En titt på halvmetallborret
Bor är en extremt hård och värmebeständig halvmetall som finns i olika former och används ofta i föreningar för att göra allt från blekmedel och glas till halvledare och jordbruksgödselmedel.
Egenskaperna av bor är:
- Atomsymbol: B
- Atomnummer: 5
- Element Kategori: Metalloid
- Densitet: 2,08 g / cm3
- Smältpunkt: 3769 F (2076 ° C)
- Kokpunkt: 7101 F (3927 C)
- Mohs hårdhet: ~ 9,5
Karakteristik av bor
Elementärt bor är en allotropisk semimetall, vilket innebär att elementet i sig kan existera i olika former, var och en med egna fysikaliska och kemiska egenskaper. Liksom andra halvmetaller (eller metalloider) är några av borens egenskaper metalliska i naturen medan andra liknar icke-metaller.
Borr med hög renhet finns antingen som ett amorft, mörkt brunt till svart pulver eller en mörk, glansig och spröd kristallin metall.
Extremt hård och motståndskraftig mot värme, bor är en dålig ledare av el vid låga temperaturer, men detta ändras när temperaturen ökar. Medan kristallint bor är mycket stabilt och inte reaktivt med syror, oxiderar den amorfa versionen långsamt i luft och kan reagera våldsamt i syra.
I kristallform är bor det näst hårdaste av alla element (bakom endast kol i sin diamantform) och har en av de högsta smälttemperaturerna. Liknande kol, för vilka tidiga forskare ofta misstänkte elementet, bildar bor stabila kovalenta bindningar som gör det svårt att isolera.
Element nummer fem har också förmågan att absorbera ett stort antal neutroner, vilket gör det till ett idealiskt material för kärntekniska stavar.
Nyare forskning har visat att när superkyld, bor bildar en helt annan atomstruktur som gör att den kan fungera som en superledare.
Borans historia
Även om upptäckten av bor hänför sig till både franska och engelska kemister som undersöker boratmineraler i början av 1800-talet, antas det att ett rent prov av elementet inte producerades fram till 1909.
Bormineraler, som ofta kallades borater, hade emellertid redan använts av människor i århundraden. Den första registrerade användningen av borax (naturligt förekommande natriumborat) var av arabiska guldsmeder som tillämpade föreningen som ett flöde för att rena guld och silver i 8-talet e.Kr.
Glasyr på kinesisk keramik från och med 3: e och 10: e århundradena har också visat sig utnyttja den naturligt förekommande föreningen.
Moderna användningar av bor
Uppfinningen av termiskt stabilt borsilikatglas i slutet av 1800-talet gav en ny efterfrågekälla för boratmineraler. Användningen av denna teknik introducerade Corning Glass Works Pyrex-glasporslin 1915.
Under efterkrigsåren ökade ansökningarna om bor för att inkludera ett ständigt ökande utbud av industrier. Bornitrid började användas i japanska kosmetika, och år 1951 utvecklades en produktionsmetod för borfibrer. De första kärnreaktorerna, som kom online under denna period, utnyttjade också bor i sina styrstavar.
I omedelbar efterdyning av kärnkraftsolyckan i Tjernobyl 1986 dumpades 40 ton borföreningar på reaktorn för att hjälpa till att kontrollera frigöringen av radionuklid.
I början av 1980-talet skapade utvecklingen av höghållfasta permanentmagnetmagneter ytterligare en stor ny marknad för elementet.
Över 70 ton magneter av neodym-järn-bor (NdFeB) produceras nu varje år för användning i allt från elbilar till hörlurar.
I slutet av 1990-talet började borstål användas i bilar för att stärka konstruktionsdelar, såsom säkerhetsstänger.
Produktion av bor
Även om över 200 olika typer av boratmineraler existerar i jordskorpan, svarar bara fyra för över 90 procent av kommersiell extraktion av bor och borföreningar: tinkal, kärnit, colemanit och ulexit.
För att producera en relativt ren form av borpulver upphettas boroxid som är närvarande i mineralet med magnesium eller aluminiumflöde. Reduktionen ger elementärt borpulver som är ungefär 92 procent rent.
Rent bor kan framställas genom ytterligare reduktion av borhalider med väte vid temperaturer över 1500 C (2732 F).
Borrning med hög renhet, som krävs för halvledare, kan tillverkas genom att sönderdela diboran vid höga temperaturer och odla enskilda kristaller via zonsmältning eller Czolchralski-metoden.
Ansökningar om bor
Medan mer än sex miljoner ton borhaltiga mineraler bryts ut varje år förbrukas den stora delen av detta som boratsalter, såsom borsyra och boroxid, med mycket lite att omvandlas till elementärt bor. I själva verket konsumeras bara cirka 15 ton elementärt bor varje år.
Bredden av användning av bor och borföreningar är extremt bred. Vissa uppskattar att det finns över 300 olika slutanvändningar av elementet i dess olika former.
De fem huvudsakliga användningarna är:
- Glas (t.ex. termiskt stabilt borosilikatglas)
- Keramik (t.ex. kakelglas)
- Jordbruk (t.ex. borsyra i flytande gödselmedel).
- Rengöringsmedel (t.ex. natriumperborat i tvättmedel)
- Blekmedel (t.ex. hushålls- och industriella fläckborttagare)
Bor metallurgiska tillämpningar
Även om metallbor har mycket få användningsområden, är elementet högt värderat i ett antal metallurgiska tillämpningar. Genom att avlägsna kol och andra föroreningar när det bindar till järn, kan en liten mängd bor-bara några delar per miljon tillsatt till stål göra det fyra gånger starkare än det genomsnittliga höghållfasta stålet.
Elementets förmåga att lösa upp och avlägsna metalloxidfilm gör det också perfekt för svetsflöden. Bortriklorid avlägsnar nitrider, karbider och oxid från smält metall. Som ett resultat används bortriklorid vid tillverkning av aluminium, magnesium, zink och kopparlegeringar.
Vid pulvermetallurgi ökar närvaron av metallborider ledningsförmågan och mekanisk hållfasthet. I järnhaltiga produkter ökar deras existens korrosionsbeständighet och hårdhet, medan titanlegeringar som används i strålkastare och turbindelar borider ökar mekanisk hållfasthet.
Borfibrer, som framställs genom att deponera hydridelementet på volframtråd, är starka, lätta konstruktionsmaterial som är lämpade för användning inom flygindustrin samt golfklubbor och högspänningsband.
Inkluderingen av bor i NdFeB-magnet är kritisk för funktionen av höghållfasta permanentmagneter som används i vindkraftverk, elmotorer och ett brett spektrum av elektronik.
Borets proclivity mot neutronabsorberande gör att den kan användas i nukleära styrstavar, strålningssköldar och neutrondetektorer.
Slutligen används borkarbid, det tredje hårdast kända ämnet, vid tillverkning av olika pansar och kollisionsskyddade västar samt slipmedel och slitdelar.
källor:
Chemicool. Bor
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Mineraler Information. Bor
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/