בור (יסוד)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
פחמן - בור - בריליום
 

B
Al  
 
 
B-TableImage.png
כללי
מספר אטומי 5
סמל כימי B
סדרה כימית מתכות למחצה
צפיפות 2460 kg/m3
מראה
שחור
Boron mNACTEC.jpg
תכונות אטומיות
משקל אטומי 10.811 amu
רדיוס ואן דר ואלס 192 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 2, 3
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר מוצק
טמפרטורת התכה 2349.15K (2076°C)
טמפרטורת רתיחה 4200.15K (3927°C)
לחץ אדים 0.348Pa ב-2573K
מהירות הקול 16200 מטר לשנייה ב293.15K
שונות
אלקטרושליליות 2.04
קיבול חום סגולי 1026 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית 1.0 10-4/m·Ω
מוליכות תרמית 27.4 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה 800.6 kJ/mol

בור או בורון (אנגלית: Boron) הוא יסוד כימי שסמלו הכימי B ומספרו האטומי 5.

תכונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • בור בולע אור נראה אך הינו שקוף לאור תת-אדום.
  • מוליך חשמל גרוע בטמפרטורת החדר אבל מוליך מצוין בטמפרטורות גבוהות יותר.
  • לבור יש את כוח המתיחה הגבוה ביותר מכל היסודות, כלומר סיבים העשויים מבור מסוגלים לעמוד בלחץ ומשקל רב מבלי להישבר או להיקרע.
  • ספקטרום הפליטה האופייני לבור הוא בתחום האור הירוק.

כימיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

פליטה אטומית של בור צובעת להבה בירוק

לבור שני אלקטרונים בקליפה 2s ואלקטרון אחד בקליפה 2p והוא נוטה להימצא בהיברידיזציה sp^2
כך שאטום הבור במרכז משולש שווה-צלעות מישורי. ההיברידיזציה הזו משאירה אורביטל p ריק - אם נניח אטום הבור ושלושת אורביטלי ה sp2 במישור XY הרי אורביטל pz אינו משתתף בקשר ויכול לקלוט שני אלקטרונים, בהתאם תרכובות BX3 הם חומצות לואיס. בהתאם הם יגיבו עם בסיסי לואיס ויתקבלו תרכובות שבהן הבור בקואורדינציה 4 ובמבנה טטראדרי בקירוב. אנרגיות היינון הגבוהות מבדילות את הבור מחבריו לטור (אלומיניום, גליום, אינדיום, תליום) לכן הבור אינו יוצר תרכובות יוניות אלא בעיקר קשרים קוולנטיים. הכימיה של הבור דומה למדי לזו של הצורן: B(OH)3 הוא חומצה (בדומה לחומצה סיליצית), ההלידים של בור: BF3, BCl3, BBr3 אינם יציבים ועוברים מהר ובשלמות הידרוליזה (בדומה להלידים של צורן ובשונה מהלידים של אלומיניום). תחמוצות בור נוטות ליצור זכוכית וכמעט בלתי אפשרי לקבל B2O3 גבישי על ידי קירור של נתך.

הידרידים של בור[עריכת קוד מקור | עריכה]

חיזור הלידים של בור נותן הידרידים. אי אפשר לקבל מונומר BH3 כל סינתזה נותנת דימר B_2H_6 למשל:

8BF_3 + 6NaH \Rightarrow 6NaBF_4 + B_2H_6

קבוע שיווי המשקל לדימריזציה (יצירת B_2H_6 משני BH_3) הוא גבוה מאוד (בערך 10^5) ואנתלפיית הפירוק של הדימר כ-150kJ mol^-1. הסיבה ליצירת הדימר וליציבותו לא הייתה ברורה שכן, לכאורה, לBH3 יש "מספיק" אלקטרונים לספק את הערכיות של הבור והמונומר אמור להיות יציב כשם שההלידים של הבור יציבים כמונומרים. ההסבר ליצירת הדימרים הכולל קישור ייחודי ניתן על ידי William N. Lipsconb שזכה על כך בפרס נובל לכימיה ב-1976. המבנה המרחבי של הדימר (diborane): כל בור נמצא במרכז טטראדרון מעוות; שני המימנים המגשרים נמצאים במרחקי קשר גדולים יותר מהמימנים האחרים ויוצרים זווית קשר קטנה יותר (ראו תמונה).

מבנה של דיבור שני המימנים המגשרים קשורים בקשר של 2 אלקטרונים - 3 גרעינים

המימנים ה"טרמינלים" (הקשורים לאטום בור אחד) יוצרים קשר σ רגיל עם אטום הבור (מחיבור אורביטל 1s של המימן ואורביטל היברידי sp3 של הבור. המימנים המגשרים תורמים אלקטרונים לקשר ייחודי של 2 אלקטרונים ושלושה גרעינים האורביטל הייחודי הזה נוצר מצירוף פונקציות הגל (אורביטלים) של שני אטומי הבור ואורביטל 1s של המימן. כך מתקבל אורביטל קושר, לא קושר ואנטי-קושר. שני האלקטרונים באטום ההידריד מאכלסים את האורביטל הקושר (הנמוך באנרגיה) ואין אלקטרונים לאכלוס האורביטלים האנטי-קושרים. מכאן מובן מדוע אין נוצרים דימרים בהלידים של בור (שכן לאניונים של ההלוגנים יש מספיק אלקטרונים לאכלס גם את האורביטל האנטי-קושר).

חומצה בורית[עריכת קוד מקור | עריכה]

חומצה בורית
מבנה מולקולרי של חומצה בורית B(OH)3
מבנה הדימר של פרבוראט, קשרי הפראוקסיד מסומנים באדום

החומצה B(OH)3 היא אבקה לבנה מסיסה, כמינרל נקראת sassolite. חומצה בורית הוכנה לראשונה על ידי Wilhelm Homberg במאה ה-18 על ידי סתירה של בוראקס בחומצה מינרלית. כאמור, B(OH)3 הוא חומצה בשל הימצאות אורביטל p ריק המסוגל לקבל זוג אלקטרונים לא קושר. במים התגובה החומצית תהיה B(OH)_3 + H_2O \Rightarrow B(OH)_4^- +H^+ ; pKa = 9.24 בחימום ל-170°C נפלטת מולקולת מים ומתקבל חומצה מטא-בורית metaboric acid HBO2 שמסיסותה במים קטנה. חומצה מטא-בורית ניתכת ב-236°C וכאשר מחממים מעל 300°C מתקבלת חומצה טטרה-בורית או pyroboric acid, H2B4O7 בתמיסה מיימית בריכוזים הגבוהים מ 0.025M וב pH 7–10 נוצרים אניונים פוליבוראטיים, למשל יון הטטרה-בוראט.

4B(OH)4 + 2H+ -----> B4O72− + 9H2O

פרט לטטרה-בוראט ניתן לסנתז גם פולי-בוראטים נוספים כדיבוראט, טרי-בוראט פנטהבוראט וכדומה. מוצאים בפולי-בוראטים גם יחידות משולשות BO3 וגם טטראדרים BO4 ככל שעולה המטען השלילי יש יותר טטראדרים כך למשל ל-KB_5O_8\bullet 4H_2O יש טטראדר BO4 אחד וארבעה משולשי BO3 ואילו ל-Ca_2B_6O_{11}\bullet7H_2O יש ארבעה טטראדרים BO4 ושני משולשי BO3. חומצה בורית מגיבה עם כהלים וחומצה גפרתית לקבלת אסטרים B(OR)3 שהם נוזלים שקופים. מתגובה עם פולי-כהלים (אתילן גליקול למשל) נוצרים קלאטים יציבים.

פרבוראט[עריכת קוד מקור | עריכה]

מבוראטים עם מי חמצן או מחומצה בורית עם נתרן פרוקסיד מתקבל NaBO_2\bullet H_2O_2\bullet 3H_2O או פרבוראט (perborate) נמצא ממבנה הגביש כי החומר מורכב מדימרים: B_2(O_2)_2(OH)_4^{2-} כאשר שתי קבוצות הפר-אוקסו (O_2^{2-}) מגשרות בין אטומי הבור הטטראדרליים כמודגם באיור חומר זה שימושי כמלבין בתכשירי כביסה, מלבינים לשיניים‏[1]וביישומים אחרים‏[2] משום שכך מספקים מי חמצן לתמיסה לשם הלבנה ממקור שהוא מוצק יציב. מלבינים כאלו תוקפניים פחות לצבעי בד מאשר תכשירים מבוססי אקונומיקה (נתרן תת-כלורי NaOCl). שיווי המשקל המתקבל בתמיסה [BO_2\bullet H_2O_2\bullet H_2O]^- +H_2O \Leftrightarrow [B(OH)_4]^- + H_2O_2 ; K\approx 0.04

בוראקס[עריכת קוד מקור | עריכה]

בוראקס (Borax) הוא מלח של חומצה בורית המצוי כמינרל טבעי במשקעים של אגמים מלוחים נוסחתו הכימית <  Na_2B_4O_7\bullet 10H_2O . ייתכנו הרכבים שבהם יש פחות מי גביש, למשל Borax pentahydrate שנוסחתו Na_2B_4O_7\bullet 5H_2O כתיבה מדויקת יותר של הנוסחה היא  Na_2[B_4O_5(OH)_4]\bullet 8H2O משום שהבוראקס מכיל את האניון B4O5(OH)42− המורכב משתי טטראדרים של BO4 ושתי יחידות של BO3 (משולשים מישוריים) כמודגם באיור

מבנה של B4O5(OH)42− אטומי בור -וורוד, אטומי חמצן - אדום, מימנים - לבן. שני אטומי בור (בקצוות) במרכז משולש מישורי ושני אטומי בור (מגשרים) במרכזי טטראדרים

.

הבוראקס מסיס במים ומופיע בדרך כלל באבקה לבנה המורכבת מגבישונים רכים חסרי צבע.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הבור אחראי לצבע הירוק בזיקוקין די-נור

כאמור, תרכובת הבור החשובה ביותר היא Na2B4O7 · 10H2O שמשמשת בכמויות גדולות ליצירת פיברגלס. שימושים נוספים:

איזוטופים של בור[עריכת קוד מקור | עריכה]

סמל (p)‏Z (n)‏N מסה איזוטופית (u) זמן מחצית חיים ספין גרעיני שכיחות האיזוטופ
שבר מולרי מהיסוד)
טווח השינוי הטבעי
(כשבר מולרי מהיסוד)
התרגשות אנרגטית
6B ‏5 1 6.04681(75)#
7B 2 7.02992(8) [MeV‏ (2)1.4] E-24 s‏(50)350 (3/2-)
8B 3 8.0246072(11) ms‏ (3)770 2+
9B 4 9.0133288(11) [KeV‏ (21)0.54] E-21 s‏(300)800 3/2-
10B 5 10.0129370(4) יציב 3+ 0.199(7) 0.18929-0.20386
11B 6 11.0093054(4) יציב 3/2- 0.801(7) 0.79614-0.81071
12B 7 12.0143521(15) ms‏ (2)20.20 1+
13B 8 13.0177802(12) ms‏ (17)17.33 3/2-
14B 9 14.025404(23) ms‏ (5)12.5 2-
15B 10 15.031103(24) ms‏ (7)9.87 3/2-
16B 11 16.03981(6) [MeV‏ 0.1>] 190E-12 s> 0-
17B 12 17.04699(18) ms‏ (5)5.08 (3/2-)
18B 13 18.05617(86)# ns‏ 26> (4-)#
19B 14 19.06373(43)# ms‏ (13)2.92 (3/2-)#

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תרכובות בור ידועות לאדם כבר אלפי שנים. במצרים העתיקה, חניטה הייתה תלויה במחצב בשם נטרון שהכיל תרכובות בור יחד עם כמה מלחים נפוצים אחרים. בסין השתמשו כבר בשנת 300 לספירה בתרכובות בור בזיגוג זכוכית, גם ברומא העתיקה בור שימש להכנת זכוכית.

בור בודד לראשונה בשנת 1808, כאשר לואי ז'וזף גה-ליסאק (Joseph Louis Gay-Lussac), האמפרי דייווי ולואי ז'ק תנאר (Louis Jacques Thénard) הצליחו להכין תמצית 50% בור. חוקרים אלו לא זיהו את הבור כיסוד בפני עצמו. רק ב-1824 זיהה יונס יאקוב ברצליאוס (Jöns Jakob Berzelius) את הבור כיסוד בפני עצמו. ב-1909 הצליח הכימאי האמריקאי וויינטראוב (W. Weintraub) להפיק בור טהור.

צורה בטבע[עריכת קוד מקור | עריכה]

ארצות הברית וטורקיה הן המקור הגדול ביותר לבור בעולם. בור לא נמצא בטבע בצורתו החופשית, הוא מופיע בתרכובות שונות, כמו למשל חומצה בורית.

לא קל לייצר בור טהור, השיטות הראשונות כללו תגובה בין בור חמצני למתכות כמו מגנזיום ואלומיניום, אבל התוצר הסופי היה לעתים רחוקות נקי מזיהומים כמו תרכובות בור ומגנזיום או אלומיניום. היום מכינים בור טהור כשמערבבים בור הלוגני נדיף עם מימן בטמפרטורות גבוהות.

אמצעי זהירות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בור ותרכובות בור אינם רעילים ולכן אינם דורשים אמצעי זהירות מיוחדים. תרכובות "אקזוטיות" של בור ומימן הן רעילות ולכן דורשות אמצעי זהירות מיוחדים.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ דוגמה: פטנט על הרכב מלבין שיניים המבוסס על פרבוראט - פטנט אמריקני 6,409,993
  2. ^ פטנט אמריקני 4,877,605, למשל, מתאר שימוש בתערובת מי חמצן-חומצה בורית לדאודורנט נגד ריח זיעה מכפות הרגליים