Bor

Borax Na₂[B₄O₅(OH)₄].8H₂O byl používán již ve starověku k výroba emailů a tvrdých skel. Bor v nečisté formě izolovali H. Davy, J. L. Gay-Lussac a L. J. Thénard (1808). Mezinárodní název byl navržen tak, aby vyjadřoval zdroj prvku i jeho podobnost s uhlíkem - bor(ax + carb)on. Velmi čistý bor je produktem až 20. století. Je vzácným prvkem jak ve vesmíru, tak i v zemské kůře (9 ppm, podobně jako olovo 13 ppm, praseodym 9,1 ppm a thorium 8,1 ppm). Má dva stabilní izotopy ¹⁰B a ¹¹B, jejichž poměr se v přírodním materiálu sice málo, ale přece jen liší podle naleziště, což znemožňuje uvádět relativní atomovou hmotnost boru přesněji než na dvě desetinná místa (10,81). Oba izotopy mají nenulový jaderný spin (mohou být využity v NMR spektroskopii) a značně rozdílný účinný průřez pro absorpci neutronů, což umožnilo vypracovat metody jejich separace v průmyslovém měřítku.

V přírodě se bor vyskytuje jen v podobě kyslíkatých sloučenin v poměrně vzácných ložiscích. Jeho nejdůležitějšími minerály jsou kernit Na₂O.2B₂O₃.4H₂O, borax Na₂[B₄O₅(OH)₄].8H₂O, colemanit 2CaO.3B₂O₃, boracit 6MgO.8 B₂O₃.MgCl₂ a sassolin H₃BO₃.

Bor existuje v amorfní (hnědé až černé) a několika krystalických (v procházejícím světle tmavočervených) modifikacích se složitou strukturou. Krystalický bor je inertní, proti žáru mimořádně stálý prvek s velmi malou elektrickou vodivostí. Amorfní bor má přibližně stejnou hustotou jako krystalické modifikace, je však při vyšších teplotách reaktivnější. Základním strukturním motivem krystalických modifikací je ikosaedrický skelet B₁₂, v němž je každý atom boru vázán s pěti sousedními atomy polycenterními elektronově deficitními vazbami. Jednotlivé modifikace se liší způsobem uspořádání ikosaedrů, mezi nimiž se uplatňují slabší vazebné interakce než v rámci ikosaedru B₁₂. Nejstabilnější je β-rhomboedrická (trigonální) modifikace boru (ρ = 2,35 g.cm^-3, b. t. 2180 °C, b. v. 3650 °C). Je to černá lesklá a mimořádně tvrdá (>9 v Mohsově stupnici) látka. Nejjednodušší krystalovou strukturu má α-rhomboedrický bor (ρ = 2,45 g.cm^-3), v jehož elementární buňce je umístěn jediný ikosaedr B₁₂. β-rhomboedrická modifikace obsahuje v elementární buňce 105 a β-tetragonální (čtverečná) 192 atomů boru. První připravená modifikace boru (1943, α-tetragonální), jejíž elementární buňka obsahuje padesát atomů boru, se ukázala být podle podmínek přípravy buď B₅₀C₂ nebo B₅₀N₂.

Struktura elementárního boru

Model struktury B12

α-rhomboedrický bor

α-tetragonální bor

Ve sloučeninách je bor vázán výhradně kovalentními vazbami, nejčastěji uplatňuje oxidační stupeň +III, velmi zřídka +II (B₂Cl₄, H₄B₂O₄) a +I (B_nCl_n). Kationty B³⁺nejsou vzhledem k malému rozměru atomu boru a vysokým hodnotám prvních tří ionizačních energií (jsou podstatně vyšší než u ostatních prvků této skupiny) schopny existence. Elektronegativita boru (2,0) je blízká křemíku a germaniu (1,8), ale nižší než uhlíku (2,5) a vodíku (2,1). Polarita (velmi malá) vazeb B-H resp. C-H je proto obrácená (téměř nepolární jsou vazby B-H a B-X (X = Br, I)). Typická je σ-hybridizace sp² s volným 2p_z-orbitalem, který může být využit k tvorbě delokalizovaných π-vazeb, jejichž existence se předpokládá i v trihalogenidech boritých. V molekulách BX₃ jsou atomy boru koordinačně nevysycené a existuje proto řada aduktů s donorovými molekulami typu BX₃.D a aniontů BX₄⁻. V některých sloučeninách se atomy boru mohou vyskytovat v různých hybridních stavech (sp² a sp³ v aniontu [B₄O₅(OH)₄]²⁻). V borazolu B₃N₃H₆, aniontu trimetaboritanovém B₃O₆³⁻ a nitridu boritém BN se uplatňují delokalizované π-vazby benzenového nebo grafitového typu. Typickým jevem v chemii boru je existence polycentrických elektronově deficitních vazeb, které hrají významnou roli ve struktuře elementárního boru, boridů, boranů a jejich derivátů. Úsilí o vysvětlení vazebných poměrů v těchto sloučeninách vedlo k rozpracování popisu polycenterních elektronově deficitních vazeb metodami teorie molekulových orbitalů.

Za laboratorní teploty reaguje bor pouze s fluorem a na povrchu i s kyslíkem. Za vysokých teplot se slučuje s většinou kovů (mimo některé těžší prvky d-bloku), nekovů i polokovů (s výjimkou vodíku, germania, telluru a vzácných plynů). Neoxidující kyseliny na něj nepůsobí, do 500 °C odolává roztaveným alkalickým hydroxidům. Kyselina dusičná a sírová ho za horka oxidují, rozpouští se v taveninách směsí hydroxidů a uhličitanů alkalických kovů (900 °C).

Čistý krystalický bor lze připravit redukcí bromidu boritého vodíkem na elektricky vyhřívaném tantalovém vlákně (pod 1000 °C amorfní, mezi 1000 a 1200 °C α- a β-rhomboedrický a při vyšší teplotě tetragonální). Amorfní (poněkud znečištěný) bor vzniká redukcí oxidu boritého hořčíkem, vápníkem nebo sodíkem. Použitelná je i elektrolýza tavenin boritanů nebo fluoroboritanů a tepelný rozklad boranů nebo halogenidů boritých.

Elementární bor se ve formě vláken s wolframovým jádrem používá v letecké a raketové technice. Ze sloučenin boru se průmyslově se vyrábějí oxid boritý, kyselina boritá a její estery, boritany, boridy (žáruvzdorné materiály), halogenidy borité, borany a karborany. Uplatňují se při výrobě pracích prášků (využívá se bělicích účinků peroxoboritanu sodného při teplotě vyšší než 90 °C), kosmetiky, tvrdých skel (Pyrex), porcelánových polev a smaltů.