Anna Baniová, 432952 BOR Základní charakteristika Bor byl objeven v roce 1808. Je to prvek třinácté skupiny, která bývá označována také za triely. Patří rovněž mezi p-prvky, a jeho základní elektronová konfigurace valenční sféry je 2s^2 2p^1. Bor je jako jediný ze skupiny trielů polokov. Ve vesmíru i na Zemi je bor vzácný, vyskytuje se pouze ve sloučeninách, a to především v boritanech nebo borosilikátech. Ve sloučeninách je bor vázán kovalentními vazbami, nejčastěji je uplatňován oxidační stupeň + III. Svými vlastnostmi se bor podobá uhlíku a křemíku. Příčinou této podobnosti je tzv. elektronová deficience boru, což znamená, že bor má ve valenční sféře 3 elektrony, tedy o jeden elektron méně, než je počet jeho valenčních orbitalů. Existuje v několika alotropických modifikacích, jejichž základní strukturní jednotkou je tzv. ikosaedr B[12]. V amorfním stavu se při zahřívání na 700 °C na vzduchu zapaluje a hoří načervenalým plamenem. Spalováním v proudu kyslíku dosahuje vyšší teploty a bor pak těká a barví plamen zeleně. Má dva stabilní izotopy a je velmi tvrdý. Alotropické modifikace · Amorfní – hnědá až černá práškovitá látka, reaktivnější než krystalické modifikace · Krystalické – černošedá, velmi tvrdá látka, velmi inertní (za vyšší teploty reaktivita roste) o α – rhomboedrická: nejjednodušší krystalová struktura (pouze jediný ikosaedr B[12]) o β – rhomboedrická: trigonální – černá lesklá látka, 105 atomů boru v elementární buňce, tetragonální – 192 atomů boru v elementární buňce Příprava · Redukce kovů za vysoké teploty: B[2]O[3] + 3 Mg → 2 B + 3 MgO · Elektrolytickou redukcí roztavených boritanů či tetraflouoroboritanů (KBF[4] v roztavené směsi KCl/KF při teplotě 800°C) · Redukcí halogenidů vodíkem: 2 BCl[3] + 3 H[2] → 2 B + 6 HCl Sloučeniny Borany jsou sloučeniny boru s vodíkem. Jejich struktura je velmi neobvyklá a to díky své elektronově deficitní třístředové vazbě (tři atomy vzájemně vázané pouze jedním elektronovým párem). Složení molekul lze vyjádřit obecnými vzorci B[n]H[n + 4] a B[n]H[n + 6]. Nejjednodušším stabilním boranem je diboran B[2]H[6]. Ten lze získat např. reakcí tetrahydridoboritanu lithného s etherátem fluoridu boritého nebo nebo reakcí Na[BH[4]] s koncentrovanou kyselinou sírovou. Podle struktury lze borany rozdělit do několika skupin: · closo-borany – jsou uzavřené mnohostěnné klastry z 6 až 12 atomů boru · nido-borany · arachno-, hypho-, conjuncto-borany · karborany Boridy jsou sloučeniny boru s elektropozitivnějšímu prvky, než je sám bor. Tyto látky jsou většinou velmi tvrdé, netěkavé, chemicky značně inertní a mají vysoké body tání. Některé z nich mají dobrou elektrickou i tepelnou vodivost. Používají jako elektrody v průmyslových procesech, a to především jako neutronové štíty a kontrolní tyče v jaderném průmyslu. Připravují se přímým slučováním prvků, redukcí oxidů kovů elementárním borem. Halogenidy jsou nízkomolekulární látky o vzorci BX[3] (X = F, Cl, Br, I). Jejich molekuly jsou planární a mají tvar rovnostranného trojúhelníku. Jsou to velmi těkavé, vysoce reaktivní sloučeniny. Chovají se jako Lewisovy kyseliny. U halogenidů boritých snadno probíhá hydrolýza vodou: BX[3] + 3 H[2]O ══ H[3]BO[3] + 3 HX. Halogenidy boru se využívají jako katalyzátory v organické chemii. BF[3] – fluorid boritý je ostře páchnoucí, bezbarvý plyn, ve velkém se používá jako katalyzátor různých průmyslových pochodů, příprava – reakce boritanů nebo oxidu boritého s fluorovodíkem: B[2]O[3] + 6 HF ══ 2 BF[3] + 3 H[2]O BCl[3] – chlorid boritý je za normálních podmínek plyn štiplavého a dráždivého zápachu. Je vysoce toxický a žíravý. Připravit se dá přímým sloučením elementárního boru s chlorem: 2 B + 3 Cl[2] → 2 BCl[3]. Kapalný chlorid boritý se nejčastěji připravuje redukční chlorací oxidu boritého při 500°C: B[2]O[3] + 3 C + 3Cl[2 ]══ 2 BCl[3] + 3 CO. BBr[3] – bromid boritý je bezbarvá dýmavá kapalina. Obvykle se vyrábí zahříváním oxidu boritého s uhlíkem za přítomnosti bromu: B[2]O[3] + 3 C + 3 Br[2] ══ 2 BBr[3] + 3 CO. Používá se například k výrobě fotovoltaických článků, ve farmaceutickém průmyslu, fotografických procesech. B[2]O[3] – oxid boritý je stálý a nejběžnější oxid boru. Připravuje se termickou dehydratací kyseliny borité: 2 H[3]BO[3 ]→ B[2]O[3] + 3 H[2]O nebo vzniká hořením boru na vzduchu. Bezbarvá, sklovitá látka, která má kyselý charakter, a proto reaguje s vodou za vzniku kyseliny borité. Redukovat se dá pouze velmi silnými redukčními činidly. Rozpouští většinu oxidů kovů, přičemž vznikají často různě zbarvené borité skla. H[3]BO[3] – kyselina trihydrogenboritá tvoří bílé šupinkovité krystaly. Je to velmi slabá kyselina, nemá oxidační vlastnosti. Lze ji získat z jejich solí vytěsněním kyselinou sírovou nebo kyselinou chlorovodíkovou. Zředěný vodný roztok kyseliny borité, nebo-li borová voda, se používá v očním lékařství. Další využití nachází kyselina boritá, díky intenzivně zelené barvě plamene, v pyrotechnice. Vytváří soli boritany. Boritany – mnohé se nacházejí v přírodě v přírodě, obyčejně v hydratované formě. Ve vodném roztoku silně hydrolyzují a jejich roztoky mají alkalickou reakci. Boritany se využívají ve sklářství, jsou součástí smaltů a prostředků pro snížení hořlavosti. V průmyslu se významnou měrou uplatňuje borax – jednoklonný křehký minerál. Používá se v chemickém a potravinářském průmyslu, sklářství, papírenství a v zemědělství. Pro tyto účely je borax připravován uměle. NB – nitrid boritý je bílá, termicky velmi stálá látka, která nevede elektrický proud. Je málo reaktivní. Připravuje se reakcí chloridu boritého s amoniakem za teploty 750°C. Vzniká také přímou reakcí boru s dusíkem. Má polymerní charakter – vyskytuje se ve dvou modifikacích, a to v hexagonální a kubické. C[4]B – karbid boru je černá, velmi tvrdá a chemicky odolná látka. Vyrábí se zahříváním boru nebo oxidu boritého s uhlím v elektrické peci. Používá se k výrobě neprůstřelných vest a ochranných štítů bojových letadel, dále jako materiál na výrobu brzdových a spojkových obložení nebo jako brusivo při broušení a leštění kovů. B[2]S[3] – sulfid boritý je nažloutlá pevná látka s tendencí ke skelné povaze. Svou vrstevnatou strukturou připomíná nitrid boritý. Využití dalších sloučenin boru: - boritan sodný peroxohydrát trihydrát (NaBO[2]·H[2]O[2]·3H[2]O) se používá jako bělilo k výrobě pracích a kosmetických prostředků - dusičnan boritý (B(NO[3])[3]) je používán ve sprejích jako dezinfekční činidlo - sulfid boritý (B[2]S[3]) je využíván při výrobě speciálních skel - diboran (B[2]H[6]) se používá při výrobě polovodičů