Металоид с изключителна твърдост. Среща се в боракса, използва се в топлоустойчиво стъкло и е ключов микроелемент за растенията.

Бор (B) — химичен елемент №5

Бор е онзи рядък случай в химията, когато един елемент категорично отказва да бъде поставен в кутийка. Той не е нито метал, нито типичен неметал — металоид, балансиращ на ръба между двете, с твърдост, която съперничи на диаманта, и химия, която озадачава и до днес. Зад скромния му символ B се крие история на съперничество, промишлен гигант и тихата жизненост на растителния свят.

Свойство	Стойност
Атомен номер	5
Атомна маса	10.810 u
Категория	Металоид
Период / Група	2 / 13
Електронна конфигурация	[He] 2s² 2p¹
Електроотрицателност (Полинг)	2.04
Плътност	2.34 g/cm³
Точка на топене	2349 K (2076 °C)
Точка на кипене	4200 K (3927 °C)
Откривател	Жозеф Луи Гей-Люсак / Хъмфри Дейви
Година на откриване	1808

История на откриването

[products limit="4" slider--d_columns="1" where--ids="2901,3314,3558,5490"]

Борът — или по-точно неговите съединения — е познат на човечеството хилядолетия преди да получи името си. Бораксът, минерал с формула Na₂B₄O₇·10H₂O, е използван в Тибет и Персия още от VIII век като флюс при обработка на метали и стъкло. Средновековните арабски и европейски занаятчии са го внасяли от Централна Азия, без да имат и представа за елемента, скрит в бялото кристално вещество. За тях бораксът е бил просто „магическата сол" на ковачите.

Историята на самия елемент обаче е история на едно забележително съвпадение — или по-точно, на научно съперничество в реално време. На 21 юни 1808 г. Жозеф Луи Гей-Люсак и Луи Жак Тенар в Париж успяват да изолират нечист бор чрез редукция на борен триоксид с метален калий. Само девет дни по-късно, хиляди километри по-далеч в Лондон, Хъмфри Дейви постига същото, използвайки електролиза. И двете групи публикуват резултатите си почти едновременно — редка ситуация, при която науката не търпи забавяне. Дейви кръщава елемента boron, черпейки от арабската дума buraq за боракс и добавяйки наставката -on по аналогия с въглерода.

Чистият кристален бор трябва да изчака почти цял век — едва през 1909 г. американският химик Ийзра Уейнтрауб получава вещество с чистота над 99%. Дотогава учените са работели с амофорен прах, чиито свойства частично се дължат на примеси. Когато накрая е видян истинският бор — блестящ, черен, с полупроводникови свойства — той изненадва всички. Ако искате да проследите как откритията от 1808 г. се вписват в по-широката история на периодичната таблица на елементите, ще видите, че боровата история е само един вълнуващ епизод от дълъг разказ за търпение и случайност.

Физични свойства

Борът е металоид с атомен номер 5, и дори само плътността му — 2.34 g/cm³ — веднага говори, че не сме изправени пред типичен метал. Той съществува в няколко алотропни форми, като най-стабилната е β-ромбоедричният бор — сложна кристална структура, изградена от икосаедрични единици B₁₂. Тази архитектура на молекулно ниво придава на бора изключителна твърдост: по скалата на Моос той достига стойност около 9.5, изоставайки само зад диаманта и борния нитрид. Точката на топене от 2076 °C го поставя сред елементите с най-висока термична устойчивост — по-висока от тази на повечето метали. Бор химичен елемент в кристална форма изглежда почти метален — тъмен, лъскав, с характерна полупроводникова проводимост, която нараства с температурата, за разлика от металите.

Амофорният бор — кафявочерен прах — е по-реактивен от кристалната форма и именно той най-честотно се среща в лабораторна и промишлена употреба. Преходът между алотропите изисква изключително високи температури, а получаването на чист кристален бор и до днес е технологично предизвикателство.

Химични свойства

Бор химичен елемент е пример за химична уникалност. С три валентни електрона и конфигурация [He] 2s² 2p¹, борът проявява почти изключително окислителна степен +3. Но именно тук идва изненадата: борният атом в съединенията си има само шест електрона около себе си — недостигащите два го правят т.нар. Люисова киселина, тоест акцептор на електронни двойки. Тази особеност прави борните съединения изключително реактивни спрямо бази и ги превръща в мощни катализатори в органичната химия.

Типичните борни съединения включват борен триоксид (B₂O₃), борна киселина (H₃BO₃), тетраборат на натрия — боракс (Na₂B₄O₇), борен трихлорид (BCl₃) и диборан (B₂H₆). Последният е забележителен: водородните атоми в диборана образуват „мостови" връзки — трицентрови двуелектронни връзки, непознати при повечето елементи. Борният нитрид (BN) пък може да съществува в две крайно различни форми: мека, подобна на графит, и свръхтвърда кубична форма, идентична по структура на диамант и почти равна му по твърдост. При високи температури борът реагира с повечето метали, образувайки бориди — керамични материали с изключителни механични свойства.

Реактивността на бора е силно зависима от формата: кристалният бор е практически инертен при стайна температура, докато амофорният прах се окислява забележимо дори при умерено нагряване, образувайки B₂O₃.

Къде го срещаме

Боракспрахът в почистващите препарати под мивката е може би най-прекият домашен контакт с бор химичен елемент. Но борът се появява и там, където по-малко го очакваме. Боросиликатното стъкло — познато под търговски марки като Pyrex — е стъклото, от което са направени лабораторни съдове, кухненски форми за фурна и медицинска апаратура. Добавката на около 13% B₂O₃ намалява коефициента на термично разширение драстично, което означава, че съдът не се напуква при рязка температурна промяна.

В ядрената индустрия борът е незаменим: изотопът ¹⁰B е отличен абсорбер на неутрони, поради което контролните пръти в ядрените реактори и защитните облицовки съдържат боров карбид (B₄C) или разтвори на борна киселина. Борните влакна — получени чрез химично отлагане на бор върху волфрамови нишки — са по-здрави от стоманата при значително по-ниско тегло и се използват в аерокосмическата индустрия. Специалните топлоустойчиви керамики за спирачните системи на спортни автомобили и военна техника също нерядко съдържат борни съединения. В периодичната таблица на елементите борът е съсед на въглерода — и не е случайно, че двата елемента се конкурират и допълват в инженерните приложения на XXI век.

Биологична роля

[products limit="4" slider--d_columns="1" where--ids="6016,7116,8574,8576"]

Борът е единственият металоид, за чиято есенциалност при растенията е натрупано достатъчно доказателства. Растенията се нуждаят от бор в следови количества, но ролята му е фундаментална: той участва в изграждането на клетъчните стени, като образува кръстосани връзки между пектиновите полизахариди чрез борат-естерни мостове. Без бор клетъчните стени губят структурна цялост — точките на растеж некротизират, цветовете деформират, опрашването се провалва. Дефицитът на бор е реален агрономически проблем в кисели и песъчливи почви, и се компенсира с борни торове.

При животните и хората картината е по-неясна. Изследвания показват, че борът влияе на метаболизма на калций и магнезий, и вероятно подпомага здравето на костите, но есенциалността му при хората официално не е установена. Познати са токсични дози — хроничното излагане на високи концентрации борна киселина причинява увреждания на репродуктивната система при животни. Регулаторните агенции са определили безопасен горен прием от около 20 mg дневно за възрастен човек.

Любопитни факти

• Борът гори зелено. Когато борни съединения се внасят в пламък, те оцветяват огъня в наситено зелено — реакция, използвана в пиротехниката за получаване на ярко зелен цвят в фойерверки.
• Боракс и египетските мумии. Изследвания на мумификационни вещества показват присъствие на натриев тетраборат, вероятно използван заради антибактериалните му свойства — хиляди години преди химиците да разберат защо работи.
• Бор срещу неутрони. Изотопът ¹⁰B улавя бавни неутрони с впечатляваща ефективност — сечение на захващане от около 3840 барна. Медицинската технология BNCT (неутронна захватна терапия с бор) използва това свойство за лечение на определени тумори: борни молекули се насочват към раковите клетки, след което локалното облъчване с неутрони ги разрушава отвътре.
• Най-твърдата керамика. Боровият карбид B₄C е третото по твърдост известно вещество след диаманта и кубичния борен нитрид. Той е основният материал за бронежилетките от типа „керамична плоча", защитаващи от бронебойни куршуми.
• Бор в Слънцето — или не съвсем. Борът е изключително рядък в Слънцето и звездите изобщо — той се разрушава при звездните температури. Основният му космически източник са сблъсъци на космически лъчи с по-тежки ядра в междузвездното пространство, процес наречен спалация. Именно затова борът е толкова рядък и скъп в сравнение с по-леките или по-тежките си съседи в периодичната таблица.