Bor Metal | Egenskaber, historie, produktion og anvendelser

Boron er et ekstremt hårdt og varmebestandigt halvmetal, der kan findes i forskellige former og bruges meget i forbindelser til at gøre alt fra blegemidler og glas til halvledere og landbrugsgødninger.

Egenskaber:

• Atomisk Symbol: B
• Atomisk Nummer: 5
• Element Kategori: Metalloid
• Densitet: 2. 08g / cm3
• Smeltepunkt: 3769 ° F (2076 ° C)
• Kogepunkt: 7101 ° F (3927 ° C)
• Mohs hårdhed: ~ 9. 5

Egenskaber:

Elementært bor er et allotropisk halvmetal, hvilket betyder, at selve elementet kan eksistere i forskellige former, hver med sine egne fysiske og kemiske egenskaber.

Som andre halvmetaller (eller metalloider) er nogle af borens egenskaber også metalliske, mens andre ligner andre ikke-metaller.

Bor med høj renhed eksisterer enten som et amorft mørkt brunt til sort pulver eller et mørkt, lustøst og sprødt krystallinsk metal.

Ekstremt hård og modstandsdygtig over for varme, bor er en dårlig ledere af elektricitet ved lave temperaturer, men dette ændrer sig som temperaturstigninger.

Mens krystallinsk bore er meget stabilt og ikke reaktivt med syrer, oxiderer den amorfe version langsomt i luft og kan reagere voldsomt i syre.

I krystallinsk form er bor det næststørste af alle elementer (bag kun kulstof i sin diamantform) og har en af ​​de højeste smeltetemperaturer.

Ligesom kulstof, hvor tidlige forskere ofte mistede elementet, danner bore stabile kovalente bindinger, der gør det vanskeligt at isolere.

Element nummer fem har også evnen til at absorbere et stort antal neutroner, hvilket gør det til et ideelt materiale til nukleare styrestænger.

Ny forskning har vist, at når det er superkølet, danner bor endnu en helt anden atomstruktur, der gør det muligt at fungere som en superleder.

Elementets gådefulde karakter førte Artem Oganox fra Stony Brook University til at sige, at "Bor er et skizofrenisk element. Det er et element af fuldstændig frustration.

Det ved ikke, hvad det vil gøre. Resultatet er noget forfærdeligt kompliceret. "

Historie:

Mens opdagelsen af ​​bor tilskrives både franske og engelske kemikere, der undersøger boratmineraler i begyndelsen af ​​det 19. århundrede, menes det, at en ren prøve af elementet ikke blev produceret før 1909.

Bormineraler (ofte omtalt som borater) var imidlertid allerede blevet brugt af mennesker i århundreder. Den første registrerede brug af borax (naturligt forekommende natriumborat) var af arabiske guldsmede, der anvendte forbindelsen som en flux for at rense guld og sølv i det 8. århundrede e.Kr.

Ekstraheret fra tibetanske søsaltige senge og båret vest over silkevejen til Babylon. Nogle beviser endog tyder på, at guldsmed bruger borax flux så tidligt som for 4000 år siden.

Glasur på kinesisk keramik dateres mellem 3. og 10. århundrede e.Kr. har også vist sig at gøre brug af den naturligt forekommende forbindelse.

Opfindelsen af ​​termisk stabil borosilicatglas i slutningen af ​​1800'erne tilvejebragte en ny kilde til efterspørgsel efter boratmineraler. Anvendelse af denne teknologi introducerede Corning Glass Works Pyrex glas kogegrej i 1915.

I efterkrigsårene voksede applikationerne til bor for at omfatte et stadigt bredere udvalg af industrier.

Bornitrid begyndte at blive anvendt i japanske kosmetik, og i 1951 blev der udviklet en produktionsmetode for borfibre.

De første atomreaktorer, der kom online i løbet af denne periode, anvendte også bor i deres kontrolstænger.

Faktisk blev i øjeblikket efter den tjernobyl-atomkatastrofe i 1986 dumpet 40 tons borforbindelser på reaktoren for at hjælpe med at styre radionuklidfrigivelsen.

I begyndelsen af ​​1980'erne udviklede udviklingen af ​​permanente magneter med sjældne jordarter yderligere et stort nyt marked for elementet. Over 70 tons magneter af neodym-jern-bor (NdFeB) produceres nu hvert år til brug i alt fra elektriske biler til hovedtelefoner.

I slutningen af ​​1990'erne begyndte borstål at blive brugt i biler for at styrke strukturelle komponenter, såsom sikkerhedsstænger.

Selv i det 21. århundrede fortsætter udviklingen af ​​nye anvendelser til halvmetal. I 2004 opdagede forskerne, at når superkølet og behandlet med højt tryk, bliver bor superledende og åbner nye muligheder inden for supercomputing.

Produktion:

Selvom over 200 forskellige boratmineraler findes i jordskorpen, udgør kun fire over 90 procent af kommerciel udvinding af bor og borforbindelser. Disse omfatter tincal, kernite, colemanite og ulexite.

For at fremstille en forholdsvis ren form for borpulver opvarmes boroxid, der er til stede i mineralet, med magnesium eller aluminiumflux. Reduktionen producerer elementært borepulver, der er omkring 92 procent rent.

Rent bor kan fremstilles ved yderligere at reducere borhalogenider med hydrogen ved temperaturer over 1500 ° C (2732 ° F). Bor med høj renhed, der skal bruges i halvledere, kan fremstilles ved nedbrydning af diboran ved høje temperaturer og voksende enkeltkrystaller via zonesmeltning eller Czolchralski-metoden. Ifølge USGS blev over 6 millioner tons boratmineraler brugt i 2014. Verdens største kilde til borater er Tyrkiet, som tegner sig for over halvdelen af ​​alle borater, der udvindes hvert år. Tyrkiets statsejede Eti Maden AS driver alle fire af de lande, der bor mine, som i vid udstrækning er defineret af mineralcolemanitten.

USA er verdens næststørste kilde til elementet. To virksomheder, US Borax (et 100% ejet datterselskab af Rio Tinto) og Searles Valley Minerals, udvindingsbor fra langt etablerede miner i Californien. Rio Tintos Borax-mine i Boron, Californien har været i kontinuerlig drift i over 140 år.

Andre, mindre kilder til boratmineraler ekstraheres i Kina og Argentina.

Anvendelser:

Mens over 6 millioner tons borholdige mineraler udvindes hvert år, forbruges langt størstedelen af ​​dette som boratsalte, såsom borsyre og boroxid, hvor meget lidt omdannes til elementært bor. Faktisk forbruges kun ca. 15 tons elementært bor hvert år.

Bredden af ​​brugen af ​​bor og borforbindelser er ekstremt bred. Nogle anslår, at der er over 300 forskellige slutbrug af elementet i dets forskellige former.

De fem hovedanvendelser er:

Glas (fx termisk stabilt borosilicatglas)

Keramik (fx flisereglaser)

1. Landbrug (fx borsyre i flydende gødning).
2. Rengøringsmidler (f.eks. Natriumperborat i vaskemiddel)
3. Blegemidler (f.eks. Husholdnings- og industrielle pletfjernere)
4. Selvom metallbore har meget få anvendelser, er elementet højt værdsat i en række metallurgiske anvendelser. Ved at fjerne kulstof og andre urenheder, da det knytter sig til jern en lille mængde bor - kun få dele per million - tilsættes til stål, kan det gøre det fire gange stærkere end det gennemsnitlige højstyrke stål.
5. Borestål anvendes nu i en række sikkerhedsstænger, dash cross bjælker og andre strukturelle auto dele.

Elementets evne til at opløse og fjerne metaloxidfilm gør det også ideelt til svejsestrømme. Bortrichlorid fjerner nitrider, carbider og oxid fra smeltet metal. Og som et resultat anvendes dette til fremstilling af aluminium-, magnesium-, zink- og kobberlegeringer.

Ved pulvermetallurgi øger tilstedeværelsen af ​​metalborider ledningsevne og mekanisk styrke. I jernholdige produkter øger deres eksistens korrosionsbestandighed og hårdhed, mens titaniumlegeringer, der anvendes i strålerammer og turbindele, øger borider mekanisk styrke.

Borfibre, der fremstilles ved at deponere hydridelementet på wolframtråd, er stærke, lette strukturelle materialer, der er velegnede til anvendelse i luftfartssystemer samt golfklubber og højtryksbånd.

Inkluderingen af ​​bor i NdFeB magnet er afgørende for funktionen af ​​permanente magneter med høj styrke, der anvendes i vindmøller, elmotorer og et bredt udvalg af elektronik.

Borens proclivitet over for neutronabsorbering gør det muligt at anvende det i nukleare styrestænger, strålingsskærme og neutrondetektorer.

Endelig anvendes borkarbid, det tredje hårdeste kendte stof, til fremstilling af forskellige rustfrit stål, kuglebeskyttende veste samt slibemidler og sliddele.

Kilder:

Chemicool. Boron

_{URL: // www. chemicool. dk / elementer / bor. html}

_{USGS. Mineraler Information. Bor
URL: // mineraler. USGS. gov / mineraler / pubber / vare / bor /
Følg Terence på Google+}