OH)₃ не являются кислотными, т.е. молекулы B(OH)₃ не подвергаются кислотной диссоциации по Аррениусу или кислотному протолизу по Бренстеду.

Обнаружение гидроксида бора. Переводят гидроксид бора (или любые бораты) по реакции с этанолом и серной кислотой в триэтилборат B(OC₂H₂)₃, который при горении дает характерное пламя, окрашенное в зеленый цвет.

Физиологическое действие гидроксида бора (борной кислоты). Доза в 5 грамм B(OH)₃ может привести к смерти человека; очень малые дозы, периодически вводимые в организм, вызывают сильное исхудание.

Получение гидроксида бора. Гидроксид бора получают обработкой серной кислотой тетрабората натрия:

Na₂B₄O₇ + H₂SO₄ + 5H₂O = 4B(OH)₃ + Na₂SO₄

Свойства гидроксида бора. Гидроксид бора – белые, не имеющие запаха чешуйки. Очень мало растворим в холодной воде, лучше растворяется в горячей воде. Водный раствор имеет слабокислую реакцию вследствие протекания обратимой реакции с образованием устойчивого комплекса – иона тетрагидроксоборат(III)

B(OH)₃ + H₂O ⇄ [B(OH)₄]^– + H⁺; H⁺ + H₂O = H₃O⁺

Применение гидроксида бора. Наружное дезинфицирующее средство (борная вода, борная мазь). Используется для получения эмалей и устойчивых к перепаду температур сортов стекла, например йенского стекла, как буферная среда в никелевых электролитах, в качестве удобрения, поставляющего в почву бор.

Тетраборат натрия Na₂B₄O₇*10H₂O (бура) – белый кристаллический порошок. Умеренно растворим в холодной воде, очень хорошо растворим в горячей воде. При нагревании буры образуется безводный тетраборат натрия (температура плавления тетрабората натрия 878*С), в расплаве которого растворяются с химическим взаимодействием оксиды многих металлов.

Буру применяют как сырье для синтеза других соединений бора, при паянии и сваривании металлов, для получения глазурей, эмалей и специальных сортов стекла, в качестве микро-компонента в удобрениях.

Известны ортобораты Me₃BO₃ и полимерные метабораты (MeBO₂)_n.

Пероксоборат натрия NaBO(O₂)*4H₂O (NaBO₂*H₂O₂*3H₂O); первая формула отражает, что соль является пероксосоединением, а вторая формула показывает существование пероксида водорода в растворе этой соли. Установлено, что анион этой соли – ди(μ-пероксо)бис{дигидроксоборат(III)}-ион, имеет строение

и в водном растворе частично распадается с образованием пероксида водорода:

[B₂(O₂)₂(OH)₄]^2- + 4H₂O ⇄ 2[B(OH)₄]^– + 2H₂O

Пероксоборат натрия используется в качестве моющего и отбеливающего средства, действие основано на разложении пероксида водорода в горячей воде с выделением атомарного кислорода (“активный кислород”).

Тетрафторборат(III) водорода H[BF₄] – сильная кислота в водном растворе (тетрафторборатная кислота). Получают по реакции гидроксида бора с концентрированной фтороводородной кислотой (плавиковая кислота):

B(OH)₃ + 4HF = H[BF₄] + 3H₂O

Соли этой комплексной кислоты – тетрафторобораты(III) металлов обычно хорошо растворимы в воде, применяются в гальванотехнике для приготовления электролитов.

Бораны – бороводороды B_nH_n+4 и B_nH_n+6 (n от 2 до 20), например диборан(6) B₂H₆; пентаборан(9) B₅H₉; гексаборан(10) B₆H₁₀; декаборан(14) B₁₀H₁₄; тетраборан(10) B₄H₁₀; пентаборан(11) B₅H₁₁. Бораны – газообразные, жидкие и твердые вещества, имеющие неприятный запах. Быстро разлагаются на воздухе часто с воспламенением и реагируют с водой, выделяя водород, например:

B₂H₆ + 6H₂O = 2B(OH)₃ + 6H₂

Трифторид бора BF₃ – бесцветный газ со стойким запахом. Температура кипения трифторида бора -101*С.

Трихлорид бора BCl₃ – бесцветные жидкость или газ с температурой кипения +12*С. Сильно дымит во влажном воздухе вследствие протекания гидролиза:

BCl₃ + H₂O = B(OH)₃ (т) + 3HCl (газ)

Оксид бора B₂O₃ – белый гигроскопичный порошок или хрупкая стекловидная масса, температура плавления 577*С. Получается при сжигании бора на воздухе или при термическом обезвоживании гидроксида бора.

Боразин B₃H₆N₃, тривиальное название боразол, неорганический бензол; изоелектронен к бензолу и имеет одинаковое с ним строение:

Карбид бора (карбид тетрабора) B₄C – черные кристаллы с глянцевым блекском, по твердости приближается к алмазу. Температура плавления карбида бора 2350*С.

Нитрид бора BN существует в двух аллотропных формах: белый графит – мягкое как графит вещество; боразон – уступает по твердости только алмазу, окрашен в цвета от желтого до черного. Обе формы нитрида бора термически устойчивы, имеют температуру плавления около 3000*С. Нитрид бора химически инертен. Образуется нитрид бора при взаимодействии в условиях высокой температуры бора с азотом или бора с аммиаком.

Белый графит используется как высокоогнеупорный конструкционный материал в ракетостроении, а боразон – как абразив со сверхвысокой твердостью.

---