Yarı metal boruna bir bakış
Bor, çeşitli şekillerde bulunabilen son derece sert ve ısıya dayanıklı bir yarı metaldir ve ağartıcılar ve camdan yarı iletkenlere ve tarımsal gübrelere kadar her şeyi yapmak için bileşiklerde yaygın olarak kullanılır.
Borun özellikleri:
- Atomik Sembol: B
- Atom Numarası: 5
- Eleman kategorisi: Metalloid
- Yoğunluğu: 2.08g / cm3
- Erime Noktası: 3769 F (2076 C)
- Kaynama Noktası: 7101 F (3927 C)
- Moh Sertliği: ~ 9.5
Borun Özellikleri
Elemental bor, allotropik bir yarı metaldir, yani elementin her biri kendi fiziksel ve kimyasal özelliklerine sahip farklı formlarda mevcut olabilir. Ayrıca, diğer yarı metaller (veya metaloitler) gibi, borun bazı özellikleri doğada metaliktir, diğerleri ise metal olmayanlara daha benzerdir.
Yüksek saflıkta boron, ya amorf bir koyu kahverengiden siyah bir toz ya da koyu, parlak ve kırılgan bir kristal metaldir.
Son derece sert ve ısıya karşı dayanıklı olan bor, düşük sıcaklıklarda zayıf bir elektrik iletkenidir, ancak bu sıcaklık yükseldikçe değişir. Kristalin bor çok kararlı ve asitlerle tepkimeye girmezken, amorf versiyonu havada yavaşça oksitlenir ve asitle şiddetli reaksiyona girebilir.
Kristal formda, bor tüm elementlerin en zor ikinci kısmıdır (sadece elmas formunda karbonun arkasında) ve en yüksek eriyik sıcaklıklarından birine sahiptir. İlk araştırmacıların sıklıkla öğeyi yanlış yönlendirdiği karbona benzer şekilde, bor, yalıtılmasını zorlaştıran sabit kovalent bağlar oluşturur.
Beş numaralı eleman da, çok sayıda nötronu absorbe etme yeteneğine sahiptir ve bu onu nükleer kontrol çubukları için ideal bir malzeme haline getirir.
Son zamanlarda yapılan araştırmalar, süper-soğutulmuş borun, bir süperiletken olarak hareket etmesine izin veren tamamen farklı bir atomik yapı oluşturduğunu göstermiştir.
Bor Geçmişi
Bor keşfi, 19. yüzyılın başlarında borat minerallerini araştıran Fransız ve İngiliz kimyacılara atfedilirken, 1909'a kadar elementin saf bir örneğinin üretilmediğine inanılmaktadır.
Bununla birlikte, bor mineralleri (genellikle boratlar olarak anılır), yüzyıllar boyunca insanlar tarafından zaten kullanılmıştı. Boraksın ilk kaydedilen kullanımı (doğal olarak meydana gelen sodyum borat), 8. yüzyılda altın ve gümüşü saflaştırmak için bileşiği bir akı olarak kullanan Arap kuyumcular tarafından yapıldı.
3. ve 10. yüzyıllar arasında kalan Çin seramikleri üzerindeki sırların da doğal olarak oluşan bileşiği kullandıkları gösterilmiştir.
Borun Modern Kullanımları
Termal olarak kararlı borosilikat camın 1800'lü yılların sonundaki buluşu, borat mineralleri için yeni bir talep kaynağı sağlamıştır. Bu teknolojiden yararlanan Corning Glass Works, 1915 yılında Pyrex cam tencere ürünlerini tanıttı.
Savaş sonrası yıllarda, bor uygulamaları sürekli genişleyen bir endüstri yelpazesini kapsayacak şekilde büyüdü. Bor nitrat, Japon kozmetiklerinde kullanılmaya başlandı ve 1951'de bor elyafı için bir üretim yöntemi geliştirildi. Bu dönemde çevrim içi olan ilk nükleer reaktörler de kontrol çubuklarında bor kullanımı sağladı.
1986 yılında Çernobil nükleer felaketinin hemen ardından, radyonüklid salınımını kontrol altına almak için 40 ton bor bileşiği reaktöre boşaltılmıştır.
1980'lerin başında, yüksek mukavemetli kalıcı nadir toprak mıknatıslarının geliştirilmesi, element için büyük bir yeni pazar yarattı.
Artık her yıl elektrikli otomobillerden kulaklıklara kadar her kullanımda 70 metrik ton neodim demir-bor (NdFeB) mıknatıs üretiliyor.
1990'ların sonlarında, güvenlik çubukları gibi yapısal bileşenleri güçlendirmek için otomobillerde bor çeliği kullanılmaya başlandı.
Bor üretimi
Yerkabuğunda 200'den fazla farklı borat minerali olmasına rağmen, sadece dört tanesi bor ve bor bileşiklerinin ticari ekstraksiyonunun yüzde 90'ından fazlasını oluşturmaktadır: tincal, kernit, kolemanit ve uleksit.
Nispeten saf bir bor tozu formunu elde etmek için, mineralde bulunan bor oksidi magnezyum veya alüminyum akı ile ısıtılır. İndirgeme kabaca yüzde 92 oranında saf olan elementer bor tozunu üretir.
Saf bor, hidrojen halojenürlerin 1500 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda (2732 F) daha fazla indirgenmesiyle üretilebilir.
Yarı iletkenlerde kullanım için gerekli olan yüksek saflıkta bor, diboranın yüksek sıcaklıklarda ayrıştırılması ve zona erime veya Czolchralski yöntemi ile tek kristallerin büyütülmesiyle yapılabilir.
Bor için başvurular
Her yıl altı milyon mt'dan fazla bor içeren mineraller çıkarılırken, bunların büyük çoğunluğu borik asit ve bor oksiti gibi borat tuzları olarak tüketilmekte ve çok azı elementel bora dönüştürülmektedir. Aslında, her yıl sadece yaklaşık 15 metrik ton elementel bor tüketiliyor.
Bor ve bor bileşiklerinin kullanım genişliği son derece geniştir. Bazıları, elementin çeşitli şekillerde 300'den fazla farklı son kullanımının olduğunu tahmin ediyor.
Beş ana kullanım alanı:
- Cam (örn. Termal olarak kararlı borosilikat cam)
- Seramikler (örn. Karolu sırlar)
- Tarım (örneğin sıvı gübrelerde borik asit).
- Deterjanlar (örneğin çamaşır deterjanda sodyum perborat)
- Ağartıcılar (örneğin ev ve endüstriyel leke çıkarıcılar)
Bor Metalurjik Uygulamalar
Metalik borun çok az kullanımı olmasına rağmen, element bir dizi metalurjik uygulamada oldukça değerlidir. Karbon ve diğer safsızlıkları demire bağlarken ortadan kaldırarak, çeliğe eklenen az miktarda bor - sadece milyonda birkaç parça - çeliğe ortalama yüksek mukavemetli çelikten dört kat daha güçlü olabilir.
Elementin metal oksit filmi çözme ve çıkarma özelliği, kaynak akışında da ideal olmasını sağlar. Bor triklorür, eriyik metalden nitritleri, karbürleri ve oksidi giderir. Sonuç olarak, bor triklorür alüminyum, magnezyum, çinko ve bakır alaşımlarının yapımında kullanılır.
Toz metalurjisinde metal boritlerin varlığı iletkenliği ve mekanik mukavemeti arttırır. Demir ürünlerinde, bunların varlığı korozyon direncini ve sertliğini arttırırken, jet çerçevelerinde ve türbin parça borusunda kullanılan titanyum alaşımlarında mekanik mukavemeti arttırır.
Hidrit elemanının tungsten tel üzerine yerleştirilmesiyle elde edilen bor fiberleri, havacılık uygulamalarında ve ayrıca golf kulüpleri ve yüksek gerilimli bantlarda kullanım için uygun güçlü, hafif yapısal malzemelerdir.
Borun NdFeB mıknatısına dahil edilmesi, rüzgar türbinlerinde, elektrik motorlarında ve çok çeşitli elektronikte kullanılan yüksek mukavemetli kalıcı mıknatısların fonksiyonu için kritik öneme sahiptir.
Bor'un nötron emmeye karşı eğilimi, bunun nükleer kontrol çubuklarında, radyasyon kalkanlarında ve nötron dedektörlerinde kullanılmasına izin verir.
Son olarak, en zor bilinen üçüncü madde olan bor karbür, çeşitli zırh ve kurşun geçirmez yeleklerin yanı sıra aşındırıcı ve aşınan parçaların üretiminde kullanılmaktadır.
Kaynaklar:
Chemicool. Bor
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Mineraller Bilgisi. Bor
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/