بورون

البورون Boron هو عنصر كيميائي في الجدول الدوري يرمز له بالرمز B وعدده الذري 5. وهو عنصر فلزي ثلاثيّ التّكافؤ ، ويتواجد البورون بوفرة عالية في ملح بورات الصوديوم (بورق أو بوراكس). وهناك صورتين متأصليتين للبورون ، فالبورون الغير متبلور عبارة عن مسحوق بني ، ولكن فلز البورون بشكله البلوري أسود اللون. الشكل الفلزي قاس (9.3 على مقياس موه) وهو موصل رديء في درجة حرارة الغرفة. ولا يوجد بشكل حر في الطبيعة.

بريليوم → بورون ← كربون - ↑ B ↓ Al 5B الجدول الدوري
المظهر
black/brown ملف:B,5
الخصائص العامة
الاسم، الرمز، الرقم	بورون, B, 5
تصنيف العنصر	metalloid
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي	13, 2, p
الوزن الذري القياسي	10.811(7)
التوزيع الإلكتروني	1s2 2s2 2p1 2, 3
الخصائص الطبيعية
الطور	صلب
الكثافة (بالقرب من د.ح.غ.)	2.34 g·cm−3
الكثافة السائلة عند ن.إ.	2.08 گ·سم−3
نقطة الانصهار	2349 ك, 2076 °C, 3769 °F
نقطة الغليان	4200 ك, 3927 °س, 7101 °ف
حرارة الانصهار	50.2 ك‌ج·مول−1
حرارة التبخر	480 ك‌ج·مول−1
السعة الحرارية المولية	11.087 ج·مول−1·ك−1
ضغط البخار
پ (پا) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 2348 2562 2822 3141 3545 4072
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة	4[1], 3, 2[2], 1[3] (mildly acidic oxide)
سالبية كهربية	2.04 (مقياس پولنگ)
طاقات التأين (المزيد)	الأولى: 800.6 ك‌ج·مول−1
	الثانية: 2427.1 ك‌ج·مول−1
	الثالثة: 3659.7 ك‌ج·مول−1
نصف القطر الذري	85 پ‌م
نصف القطر الذري (المحسوب)	87 پ‌م
نصف قطر تساهمي	82 pm
متفرقات
البنية البلورية	rhombohedral
الترتيب المغناطيسي	nonmagnetic
المقاومية الكهربائية	(20 °C) 1.5×104Ω·m
ناقلية حرارية	27.4 W·m−1·K−1
التمدد الحراري	(25 °س) 5–7 µm·م−1·ك−1
سرعة الصوت (قضيب رفيع)	(20 °س) 16200 م·ث−1
معامل الحجم	(β form) 185 گ‌پا
صلادة موس	9.3
صلادة ڤيكرز	49000 MPa
رقم تسجيل كاس	7440-42-8
أكثر النظائر استقراراً
المقالة الرئيسية: نظائر بورون
نظ ت.ط. عمر النصف DM DE (م‌إڤ) DP 10B 18.8%* B يكون ثابت وله 5 نيوترون 11B 81.2%* B يكون ثابت وله 6 نيوترون *محتوى البورون-10 قد يقل إلى درجة 19.1% وقد يرتفع إلى 20.3% في عينات طبيعية. والبورون-11 هو المتبقي في مثل تلك الحالات.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 خواصه

يتميز ببنية إلكترونية 1S²2S²p¹، وهذا يفسر تكافؤه الثلاثي لوجود ثلاثة إلكترونات في المدار الخارجي. ويكون في الطبيعة مزيجاً من نظيريْن كتلتاهما الذريتان 10 بنسبة 18.8 ٪ و11 بنسبة 81.2 ٪؛ تبلغ نسبته في الطبيعة (وفرته النسبية) نحو 5×10-3 ٪، ولا يوجد حراً في الطبيعة، وإنما يوجد في مركباته التي أهمها حمض البور والبوراكس وبيربورات الصوديوم.

البورون عنصر شره للإلكترونات ، حيث أن لديه مدار p شاغر. ومركبات البورون تسلك سلوك أحماض لويس ، وإتحاده بسهولة مع المواد الغنية بالإلكترونات هو محأولة لإشباع طلب ذراته للإلترونات.

من خصائص البورون الضوئية أنه قادر على إنفاذ الإشعة التحت الحمراء. وفي درجات حرارة الغرفة يكون البورون موصلا سيئا للكهرباء ولكنه موصل جيد في درجات الحرارة العالية.

للبورون أقوى تحمل للتوتر بين العناصر المعروفة.

يمكن استخدام نايتريد البورون لصناعة مواد قاسية ققسأوة الألماس. كما يقوم النيتريد كعازل كهربائي ولكنه يوصل الحرارة بشكل شبيه للفلزات. كما أن للبورون القدرة للعمل كمادة مقلله للإحتكاك تشبه تلك الموجودة لدى الجرافيت. والبورون يشبه الكربون أيضا في قدرته على تكوين شبكات جزيئية من روابط تكافئية مستقرة.

 استخداماته

أن أهم مركبات البورون إقتصاديا هو ثلاثي بورات ديكاهيدرات الصوديوم (sodium tetraborate decahydrate)Na₂B₄O₇ · 10H₂O، أو البورق المستخدم بكميات كبيرة في إنتاج الألياف الزجاجية العازلة ومواد التبييض ، استخدامات إخرى:

بسبب لون الأخضر المميز ، يستخدم في الإشارات الإشارات النارية. حمض البوريك مركب مهم يستخدم في صناعة النسيج. مركبات البورون تستخدم بشكل كبير في عمليات التركيب العضوي كما يدخل في صناعة زجاج البوروسيليكات. تستخدم مركبات أخرى كمواد حافظة للأخشاب ، وهي جذّابة لهذا الاستخدام لانخفاض سميتها. بورون-10 يستخدم للمساعدة في السيطرو التحكم في المفاعلات النووية ، كدرع واقي من الإشعاع وكذلك للكشف عن النيوترونات. لفتائل (خيوط) البورون قوة عالية وكتلة قليلة ، ولذلك فهي المستخدمة بشكل رئيس في هياكل مركبات الأجواء العالية والفضاء المتقدمة. يتم بحث استخدام مركبات البورون للاستخدام في طيف عريض من التطبيقات ، منها الأن كجزء من الأغشية المنفذة للسكر ، كواشف الكربوهيدرات والمُجمّعات الحيوية. كما يستخدم في مجالات طبية ، ويبدو ان لمركبات أخرى للبورون مستقبل واعد في علاج الروماتيزم وآلام المفاصل.

يمكن أكسدة هيدرات البورون بسهولة وتحرر كمية جيدة من الطاقة. ولذلك فهي تُدرس لإحتمالية استخدامها كوقود للصواريخ.

 تاريخ

ساسوليت

مركبات البورون (عرفها العرب بإسم البورق عن الفرس الذين عرفوها بإسم بوره) كانت معروفة منذ آلاف السنين. في مصر القديمة ، إعتمدت عملية تحنيط المومياء على خام يعرف بإسم نطرون، والذي يحوي على البوريتس وأملاح أخرى شائعة. واستخدم البوراكس في طلاء الزجاج في الصين منذ 300 ق.م.، كما أستخدم في صناعة الزجاج في روما القديمة.

لم يتم فصل عنصر البورون إلا عام 1808 على يد السير همفري ديفي ، غاي لوساك و ل. ج. ثينارد، حيث فصلوه حتى نسبة نقاوة 50%. لم يعرف هؤلاء كون المادة كانت عنصرا. وكان يونس ياكوب برزليوس الذي عرّفه كعنصر عام 1824. وتم إنتاج أول عينة من البورون الصرف على يد الكيميائي الأمريكي و. واينتراوب في عام 1909.

 وجوده

Borax crystals

الولايات الأمريكية المتحدة وتركيا هما أكبر منتجين للبورون في العالم. البورون لا يوجد في الطبيعة بشكل حر ولكن يوجد على شكل مركبات في البوراكس (بورق) ، حمض البوريك ، الكوليمانتين ، الكرنيت ، الأولوكسيت والبورات. يوجد حمض البوريك أحيانا في الينابيع البركانية. والأوليكسيت هو معدن من معادن البورون وله خصائص كتلك التي للألياف الزجاجية.

المصادر المهمة إقتصاديا تأتي من إحتياطيات خامات الكرنيت والتنكال (خامات البوراكس) والتان توجد كلاهما في صحراء موجافي في كاليفورنيا (البوراكس هو المصدر الأهم هناك) وتركيا فيها أيضا الكثير من خامات البوراكس.

في عام 1997 كانت تكلفة شكل بلوري من البورون بنقاء يصل إلى 99% حوالي 5 دولارات أمريكية لكل غرام وكانت تكلفة الشكل الغير متبلور (عديم الشكل) دولارين أمريكيين للغرام الواحد.

 تحضيره

تحضير البورون النقي ليس بالعملة السهلة. الطرق الأولى التي استخدمت تضمنت إختزال أكسيد البوريك مع معادل كالمغنيسيوم أو الألمنيوم. ولكن الناتج كان في أكثر الأحيان يشوبه بورات المعدن المستخدم. ويمكن تحضير البورون النقي بإختزال شكل متطاير من البورون باستخدام الهيدرجين في درجات الحرارة العالية.

أما البور البلوري فيُحضَّر من إرجاع كلوريده بالهيدروجين بوساطة القوس الكهربائية ذات المسرى النحاسي. ويوجد البور اللابلوري على هيئة مسحوق أسود ـ كستنائي كثافته 1.7. أما البور البلوري فيوجد بشكل بلورات سوداء لامعة ذات قساوة عالية جداً، وكثافتها 2.3. يمكن استخدامها في السحج abrasion. ينصهر البور في درجة حرارة مقدارها 1200ْس، ويغلي في درجة حرارة تزيد على 2500ْس. تتناقص مقاومته الكهربائية بسرعة بازدياد الحرارة.

 نظائره

Neutron cross section of boron (Black is ¹⁰B and blue is ¹¹B)

للبورون نظيرين مستقرين موجودين في الطبيعية ، هما B-11 (80.1%)و B-10 (19.9%).

 التفاعل

يسلك البور عموماً سلوك الجسم المرجع في درجات الحرارة المرتفعة، فهو يحترق بالأكسجين معطياً الأكسيد الموافق. ويتحد مع الهالوجينات بالحرارة معطياً الهاليدات من الشكل BX3. أما تفاعله مع الآزوت فلا يتم إلا في الدرجات المرتفعة من الحرارة، حيث يتشكل في الدرجة 1200ْس نتريد البور الذي يتمتع بدرجة انصهار عالية تبلغ نحو 3000ْس؛ لذلك فهو يستخدم في تبطين الأفران مادة تتحمل الحرارة وتعكسها. وبتسخين البور مع الكبريت يعطي كبريت البور ويشكل مع الهدْروجين الكثير من هيدريدات البور، أهمها ثنائي البوران B2H6 الذي يمكن استخدامه وقوداً في الطائرات والصواريخ.

أما مع المعادن فيعطي بالتسخين بوريد المعدن الموافق، ويتفاعل البور كذلك مع الأسس المصهورة ليعطي البورات مع انطلاق الهدروجين. وينحل البور في حمض الآزوت المركز، ويمكن تحسين بعض صفات الحديد الصب بإضافة البور إليه. ويؤدي البور دوراً بيولوجياً مهماً في عالم النبات إذ تراوح نسبته مابين 2.3 و11.3 ميللغرام بور في كل 1 كغ من المادة الجافة في أحاديات الفلقة monocotyledons؛ أما نسبته في ذوات الفلقتين diciotyledons فهي تراوح بين 8 و95 مغ لكل 1 كغ من المادة.

يعد ثلاثي أكسيد البور هذا في الأكاسيد المذبذبة amphoteric، وإن كان أكثر حمضية من أكسيد الألمنيوم. ويصنف على أنه بلاما حمض البور، الذي يُحضَّر من تأثير حمض الكبريت في البوراكس Na2B4O7.10H2O. ويعد حمض البور في الحموض الضعيفة ويسلك في المحاليل سلوك آخذ للإلكترونات، ويدخل في صناعة بعض الأدوية الصيدلانية مادةً معقمة، ويساعد على حفظ الأطعمة، كما يستعمل في صناعة بورات الصوديوم والبوراكس، وهي مواد ذات أهمية في صناعة الخزف وبعض أنواع الزجاج (البيركس) إذ يفيد في إنقاص عامل تمددها الحراري.

ويشكل البور مع الهالوجينات، على غرار الألمنيوم، ثلاثي الهاليد، وهي مركبات ذات طبيعة مشتركة covalent ومتطايرة، يتناقص تطايرها بازدياد الوزن الجزيئي للهاليد. وتتحلل هاليدات البور بسرعة في الماء.

 تحذيرات

عنصر البورون والبورات ليست سامّة ولذلك فإنه لا يوجد إجراءات خاصة يجب القيام بها عند التعامل معه. ولكن بعض مركبات البورون والهيدرجين سامّة وتحتاج إلى معاملة خاصّة.

 انظر أيضاً

• Boron deficiency
• Boronic acid
• Suzuki coupling
• Hydroboration-oxidation reaction

 المصادر

• Los Alamos National Laboratory - Boron

 مراجع للإستزادة

• عبد المجيد البلخي، محمد علي المنجد، الكيمياء اللاعضوية (2)، (منشورات جامعة دمشق 1981 - 1982).
• قاسم أم الزين، المولوي عبد الكافي، الهادي زروق، كيمياء العناصر (المنظمة العربية للتربية والثقافة والعلوم).
• F.A.Cotton & G.Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry (John Wiley & sons 1980).

 وصلات خارجية

ابحث عن boron في
قاموس المعرفة.

• Boron
• Computational Chemistry Wiki
• Environmental Health Criteria 204: Boron (1998) by the IPCS.
• It's Elemental - Boron
• National Pollutant Inventory - Boron and compounds
• WebElements.com - Boron