Metall Profil: Bor

Bor Metall | Eigenschaften, Geschichte, Produktion & Gebrauch

Bor ist ein extrem hartes und hitzebeständiges Halbmetall, das in einer Vielzahl von Formen vorkommt und in Verbindungen weit verbreitet ist, um alles von Bleichmitteln und Glas bis hin zu Halbleitern und landwirtschaftlichen Düngemitteln herzustellen.

Eigenschaften:

  • Atomsymbol: B
  • Ordnungszahl: 5
  • Element Kategorie: Metalloid
  • Dichte: 2. 08g / cm3
  • Schmelzpunkt: 3769 ° F (2076 ° C)
  • Siedepunkt: 7101 ° F (3927 ° C)
  • Mohs-Härte: ~ 9. 5

Charakteristika:

Elementares Bor ist ein allotropisches Halbmetall, dh das Element selbst kann in verschiedenen Formen vorliegen, jede mit ihren eigenen physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Auch wie andere Halbmetalle (oder Metalloide) sind einige Eigenschaften von Bor metallisch, während andere eher Nichtmetallen ähneln.

Hochreines Bor existiert entweder als amorphes dunkelbraunes bis schwarzes Pulver oder als dunkles, glänzendes und sprödes kristallines Metall.

Extrem hart und widerstandsfähig gegen Hitze ist Bor bei tiefen Temperaturen ein schlechter elektrischer Leiter, ändert sich aber mit steigender Temperatur.

Während kristallines Bor sehr stabil und nicht mit Säuren reaktiv ist, oxidiert die amorphe Version langsam an Luft und kann heftig in Säure reagieren.

In kristalliner Form ist Bor das zweithärteste aller Elemente (hinter nur Kohlenstoff in seiner Diamantform) und hat eine der höchsten Schmelztemperaturen.

Ähnlich wie bei Kohlenstoff, für das frühe Forscher das Element oft verwechselten, bildet Bor stabile kovalente Bindungen, die die Isolierung erschweren.

Das Element Nummer fünf hat auch die Fähigkeit, eine große Anzahl von Neutronen zu absorbieren, was es zu einem idealen Material für nukleare Kontrollstäbe macht.

Neuere Forschungen haben gezeigt, dass Bor, wenn es unterkühlt wird, eine völlig andere Atomstruktur bildet, die es ihm erlaubt, als Supraleiter zu wirken.

Die rätselhafte Natur des Elements führte Artem Oganox von der Stony Brook University dazu, dass er sagte: "Bor ist ein schizophrenes Element. Es ist ein Element völliger Frustration.

Es weiß nicht, was es tun will. Das Ergebnis ist etwas schrecklich kompliziert. "

Geschichte:

Während die Entdeckung von Bor französischen und englischen Chemikern im frühen 19. Jahrhundert zugeschrieben wird, die Boratmineralien erforschen, wird angenommen, dass eine reine Probe des Elements erst 1909 hergestellt wurde.

Bor-Mineralien (oft als Borate bezeichnet) wurden jedoch bereits seit Jahrhunderten von Menschen genutzt. Die erste nachgewiesene Verwendung von Borax (natürlich vorkommendes Natriumborat) wurde von arabischen Goldschmieden durchgeführt, die die Verbindung als Flussmittel zur Reinigung von Gold und Silber im 8. Jahrhundert n. Chr. Verwendeten.

Extrahiert von tibetischen Seesalzbeeten und nach Westen über die Seidenstraße nach Babylon. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass Goldschmiede bereits vor 4000 Jahren Borax-Flussmittel verwendeten.

Glasuren auf chinesischen Keramiken, die zwischen dem 3. und 10. Jahrhundert n. Chr. Entstanden, haben ebenfalls gezeigt, dass sie die natürlich vorkommende Verbindung nutzen.

Die Erfindung von thermisch stabilem Borosilikatglas gegen Ende des 19. Jahrhunderts bot eine neue Nachfrage nach Boratmineralien. Corning Glass Works nutzte diese Technologie, um 1915 Pyrexglas-Kochgeschirr einzuführen.

In den Nachkriegsjahren wuchs die Zahl der Anwendungen für Bor auf eine ständig wachsende Palette von Industrien.

Bornitrid wurde in der japanischen Kosmetik verwendet, und 1951 wurde ein Herstellungsverfahren für Borfasern entwickelt.

Die ersten Kernreaktoren, die während dieser Zeit in Betrieb gingen, verwendeten ebenfalls Bor in ihren Kontrollstäben.

In der Tat wurden unmittelbar nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl 1986 40 Tonnen Borverbindungen in den Reaktor geleitet, um die Radionuklidfreisetzung zu kontrollieren.

In den frühen 1980er Jahren schuf die Entwicklung von hochfesten permanenten Seltenerdmagneten einen großen neuen Markt für das Element. Mehr als 70 Tonnen Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) -Magnete werden jedes Jahr für den Einsatz in Elektroautos bis hin zu Kopfhörern produziert.

In den späten 1990er Jahren begann der Einsatz von Borstahl in Kraftfahrzeugen zur Verstärkung von Strukturbauteilen wie Sicherheitsstangen.

Auch im 21. Jahrhundert setzt sich die Entwicklung neuer Anwendungen für das Halbmetall fort. Im Jahr 2004 entdeckten die Forscher, dass Bor bei Superkühlung und Behandlung unter hohem Druck supraleitend wird und neue Möglichkeiten im Bereich des Supercomputing eröffnet.

Produktion:

Obwohl in der Erdkruste über 200 verschiedene Arten von Boratmineralien vorkommen, sind es nur vier, die für über 90 Prozent der kommerziellen Extraktion von Bor- und Borverbindungen verantwortlich sind. Dazu gehören Tincal, Kernit, Colemanite und Ulexit.

Um eine relativ reine Form von Borpulver herzustellen, wird Boroxid, das in dem Mineral vorhanden ist, mit Magnesium- oder Aluminiumflussmittel erhitzt. Die Reduktion erzeugt elementares Borpulver, das zu etwa 92 Prozent rein ist.

Reines Bor kann durch weitere Reduktion von Borhalogeniden mit Wasserstoff bei Temperaturen über 1500 ° C (2732 ° F) hergestellt werden. Hochreines Bor, das für die Verwendung in Halbleitern benötigt wird, kann hergestellt werden, indem Diboran bei hohen Temperaturen zersetzt und Einkristalle durch Zonenschmelzen oder das Czolchralski-Verfahren gezüchtet werden. Nach Angaben der USGS wurden 2014 über sechs Millionen Tonnen Boratmineralien abgebaut. Die weltweit größte Quelle für Borate ist die Türkei, auf die über die Hälfte aller jährlich abgebauten Borate entfallen. Die staatliche türkische Staatsgesellschaft Eti Maden AS betreibt in allen vier Ländern Bor-Minen, die weitgehend durch das Mineral Colemanit geprägt sind.

Die USA sind die zweitgrößte Quelle der Welt. Zwei Unternehmen, US Borax (eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von Rio Tinto) und Searles Valley Minerals, gewinnen Bor aus langjährigen Minen in Kalifornien. Rio Tintos Borax-Mine in Boron, Kalifornien, ist seit über 140 Jahren in Betrieb.

Andere, geringere Quellen von Boratmineralien werden in China und Argentinien gewonnen.

Anwendungen:

Während jährlich über sechs Millionen Tonnen borhaltige Mineralien abgebaut werden, wird der weitaus größte Teil davon als Boratsalze wie Borsäure und Boroxid verbraucht, wobei nur sehr wenig in elementares umgewandelt wird. Bor. In der Tat werden nur etwa 15 metrische Tonnen elementares Bor pro Jahr verbraucht.

Die Breite der Verwendung von Bor- und Borverbindungen ist extrem groß. Einige schätzen, dass es mehr als 300 verschiedene Endverwendungen des Elements in seinen verschiedenen Formen gibt.

Die fünf Hauptanwendungen sind:

Glas (z. B. thermisch stabiles Borosilikatglas)

Keramik (z. B. Fliesenlasuren)

  1. Landwirtschaft (z. B. Borsäure in Flüssigdüngern).
  2. Waschmittel (z. B. Natriumperborat in Waschmitteln)
  3. Bleichmittel (z. B. Fleckenentfernungsmittel für Haushalts- und Industriebetriebe)
  4. Obwohl metallisches Bor nur sehr wenige Verwendungen aufweist, wird es bei einer Reihe von metallurgischen Anwendungen sehr geschätzt. Durch das Entfernen von Kohlenstoff und anderen Verunreinigungen, die beim Binden mit einer winzigen Menge Bor verbunden sind - nur wenige Teile pro Million - kann der Zusatz von Stahl den Stahl viermal stärker machen als der durchschnittliche hochfeste Stahl.
  5. Borstahl wird jetzt in einer Vielzahl von Sicherheitsstangen, Armaturenbrücken und anderen strukturellen Autoteilen verwendet.

Die Fähigkeit des Elements, Metalloxidfilme aufzulösen und zu entfernen, macht es auch ideal für das Schweißen von Flussmitteln. Bortrichlorid entfernt Nitride, Carbide und Oxide von geschmolzenem Metall. Infolgedessen wird dies bei der Herstellung von Aluminium, Magnesium, Zink und Kupferlegierungen verwendet.

In der Pulvermetallurgie erhöht das Vorhandensein von Metallboriden die Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit. Bei Eisenprodukten erhöht ihre Existenz Korrosionsbeständigkeit und Härte, während bei Titanlegierungen, die in Düsenrahmen und Turbinenteilen verwendet werden, Boride die mechanische Festigkeit erhöhen.

Borfasern, die durch Abscheiden des Hydridelements auf Wolframdraht hergestellt werden, sind ein starkes, leichtes Strukturmaterial, das für die Verwendung in Luftfahrtanwendungen geeignet ist, sowie Golfschläger und hochfestes Band.

Die Einbeziehung von Bor in einen NdFeB-Magneten ist entscheidend für die Funktion von hochfesten Permanentmagneten, die in Windkraftanlagen, Elektromotoren und einer Vielzahl von Elektronikbauteilen eingesetzt werden.

Die Neigung von Bor zur Neutronenabsorption erlaubt es, in nuklearen Kontrollstäben, Strahlungsschirmen und Neutronendetektoren eingesetzt zu werden.

Schließlich wird Borcarbid, die dritthärteste bekannte Substanz, bei der Herstellung von verschiedenen Panzerungen, kugelsicheren Westen sowie Schleif- und Verschleißteilen verwendet.

Quellen:

Chemicool. Bor

URL: // www. chemisches Mittel. com / Elemente / Bor. HTML

USGS. Mineralien Informationen. Bor
URL: // Mineralien. Usgs. gov / minerals / pubs / commodity / boron /
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