ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.04.2024
Просмотров: 34
Скачиваний: 1
Е -М г Ш в
И ЕГО СОЕДИНЕН
е. м. швдрц/::
. .*
|
*■ У |
> |
* ^ » |
> |
БОР ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗИНАТНЕ:
РИГА 1966
"г#С. ПУБЛИЧНА*
ы * у ч м о -т » * " иЧЕСКАЯ
Н^ Т °. ОТбН^С^Р
~¡ ¿ * Ъ
Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Академии наук Латвийской ССР
от 30 декабря 1965 года
Развитие новейших отраслей техники требует со здания материалов с новыми необычными свойст вами. В наши дни чрезвычайно возросла потребность в тугоплавких и сверхтвердых материалах, так как нам стали доступны процессы, идущие при очень вы соких температурах и при огромных скоростях. С дру гой стороны, необходимы и вещества с противополож ными свойствами — аккумулирующие энергию, спо собные освобождать при сгорании большое количе ство тепла.
Интенсификация сельского хозяйства требует но вых удобрений, гербицидов, ростковых веществ.
Новые методы исследования, которыми вооружи лись химики, позволяют открывать необычные свой ства у таких давно известных элементов и веществ, как бор и его соединения.
**
Бор (В) — пятый элемент периодической системы Менделеева. Название его произошло от арабского слова «борак», которым алхимики сначала называли различные соли, применяемые при очистке золота, а позднее — буру — натриевую соль тетраборной кис лоты Na2B40-/- ЮН20.
Бура ввозилась в Европу из Тибета и Индии, где с незапамятных времен известны залежи ее в виде минерала тинкаля. В некоторых странах, как, напри мер, в Голландии, Франции, буру обрабатывали га шеной известью, для того чтобы удалить жировой слой, которым обычно была покрыта ее поверхность.
В 1702 г. алхимик Гомберг выделил из буры борную кислоту, которая продолжительное время была известна под названием «sei sedativ de Hom berg», так как он полагал, что это соль. Но в 1747 г. было доказано, что солью как раз является бура, ко торая состоит из борной кислоты и натрия. Через не которое время, в 1772 г., флорентийский врач Геффер обнаружил борную кислоту в лагунах Монте Ротондо
4
в итальянской провинции Тоскане. Она содержится там в так называемых «фумаролах» и «соффионах», которые представляют собой горячие ключи и источ ники перегретых паров с температурой ~ 120—180°С, выходящие на земную поверхность под давлением около 3—5 ат. Из источников борная кислота с водой попадает в лагуны.
Промышленная добыча борной кислоты начина ется в Тоскане в XIX в. В 1815 г. здесь был построен завод для получения борной кислоты из воды лагуны.
Воду, полученную конденсацией паров горячих ключей и источников, спускали в ряд искусственных лагун, расположенных на разной высоте. По мере спу ска раствор все более концентрировался. Из послед ней лагуны воды текли в упариватель. Воды естест венных лагун спускали в так называемые «адрианы» — бассейны из свинца, нагреваемые природным паром, который циркулировал под ними. Эти бассей ны состояли из отделений и имели небольшой наклон, так что раствор медленно, но непрерывно стекал из одного отделения в другое и постепенно концентриро вался. В последних отделениях выпадала кристалли ческая борная кислота, которую отфильтровывали. Раствор, оставшийся после фильтрования (маточник) снова пускали в процесс до тех пор, пока он оконча тельно не загрязнялся. Тогда из него осаждали так называемые «эа! ас1» (остатки), содержавшие до 30— 45% борной кислоты и, кроме того, аммиак и магний в виде сульфатов.
До середины XIX в. Италия была почти единствен ным (наряду с Тибетом и Индией) поставщиком бор ной кислоты в Европу. Позднее были открыты раз личные месторождения боратов — солей полиборных
5
кислот. В 60—70-х годах XIX в. все большее промыш ленное значение начинают приобретать бораты Ка лифорнии, и итальянская борная кислота постепенно исчезает с мирового рынка.
В1808 г. Тенар и Гей-Люссак, изучая свойства недавно открытых щелочных металлов, обработали ими борную кислоту. Так был получен бор в свобод ном виде.
Вземной коре бор занимает 22-е место по атом ному и 27-е — по весовому кларку1. Одна тонна зем ной коры в среднем содержит около 50 г бора. Таким образом, он не является редким, но принадлежит к чи
слу наиболее рассеянных элементов — встречается по чти повсюду, хотя и в очень малых количествах. Напри мер, по данным известного советского геохимика А. П. Виноградова, в мировом океане в среднем со держится около 4,5 г борной кислоты на 1 т воды. В разных слоях земли и различных водах бор распре деляется по-разному. М. Г. Валяшко в книге «Бор, его соединения и сплавы» приводит таблицу распро странения бора (см. табл, на стр. 7).
Хотя бор и не является редким элементом, в зем ной коре и космосе он распространен гораздо мень ше, чем другие элементы с малыми порядковыми но мерами — его соседи по периодической системе Мен делеева. Это объясняется тем, что бор участвует в1
1 Атомный кларк — это среднее содержание данного хими ческого элемента в земной коре в грамм/атомах; весовой кларк — то же в %.
6
ядерных процессах, идущих во Вселенной: на солнце, звездах, где под действием высоких температур он превращается в другие химические элементы.
|
|
|
Таблица |
|
Местонахождение |
Весовой |
кларк бора |
||
Земная кора |
|
1 |
щ — 3 |
|
Глубинные породы |
|
1 |
ю — 4 |
|
Граниты |
|
1,5 |
щ — 3 |
|
Осадочные породы |
1 |
1,2 |
10-2 |
|
Почвы |
щ — 3 — 1 ■ ю — 4 |
|||
Засоленные бором почвы |
1 |
10-2 — 2 • 10-2 |
||
Морская вода |
1 |
1,5 |
10-2 |
|
Соляные озера |
10~3 — 400 • |
ю — 3 |
||
Нефтяные воды |
1 |
10-2 — 60 |
10-2 |
|
Воды грязевых вулканов |
6 |
10-2 — 400 • |
10-2 |
|
Морские растения |
3 |
1, 5 • 10--1 |
||
Морские животные |
ю — 4 — 100 • |
ю — 4 |
||
В зависимости от способа |
|
получения бор пред |
ставляет собой либо аморфный коричневый порошок, либо черное кристаллическое вещество. В обычных условиях он чрезвычайно инертен, т. е. не вступает в химические соединения. По твердости приближа ется к алмазу (9,3 по принятой десятичной шкале твер дости Мооса), температура плавления очень высока. Она равна 2075°С.
В свободном виде бор в природе не встречается, а получается искусственно — восстановлением магнием или алюминием борного ангидрида В20 3, который, в свою очередь, получается из борной кислоты. Однако, так как эти металлы образуют при высокой темпера туре бориды, то полученный таким путем бор в изве
7
стной мере загрязнен примесями, которые сильно вли яют на его свойства. Более чистый бор получается разложением галогенидов или гидридов бора, о ко торых подробнее будет рассказано дальше.
Очень чистый бор обладает интересным свойст вом — термопроводимостью, заключающейся в том, что электропроводность элементарного бора, которая при обычной температуре незначительна, сильно по вышается при нагревании. В сочетании с тугоплав костью это свойство делает бор перспективным для использования в разных областях техники: в произ водстве приборов для точного измерения высоких температур, в изготовлении терморегуляторов для электрических машин, в телеграфной технике и т. д. Эти свойства бора русский ученый П. Н. Хлопин от мечал еще в 1919 г. Названные свойства бора до последнего времени не использовались, так как лишь недавно научились получать бор высокой степени чи стоты.
Изотоп бора с атомным весом 11 обладает весьма ценным свойством поглощать и замедлять нейтроны, поэтому его широко применяют в ядерной технике в качестве замедлителя ядерных реакций и экрана для поглощения нейтронов.
По своим химическим свойствам бор является ти пичным неметаллом. Он более похож на своего со седа по диагонали в периодической таблице Д. И. Менделеева — кремний, чем на соседний хими ческий элемент той же группы — алюминий.
Химические свойства бора зависят от его чистоты и состояния (аморфного или кристаллического). Аморфный бор при температуре 800° загорается на воздухе и горит ослепительно ярким красным пламе нем, а крупные кристаллы бора жаростойки и при го-
8
раздо более высоких температурах. При повышенной температуре бор активно взаимодействует со многими химическими элементами, например, с кислородом, хлором, бромом, серой и азотом.
Основное борное сырье — кристаллическая бор ная кислота (минерал сассолин) и бораты. В природе встречаются в основном бораты натрия, магния и кальция. Кроме месторождений кристаллических бо ратов, бор в виде буры и борной кислоты встречается в водах различных горячих источников, особенно в местностях с существующей или лишь недавно за глохшей вулканической деятельностью. В некоторых из этих источников содержание бора довольно велико: так, в горячих сернистых источниках Калифорнии со держание борной кислоты достигает 2,5—4,0%.
Крупных месторождений соединений бора сравни тельно мало. Известно более 80 боросодержащих ми нералов, представляющих собой кислородные соеди нения бора. Это, в основном, так называемые боросиликаты, как, например, турмалин и датолит, в со став которых, кроме бора, входят кремний, алюминий и некоторые другие элементы. Большинство боросиликатов имеет очень сложное строение. Целый ряд боросиликатов, как, например, турмалин, аксинит и др., до сих пор не нашли применения в качестве борного сырья ввиду сложности переработки; другие, напри мер датолиты, приобрели в последнее время большое значение, так как открыты новые и удобные способы их переработки. Из борной кислоты в дальнейшем получают все многообразие соединений бора.
Долгое время наша страна вынуждена была вво зить борное сырье из-за границы, так как только в 1934 г. было найдено крупное месторождение бора тов. Это месторождение было «открыто» в лаборато-
р