Bor - [5]B Obecně: · Polokov · V elementárním stavu a některých sloučeninách má vlastnost polovodiče · Vytváří výhradně kovalentní vazby · Bor je schopen řetězit své atomy · Podobnost s křemíkem · Má vysokou teplotu tání (2076°C) i varu (3927°C) Vazebné možnosti boru: · Hybridizace SP^2 a SP^3 · Ve sloučeninách boru s vodíkem (boranech) a jejich derivátech se nachází vazba třístředová dvouelektronová (dva atomy B a jeden atom H mohou být spolu poutány prostřednictvím jen jednoho elektronového páru), existují dva typy třístředové dvouelektronové vazby - uzavřená a otevřená/můstková Chemické vlastnosti boru · Krystalický elementární bor je chemicky velmi inertní (díky pevné polymerní krystalické mřížce vystavěné z ikosaedrů B[12]) · Amorfní modifikace boru má větší reaktivitu · Nepůsobí na něj vroucí kyselina chlorovodíková ani fluorovodíková · Oxiduje se horkou kyselinou dusičnou nebo sírovou · Stálé jsou sloučeniny boru s kyslíkem, dusíkem, sírou, halogenidy a boridy kovů Binární sloučeniny boru 1. Borany · Sloučeniny boru s vodíkem · Výzkum - Stock, rok 1909 až 1936 · V boranech se uplatňují elektronově deficitní třístředové vazby – neobvyklá struktura · Nejjednodušší stabilní boran – diboran B[2]H[6] · Ikosaedr B[12] je základní tavební jednotkou elementárního boru · Příprava boranů: rozklad boridu hořčíku kyselinami, kdy vznikne směs několika nižších boranů (ne B[2]H[6]) · Příprava diboranu: 3 Li[BH[4]] + BF[3].(C[2]H[5])[2]O = 2 B[2]H[6] + 3 LiF + (C[2]H[5])[2]O · Diboran je výchozí látkou pro vyšší borany · Borany o menší relativní molekulové hmotnosti jsouplynné nebo kapalné · Vyšší borany (počínaje dekaboranem) jsou vesměs tuhé látky · Kovalentní vazby mezi atomy H a B mají polární charakter s elektronovou hustotou lokalizovanou na do jisté míry atomu H (polokovový bor je elektropozitivní) · Koncový vodík B-H má hydridový charakter a je příčinou výrazných redukčních vlastností boranů a jejich hydrolyzovatelnosti · Vodík můstkový je kyselý a může se odštěpit jako proton H^+ · Atomy boru v boranových skeletech mohou být nahrazovány atomy jiných prvků – vzniklé sloučeniny se nazývají heteroborany (karborany – bor nahrazen uhlíkem) 2. Boridy · Binární sloučeniny boru s elektropozitivnějšími prvky · Tvrdé, netěkavé, chemicky značně nereaktivní látky · Příprava – syntézou z prvků, redukcí oxidů kovů elementárním borem, redukcí směsi oxidu kovu a oxidu boritého uhlíkem i elektrochemicky Halogenidy boru · Základním typem jdou nízkomolekulární látky s obecným vzorcem BY[3 ](Y=F, Cl, Br, I) · Jejich molekuly jsou planární, tvar rovnostranného trojúhelníku · Příprava plynného fluoridu boritého BF[3] B[2]O[3] + 6 HF = 2 BF[3] + 3 H[2]O · Halogenidy borité jsou látky s deficitem elektronů na středovém atomu, chovají se jako Lewisovy kyseliny 3. Oxidy boru · Stálý a běžný oxid boru je B[2]O[3] · Připravuje se termickou dehydratací kyseliny borité nebo spalováním boru v kyslíku · S vodou ochotně poskytuje kyselinu boritou · Redukovat leze jen silnými redukčními činidly (Na, Mg, Al…) 4. Sloučeniny boru s dusíkem a uhlíkem · Významnou sloučeninou je nitrid boritý BN (příprava reakcí BCl[3] s NH[3] a rozkladem vzniklého aduktu při 750°C nebo přímou reakcí boru s dusíkem) · Ve své hexagonální formě má stejnou strukturu jako grafit · Nejjednodušší sloučenina boru a uhlíku – karbid tetraboru B[4]C · Mechanicky pevná a chemicky odolná látka · Příprava reakcí B[2]O[3] s C v elektrické peci · Uplatnění v jaderné technice (retardér neutronů) · Borazol (B[3]N[3]H[6]) – fyzikálními i chemickými vlastnostmi podobný benzenu 5. Ternární kyslíkaté sloučeniny boru · Řadíme sem: kyseliny borité, boritany a jejich deriváty · Kyselina trihydrogenboritá - lze ji získat vytěsněním z jejích solí kyselinou sírovou nebo kyselinou chlorovodíkovou · Patří mezi slabé kyseliny, nemá oxidační vlastnosti · Vyznačuje se vrstevnatou strukturou (lístkovité krystaly), jednotlivé molekuly spojeny do struktury vodíkovými můstky · Je rozpustná ve vodě · Zahříváním na teplotu kolem 180°C odštěpuje krystalická kyselina trihydrogenboritá vodu a vzniká kyselina hydrogenboritá HBO[2] · Boritany – složením formálně odpovídají solím kyseliny trihydrogenborité a kyseliny hydrogenborité (mohou být odvozeny i od dalších hypotetických polyjaderných kyselin boritých) · Borax – stechiometrický vzorec Na[2]B[4]O[7] . 10H[2]O (dekahydrát tetraboritanu disodného) a funkční vzorec (vyjadřující skutečnou strukturu) Na[2]B[4]O[5](OH)[4] . 8H[2]O (oktahydrát tetrahydroxo-pentaoxo-tetraboritanu disodného) · Jen extrémně silná oxidovadla je dokáží převést na elementární bor nebo boridy · Taveniny boritanů rozpouštějí většinu oxidů kovů a poskytují s nimi amorfní boritany (skla) Výroba a použití technicky významných sloučenin boru · Zdrojem boru a jeho sloučenin jsou ložiska kernitu, sassolinu, colemanitu, boraxu · Elementární bor se uplatňuje v metalurgii jako složka slitin (používaných v atomových reaktorech) a při úpravě povrchu kovových součástek · Používá se při výrobě polovodičů · Výroba kyseliny trihydrogenborité - rozklad přírodních boritanů kyselinou sírovou za zvýšené teploty · Kyselina boritá se používá ve sklářství, keramickém průmyslu, farmacii, potravinářském průmyslu, zemědělství, metalurgii (stejně jako elementární bor) Výroba boritanů a peroxohydrátů boritanů · Nejdůležitější boritan – tetraboritan di sodný - se může získávat čištěním přírodního boraxu nebo jiných tetraboritanů · Borax lze připravit (podobně jako jiné boritany) prostou neutralizací kyseliny borité hydroxidem nebo uhličitanem sodným · Výroba peroxohydrátu boritanu sodného (NaBO2 . H[2]O[2] . 3H[2]O) Na[2]B[4]O[7] . 10 H[2]O + 4 H[2]O[2] + 2 NaOH + H[2]O = 4 NaBO[2] . H[2]O[2] . 3H[2]O · Látka je silné oxidovadlo, bělící prostředek, uplatňuje se v textilním průmyslu, při výrobě pracích prostředků, lékařství, kosmetice Výroba oxidu boritého · Prostou dehydratací kyseliny trihydrogenborité při teplotách kolem 450°C Výroba fluoridu boritého · Běžná je výroba z boraxu působením fluorovodíku a koncentrované kyseliny sírové Výroba komplexních hydridoboritanů · Nejdůležitější je tetrahydridoboritan sodný a tetrahydridoboritan lithný · Připravují se reakcí hydridu sodného nebo hydridu lithného s oxidem boritým, fluoridem boritým nebo borany [ ]