בורון

בורון בולע אור נראה אך הינו שקוף לקרינת אינפרא-אדום
מוליך חשמל גרוע בטמפ' החדר אבל מוליך מצוין בטמפרטורות גבוהות יותר
לבורון יש את כוח המתיחה הגבוה ביותר מכל היסודות, כלומר סיבים העשויים מבורון מסוגלים לעמוד בלחץ ומשקל רב מבלי להשבר או להקרע
ספקטרום הפליטה האופייני לבורון הוא בתחום האור הירוק

[עריכה] כימיה

פליטה אטומית של בורון צובעת להבה בירוק

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

[עריכה] הידרידים של בורון

חיזור הלידים של בורון נותן הידרידים. אי אפשר לקבל מונומר BH₃ כל סינטזה נותנת דימר $B 2 H 6$ למשל:

$8BF_3 + 6NaH \Rightarrow 6NaBF_4 + B_2H_6$

קבוע שיווי המשקל לדימריזציה ( יצירת $B 2 H 6$ משני $B H 3$ ) גבוה מאוד (בערך $105$ )ואנתלפית הפרוק של הדימר כ $150 k J m o l - 1$ . הסיבה ליצירת הדימר וליציבותו לא הייתה ברורה שכן, לכאורה, לBH₃ יש "מספיק" אלקטרונים לספק את הערכיות של הבורון והמונומר אמור להיות יציב כשם שההלידים של הבורון יציבים כמונומרים. ההסבר ליצירת הדימרים הכולל קישור ייחודי ניתן על ידי William N. Lipsconb שזכה על כך בפרס נובל לכימיה ב1976. המבנה המרחבי של הדימר (diborane): כל בורון נמצא במרכז טטראדרון מעוות; שני המימנים המגשרים נמצאים במרחקי קשר גדולים יותר מהמימנים האחרים ויוצרים זווית קשר קטנה יותר (ראה תמונה) .

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

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

[עריכה] חומצה בורית

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 ה18 על ידי סתירה של בוראקס בחומצה מינרלית. כאמור, B(OH)₃ הוא חומצה בשל המצאות אורביטל p ריק המסוגל לקבל זוג אלקטרונים לא קושר. במים התגובה החומצית תהיה $B(OH)_3 + H_2O \Rightarrow B(OH)_4^- +H^+ ; pKa = 9.24$

בחמום ל170°C יוצאת 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 פוליבוראטים למשל יון הטטרה-בוראט

4B(OH)₄⁻ + 2H⁺ -----> B₄O₇²⁻ + 9H₂O

פרט לטטרה-בוראט ניתן לסנטז גם פולי-בוראטים נוספים כדיבוראט, טרי-בוראט פנטהבוראט וכו'. מוצאים בפולי-בוראטים גם יחידות משולשות BO₃ וגם טטראדרות BO₄ ככל שעולה המטען השלילי יש יותר טטראדרות כך למשל ל $KB_5O_8\bullet 4H_2O$ יש טטראדר BO₄ אחד ו4 משולשי BO₃ ואילו ל $Ca_2B_6O_{11}\bullet7H_2O$ יש 4 טטראדרות BO₄ ושני משולשי BO₃. חומצה בורית מגיבה עם כהלים וחומצה גפרתית לקבלת אסתרים B(OR)₃ שהם נוזלים שקופים. מתגובה עם פולי-כהלים (אתילן גליקול למשל) נוצרים קלאטים יציבים.

[עריכה] פרבוראט

מבוראטים עם מי חמצן או מחומצה בורית עם נתרן פראוקסיד 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 הבורון הטטראדרלים 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 $[BO_2\bullet H_2O_2\bullet H_2O]^- +H_2O \Leftrightarrow [B(OH)_4]^- + H_2O_2 ; K\approx 0.04$

[עריכה] בוראקס

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 בהם 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 שהבורקס מכיל את האניון B₄O₅(OH)₄²⁻ המורכב משתי טטראדרות של BO₄ ושתי יחידות של BO₃ (משולשים מישוריים) כמודגם באיור

מבנה של B4O5(OH)42− אטומי בורון -וורוד, אטומי חמצן - אדום, מימנים - לבן. שני אטומי בורון (בקצוות) במרכז משולש מישורי ו2 אטומי בורון (מגשרים) במרכזי טטראדרים

מבנה של B₄O₅(OH)₄²⁻ אטומי בורון -וורוד, אטומי חמצן - אדום, מימנים - לבן. שני אטומי בורון (בקצוות) במרכז משולש מישורי ו2 אטומי בורון (מגשרים) במרכזי טטראדרים

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

[עריכה] שימושים

דטרגנט טבעי
בופר לתמיסות מעבדה כימיות וביוכימיות למשל: לאלקטרופורזה בג'ל של DNA
כחומר גלם בייצור אמייל, זכוכית (למשל פיירקס) וקרמיקה.
מעכב בעירה
מונע פטרת

[עריכה] שימושים

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

בזכות להבתו הירוקה, לבורון אמורפי מגוון שימושים בתחום הפירוטכניקה זיקוקי דינור ירוקים מכילים תרכובות בורון

הבורון אחראי לצבע הירוק בזיקוקי די נור

.
חומצה בורית היא תרכובת חשובה בתעשיית הטקסטיל. שימשה גם בתחום הדברת חרקים.
לתרכובות בורון שימוש נרחב בסינתזה של חומרים אורגניים.
מבורון מייצרים זכוכית בורוסיליקט כדוגמת פיירקס (זכוכית עמידה בחום)או BK7 (זכוכית אופטית).
תרכובות בורון משמשות כחומר שימור לעץ, יש בהן ייתרון בזכות רעילותן הנמוכה.
בורון-10 משמש כעזר בקרה בכורים גרעיניים, כמגן נגד קרינה וכגלאי ניוטרונים.
לסיבי בורון כוח מתיחה גבוה, הם קלים ומשמשים לעתים קרובות בבניית מבנים בחלל האוויר.
NaBH₄ יכול להפוך קטונים ואלדהידים לכוהלים ויש לו שימוש בכימיה אורגנית.
תרכובות בורון שונות נראות מבטיחות לטיפול בדלקת פרקים (ארתריטיס)
תרכובות מימן של בורון משחררות אנרגיה רבה כשהן מתחמצנות והן נחקרו בתור דלק לטילים.

[עריכה] היסטוריה

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

בורון לא בודד עד לשנת 1808 כאשר לואי ז'וזף גיי-ליסק (Joseph Louis Gay-Lussac), האמפרי דייווי ולואיס ג'קאוס (Louis Jacques Thénard) הצליחו להכין תמצית 50% בורון. חוקרים אלו לא זיהו את בורון בתור יסוד בפני עצמו. רק ב־1824 ג'ונס ג'יקוב ברזילאוס (Jöns Jakob Berzelius) זיהה את בורון בתור יסוד בפני עצמו וב־1909 הכימאי האמריקאי וויינטראוב (W. Weintraub) הצליח להפיק בורון טהור.

[עריכה] צורה בטבע

ארצות הברית ותורכיה הן המקור הגדול ביותר לבורון בעולם. בורון לא נמצא בטבע בצורתו החופשית, הוא מופיע בתרכובות שונות, כמו למשל חומצה בורית.

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

[עריכה] אמצעי זהירות

בורון ותרכובות בורון לא רעילות ולכן לא דורשות אמצעי זהירות מיוחדים. תרכובות "אקזוטיות" של בורון ומימן כן רעילות ולכן דורשות אמצעי זהירות מיוחדים.

[עריכה] קישורים

[עריכה] הערות שוליים

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

מקור: http://he.wikipedia.org../../../%D7%91/%D7%95/%D7%A8/%D7%91%D7%95%D7%A8%D7%95%D7%9F.html

קטגוריות: יסודות כימיים | מתכות למחצה

בורון

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

תוכן עניינים

[עריכה] תכונות

[עריכה] כימיה

[עריכה] הידרידים של בורון

[עריכה] חומצה בורית

[עריכה] פרבוראט

[עריכה] בוראקס

[עריכה] שימושים

[עריכה] שימושים

[עריכה] היסטוריה

[עריכה] צורה בטבע

[עריכה] אמצעי זהירות

[עריכה] קישורים

[עריכה] הערות שוליים

Views

ניווט

קהילה

חיפוש

שפות אחרות