Boras gamtoje ir jo junginiu biologinis poveikis

Kauno Technologijos Universitetas

Tiriamasis mokslinis darbas

Boras gamtoje ir jo junginių biologinis poveikis

Vadovas: Ivanauskas

Atliko: Laima Grinevičiūtė

TBT-3

2004 Kaunas

p Elementai

Periodinėje sistemoje yra 30 p elementų. Jie sudaro IIIA-VIIIA grupes.
Šių grupių elementų atomų išorinio sluoksnio elektroninė struktūra yra
tokia: ns2np1, ns2np2, ns2np3, ns2np4, ns2np5, ns2np6. p elementų atomuose
valentiniai yra ne tik išorinio sluoksnio p, bet ir s elektronai.
Dažniausiai didžiausias teigiamas oksidacijos laipsnis lygus grupės
numeriui.

Perioduose, didėjant p elementų eilės numeriui, atomo radiusas mažėja,
jonizacijos potencialas, elektroninio giminingumo energija ir neigiamas
elektringumas didėja. Grupėse didėjant elektroninių sluoksnių skaičiui,
atomų matmenys didėja, o jonizacijos ppotencialas mažėja. Redukcinės p
elementų savybės silpnos (išskyrus Al). Elementų neutralių atomų
oksidacinis aktyvumas didėja šia kryptimi : IIIA(VIIA.

IIIA grupės elementai

IIIA grupæ sudaro boras (Borum) B, aliuminis (Aluminium) Al, galis
(Gallium) Ga, indis (Indium) In ir talis (Thallium) Tl. Nesužadinto atomo
valentinių elektronų formulė ns2np1, sužadinto – ns1np2.Išskyrus aliuminį,
visi IIIA grupės elementai – poliizotopai.

1 lentelė.Kai kurios IIIA grupės elementų charakteristikos*
|Charakteristika|5B |13Al |31Ga |49In |81TI |
|Atomo |2s22p1 |3s23p1 |4s24p1 |5s25p1 |6s26p1 |
|valentiniai | | | | | |
|elektronai | | | | | |
|Atomo radiusas |91 |143 |139 |166 |171 |
|pm | | | | | |
|Izotopų |2 |1 |2 |2 |2 |
|skaičius | | | | | |
|Jono E3+ |20 |57 |62 |92 |105 |
|radiusas pm | | | | | |
|Jonizacijos |8,30 |5,99 |6,00 |5,79 |6,11 |
|E→E+ | | | | | |
|potencialas eV | | | | | |
|Neigiamas |2,04 |1,61 |1,81 |1,78 |- |
|elektringumas | | | | | |
|Tankis kgg*m-3 |2340 |2700 |5900 |7310 |11850 |
|Temperatūra K: |2348 |933 |302,8 |429,4 |577 |
|Lydymosi |3973 |2773 |2478 |2273 |1748 |
|Virimo | | | | | |
|Gamtinių |10,11 |27 |69(60,5%)|115 |205 |
|izotopų masės |(81%) | |, |(96,67%), |(70,50%),|
|skaičius | | |71 |113 |203 |
|Paplitimas |0,0012 |7,5 |4*10-4 |1*10-5 |3*10-4 |
|Žemės plutoje %| | | | | |

Lentelėje tankis ir temperatūra yra medžiagos charakteristika.

Šiems elementams būdingesnis oksidacijos laipsnis +3. Didėjant elementų
atominei masei, didėja mažesnio oksidacijos laipsnio junginių patvarumas.
Labai inertiška yra 6s2 elektonų pora, todėl taliui būdingesnis o

oksidacijos
laipsnis +1.

IIIA grupės elementų metališkosios savybės silpnesnės negu gretimų IIA
ir ypač IA grupės elementų. ŠIų elementų gamtoje laisvų neradama, jie
gaunami metaloterminiu ir elektrolizės būdu iš junginių. Didėjant elemento
eilės numeriui, atomų jonizacijos potencialas, medžiagos lydymosi
temperatūra kinta netolygiai, o atomų (išskyrus galį) jonų radiusai ir
medžiagos tankis didėja (1 lent.).

Išskyrus borą, visi metalai – sidabriškai baltos spalvos, chemiškai
aktyvūs. Su halogenais sudaro EHal3 tipo junginius, kurių patvarumas mažėja
šia kryptimi:EF3(ECl3(EBr3(EI3. Ore, kambario temperatūroje, jie reaguoja
su deguonimi, otdėl persidengia apsaugine oksido plėvele (boras – tik
amorfinis).

Oksidai E2O3 yra kietos kristalinės medžiagos, vandenyje netirpsta
(išskyrus B2O3). Su siera sudaro sulfidus, su azotu – nitridus, su anglimi
– karbidus.

Oksidų hidratai – vandenyje, netirpios bazės E(OH)3.Kuo didesnis
elemento atomo radiusas, tuo stipresnės oksidų ir hidroksidų bazinės
savybės: Al(OH)3 ir Ga(OH)3 – amfoteriniai, In(OH)3, TI(OH)3 – baziniai.

Išskyrus borą, kitų šios grupės elementų druskos &##8211; chloridai, nitratai
ir sulfatai – gerai tirpsta vandenyje.Talis, skirtingai nuo kitų šios
grupės elementų, sudaro dviejų tipų druskas, kuriose jo oksidacijos
laipsnis +1 ir +3. Patvaresnės pirmosios, jos panašios į šarminių metalų
druskas.

IIIA grupės elementai plačiai taikomi įvairių lydinių gamyboje.

Boras

Atradimas, išskyrimas ir paplitimas. Negrynas boras buvo gautas dar
XVIII a., bet tik 1892m. H.Moisanas gavo šį elementą 95.98% grynumo
redukuodamos boro oksidą B2O3 magniu. Įvairios jo kristalinės formos yra
sunkiai lydžios, be to, aukštoje temperatūroje reaguoja su H2 ,O2 ir
daugeliu metalų, todėl buvo gautos tik paskutiniais
dešimtmečiais.Pavadinimą pasiūlė H> Deivis; iš jo matyti, iš k

kur elementas
kilæs ir kad jis panašus į anglį (bor(ax+carb)on).

Boro Žemės plutoje yra ( 9 ppm. Gamtoje dažniausiai randamas poliboro
rūgščių (B2O3)n(H2O)m kalcio ir magnio druskų, rečiau – boro rūgšties H3BO3
(sasolino), natrio tetraborato Na2B4O7*10H20 (borakso) ir kernito
Na2B4O7*4H20. Boro junginių randama jūrų, druskingųjų ežerų, karštųjų
versmių vandenyje, mineraluose. Pagal boro rūdų gausumą Tarybų Sąjunga
užima trečią vietą pasaulyje.

Boro gavimas ir struktūra

Boras iš junginų išskiriamas keturiais pagrindiniais būdais:

1) Junginiai redukuojami metalais aukštoje temperatūroje:

B2O3+3Mg→2B+3MgO

2) Elektrolizuojami boratų ir tetrafluoroboratų lydiniai (pvz., KBF4 8000

C);

3) Lakūs boro junginiai redukuojami vandeniliu:

2BBr3+3H2→2B+6HBr

Tai efektyvus labai gryno (>99,9%) B gavimo būdas;

4) Termiškai skaidomi boro hidridai ir halogenidai.
Žinoma viena amorfinė (rudi milteliai) ir daug kristalinių boro
modifikacijų . Dėl mažų atomų ir didelės jonizacijos energijos boro
molekulės vyrauja kovalentinė jungtis. Įvairias boro modifikacijas sudaro
B12 struktūrinis vienetas. Paprasčiausia alotropinė B modifikacija yra α
rombinė. Ji sudaryta iš apyktiksliai taisyklingų B12 vienetų.

Termodinamiškai patvariausia yra β rombinė B modifikacija. Jos
struktūra, kaip ir tetragoninių modifikacijų, yra dar sudėtingesnė.

Boro fizikinės ir cheminės savybės

Žinomi du patvarūs natūraliai egzistuojantys boro izotopai.Jų atominės
masės 10B=10,01294 ir 11B=11,0093. Nesužadinto atomo valentinių elektronų
formulė 2s22p1, pirmos trys jonizacijos energijos yra daug didesnės nei
kitų pogrupio elementų.

Boro neigiamasis elektringumas (2,04) nedaug didesnis kaip Si(1,8) ir
Ge(1,8) ir šiek tiek mažesnis nei C(2,5) ir H(2,1). Boras labai sunkiai
lydosi (tlyd 21800C; iš nemetalų tlyd aukštesnė tik anglies ), jo mažas
tankis ir labai mažai laidus elektrai (1,5*10-6Ω-1*cm-1). Mažas b

boro atomo
dydis, didelė jonizacijos energija, panašus į B, C, H neigiamas
elektringumas lemia boro kovalentinių (molekulinių) junginių gausumą ir
savitumą. Sužadintas B atomas pereina į 2s1p1xp1y ir toliau į sp2 hibridinę
valentinę būseną, kurioje orbitalės išsidėsčiusios 1200 kampu. Šią būseną
atitinka boro junginių struktūra; B atomas būna susijungęs su trimis kitais
atomais (trys jungtys junginyje BF3, anijone BO32-) ir kt.

Kadangi boro atomas yra nedidelis ir turi laisvą orbitalę, tai jis yra
vienas stipriausių elektronų poros akceptorių. Daugelis boro junginių yra
Lujio rūgštys, energingai reaguojančios su Lujio bazėmis:

BF3(d.)+F-→[BF4]-

Kompleksinio [BF4]- jono sandara tetraedrinė. Tokia sandara būdinga ir
kitiems boro junginiams, sujungtiems donorine – akceptorine σ jungtimi.
Šiuose junginiuose B atomo sp3 hibridinės orbitalės sudaro 4 kovalentines σ
juntis. Nors B atomas išoriniame sluoksnyje neturi d orbitalių, bet kartais
sudaro junginius, kuriuose jo koordinacijos skaičius yra 6. Manoma,kad
tokiuose junginiuose susidaro tricentinės jungtys.

Borui būdingas didelis giminingumas deguoniui – tai lemia boratų
gausumą. Dėl mažo atomo dydžio susidaro daug kietųjų lydinių tipo metalų
boridų. Boro junginių įvairovę lemia ir boro geba sudaryti šakotas ir
nešakotas atomų gradines.

Cheminis boro aktyvumas labai priklauso nuo jo grynumo, kristališkumo
ir temperatūros. Kambario temperatūroje boras reaguoja su F2 ir lėtai su
deguonimi. Aukštesnėje temperatūroje B reaguoja tiesiogiai su visais
nemetalais, išskyrus H, Ge, Te, ir inertines dujas, ir beveik su visais
metalais, išskyrus sunkesnius B pogrupių elementus (Ag, Au, Cd, Hg, Ga, In,
TI, Sb, Pb, Bi).

B neoksiduojančiose r
rūgštyse netirpsta. Šildomas sąveikauja su
koncentruotomis H2SO4, HNO3, aqua regia – susidaro H3BO3:

2B+3 H2SO4→2 H3BO3+3SO2

B+ HNO3+H2O→ H3BO3+NO

Kristalinis B beveik nereaguoja su šarmų tirpalais, bet esant
oksidatoriui (Na2CO3 ir NaNO3 mišinys, 9000C) tirpsta išlydytuose šarmuose.
Amorfinis B sąveikauja su koncertruotais šarmų tirpalais:

2B+2KOH+2H2O→2KBO2+3H2

Su boru sudaromos kompozicinės, stiprinančios medžiagos, vartojamas
aviacijoje ir kosminiuose laivuose.

Junginiai

Galima išskirti šešis boro junginių tipus. Jų cheminė sistematika
grindžiama jungties tipu, struktūra ir cheminėmis reakcijomis:

1. Metalų boridai M5B.MB66 (net iki MB100);

2. Boro hidridai ir jų dariniai;

3. Boro halogenidai;

4. Boro deguoniniai junginiai;

5. B – N junginiai;

6. B – S junginiai;

Boridai

Boridų grupę sudaro daugiau kaip 200 binarinių junginių. Jų
stechiometrinė sudetis ir stuktūra labai įvairi (pvz., M5B, M5B3, M10B11,
MB10, MB18, MB66 ir kt.). Žinoma labai daug ir nestechiometrinės kintamos
sudėties bei trinarių ir dar sudėtingesnių junginių, kuriuose su boru yra
susijungę keli metalai.
Boridai, kurių sudėtyje yra daug atomo metalo, yra labai kietos, chemiškai
inertiškos, sunkiai lydžios medžiagos. Jų lydymosi temperatūra ir laidumas
elektrai dažnai didesni nei jų sudėtyje esančio metalo (pvz., Zr, Hf, Nb ir
Ta diboridų lydymosi temperatūros aukštesnės kaip 30000C, TiB2 laidumas
elektrai 5 kartus didesnis nei Ti).

Boridai paprastai gaunami miltelių pavidalo. Iš jų standartiniais
miltelių metalurgijos bei keramikos gamybos būdais gali būti pagaminami
norimos formos gaminiai.

Boridai sintetinami įvariai. Dažniausiai jie tiesiogiai sintetinami iš

elementų:

Cr+nB→CrBn

Kiti gavimo būdai:

a) Metalų oksidų redukavimas boru:

Sc2O3+7B→2ScB2+3BO

b) BCl3 redukavimas metalu (kartais kartu ir H2):

BCl3+W+1/2H2→WB+Cl2+HCl

c) Boro ir metalo oksidų redukavimas anglimi:

V2O5+B2O3+8B→2VB +8CO

d) Metalo oksido (arba M+B203) redukavimas boro karbidu:

7Ti+ B203+3B4C→7TiB2+3CO

Naudingiausia ir ekonomiškiausia borą gauti iš boro karbido. Šis
junginys susidaro taip:

2B2O3+7C→B4C+6CO

Dažniausiai boridai esti tokios stechiometrinės sudėties: M2B, MB,
MB2, MB4, MB6. Boro atžvilgiu daugiau metalo atomų turinčius boridus sudaro
pereinamieji elementai, o daugiau boro atomų molekulėje turintys boridai
būdingi mažesnio neigiamo elektringumo IA.IIIA grupių elementams. Boridų
struktūra yra labai įvairi. Pavyzdžiui, kubiniai heksaboridai MB6
kristalinasi paprasta CsCl tipo gardele, kurioje halogenų atomai pakeisti
B6 oktaedrais(2.6 pav.).

Metalų boridai vartojami turbinų bei degimo kamerų išklojų
plokštelėms, raketų antgaliams. Kadangi jie chemiškai atsparūs skystiems
metalams, šlakams, druskoms, tai vartojami aukštų temperatūrų reaktoriuose,
išgarinimo voniose, termoelementų apvalkalams. Iš metalų boridų ir boro
karbido sudaromi skydai neutronams sulaikyti branduolinėje energetikoje.
B4C, kaip abrazyviniais milteliais, poliruojama ir šlifuojama, iš jo
sudaroma lengva, nepramušama lėktuvų apsauginė danga (ir iš berilo borido).

Boranai

Boras su vandeniliu neraguoja – boro vandeniliai – boranai – gaunami
netiesioginiu būdu. Šiuo metu yra ištirta kelios dešimtys neutralių boranų
BnHm ir dar daugiau anijonų BnHmx-. Pagal struktūrą šie junginiai gali būti
suskirstyti mažiausiai į 5 grupes, o daugumos jų stechiometrinė sudėtis
aprašoma formulėmis BnHn+4 (pvz., B2H6)ir BnHn+6 (pvz., B4H10).

Diborano molekulėje keturios galinės jungtys B – H yra
dvielektroninės; kiti keturi elektronai sujungia radikalus BH2
vandeniliniais tilteliais, gulinčiais plokštumoje, statmenoje BH2 radikalų
plokštumai. Šios jungtys yra ilgesnės nei galinės . Todėl apie kiekvieną B
atomą susiformuoja iškreiptas tetraedras. Kiekvienas tiltinis H atomas su
dviem B atomais sudaro bendrą dvielektroninę trecentrę B – H – B jungtį.
B2H6 molekulėje elektronais užpildyta tik jungiančioji molekulinė orbitalė.
Tokia jungtis stipresnė (59 kJ*mol-1) nei dvicentrinės B – H jungtys; jos
susidaro susinėrus dviem B sp3 orbitalėms su viena H atomo s orbitale.
Tokių tricentrinių B – H – B jungčių yra daugelyje boranų (2.8 pav.).

Mažos molekulinės masės boranai kambario temperatūroje yra dujos,
didesnės – lakūs, nemalonaus kvapo skysčiai arba kietos medžiagos. Boranai
yra endoterminiai junginiai, labai nuodingi, chemiškai aktyvūs. Kai kurie
jų savaime užsidega ore:

B2H6+3O2→B2O3+3 H2O
Reaguoja su vandeniu:

B2H6+6H2O→2H3BO3+6H2
Boranus galima gauti veikiant praskiestomis tūgštimis (pvz., HCl) magnio
boridą MgB2 – susidaro boranų mišinys, kuriame vyrauja B4H10. Šį mišinį
galima perskirti distiliacija mažame slėgyje. Tačiau šiuo būdu boranų
gaunama nedaug, todėl dažniausiai jie sintetinami kitomis reakcijomis
nevadeninėse terpėse arba dujinėje fazėje (dėl boranų sąveikos su
vandeniu), pavyzdžiui:

3NaBH4+4BF3→2B2H6+3Na BF4

6H2(d.)+2BCl3(d.) →B2H6(d.)+6HCl(d.)

2Na BH4+I2→B2H6+2NaI+H2

2BF3(d.)+6NaH(krist.) →B2H6(d.)+6NaF(krist.)

Iš B2H6 (tiesiogiai ir netiesiogiai) gaunami visi kiti boranai:

2B2H6→B4H10+H2

B4H10+2B2H6→2B5H11+2H2

B2H6 eterio tirpale reaguoja su ličio hidridu – susidaro
tetrahidroboratas:

B2H6+2LiH→2LiH4

Tetrahidroboratai yra kristalinės medžiagos. MBH4(M+ – šarminis
metalas) gerai tirpsta vandenyje. Plačiausiai vartojamas natrio
tetrahidroboratas – kaip reduktorius. Viena šių junginių reakcijų atliekama
pramonėje ditijonitui gauti (90% išeiga):

NaBH4+8NaOH+8SO2→4Na2S2O4+NaBO2+6H2O

NaBH4 vartojamas cheminio metalavimo procesuose, pavyzdžiui, Ni
redukuoti nikeliuojant metalus ir nemetalus – plastmases (Ni danga stipri
ir atspari korozijai).
Anijoninia boranai gaunami redukuojant boranams su aktyviais metalais,
pavyzdžiui, su Na, K, Ca:

2B2H6+2Na→ NaBH4+NaB3H8

Jie susidaro ir deprotonizuojant boranus šarminių metalų hidridais:

B5H9+MH→MB5H8+H2

Žinoma it didesnio neigiamo krūvio (pvz., B2H62-, B12H122-) bei
didesnės molekulinės masės (pvz., B20H182-, B20H184-) anijoninių boranų.
Paskutiniais dešimtmečiais susintetinta ir ištirta nemažai karbonatų, t.y.
boranų, kurių sudėtyje yra ir C atomų, pavyzdžiui:CB5H9, C2B4H8. Tai
bespalviai, lakūs skysčiai arba kietos medžiagos. Karboranai sudaro ir
neigiamus jonus (pvz., C2H9H112-). Juos koordinuoja daugelis pereinamųjų
metalų jonų (pvz., Fe2+, Fe3+, Co2+, Cr3+, Zn2+, Mn2+ ir kt.) ir net
neutralūs jų atomai (pvz., Ni, Pt, Pd).

Boranatai

Boras su oraganiniais junginiais sudaro kompleksus, vadinamus
boranatais. Jų bendra formulė: [R(X)BL2]+Y-; čia R – organinis radikalas; Y
– HaI, – SR, ClO-4, [FeCl4], [AlCl1]-; X – organinis radikalas, H, HaI-,
OR, – SR, – NR2, SO4-2; L – eteris, NH3, aminas, fosfinas, suldifas.

Boronatuose gali vykti ligandų mainai, šios medžiagos hidrolizuojasi,
oksiduojasi.

Halogenidai

Boras sudaro daug halogenidų. Iš jų patvariausiai ir plačiausiai
ištirti yra monomereniai trihalogenidai BX3. Jie gali būti laikomi
pirmaisiais homologinės eilės BnXn+2 nariais. Antruosius narius B2X4 sudaro
visi keturi halogenai, o fluoras sudaro dar ir junginius, turinčius daugiau
BF2 grupių: B3F5, B4F6, B8F12. Bendra junginių su chloru formulė BnCln
(n=4, 8.12). Keletą panašių junginių sudaro bromas (n=7.10) ir jodas
(pvz., B9I9).

Boro trihalogenidai yra lakūs, labai chemiškai aktyvūs molekuliniai
junginiai. Jų lydymosi temperatūra ir lakumas analogiški kaip atitinkamų
halogenų: BF3 ir BCl3 kambario temperatūroje yra dujos, BBr3 – lakus
skystis, BI3 – kieta medžiaga. Visi keturi junginiai yra trigoninės
plokščios molekulės. Atstumai tarp B ir X atomų daug mažesni nei paprastos
viengubos jungties ilgis, nes , be σ MO, elektronai užpildo ir
jungiančiąsias π MO orbitales, susidariusias iš fluoro ir boro atomų p
orbitalių. Todėl BF3 patvarus net iki 20000C. Jis gaunamas fluorinant boro
oksidą:

B2O3+6HF→2BF3+3H2O

BCl3 ir BBr3 gaunami halogeninant boro oksidą (esant angliai):

B2O3+3C+3Cl2→2BCl3+3CO

BI3 gaunamas veikiant LiBH4 (arba Na BH4) elementiniu jodu:

LiBH4+2I2→LiI+BI3+2H2

Boro halogenidai aktyviai sąveikauja su vandeniu – susidaro boro ir
vandenilio halogenidinės rūgštys:

BX3+3HOH→H3BO3+3NX

Hidrolizuojantis boro trifluoridui, susidaro dvi rūgštys: boro ir
tetrafluoroboro – labai stipri rūgštis. BF3 – geras elektronų porų
akceptorius:

Boro trihalogenidai sudaro daug kompleksinių junginių su dalelėmis,
turinčiom laisvą elektronų porą. Pavyzdžiui, žinomas patvarus BF3
kompleksas su F- – [BF4]-.
Tetrafluoroboro rūgštis H[BF4] egzistuoja tik tirpale. Ji labai stipri
(stipresnė už H2SO4 ir HNO3). Šarminių metalų druskos MBF4 vandens tirpale
nesihidrolizuoja. Iš boro trihalogenidų gaunamas kristalinis boras, be to,
jie, kaip efektyvūs katalizatoriai vartojami organinių junginių reakcijose.

Deguoniniai junginiai

Svarbiausias boro oksidas yra B2O3 (tlyd. 4500C; tvir. 22500C ). Tai
viena iš sunkiausiai besikristalinančių medžagų. Ji gaunama B veikiant su
O2 arba dehidratuojant ortoboro rūgštis. Įprastos kristalinės formos B2O3
(ρ=2,56 g·cm-3) susideda iš trigonių BO3 grupių, tarpusavyje sujuntų per jų
atomus:

[pic]

Kristalinio B2O3 ∆G=-1194 kJ·mol-1, todėl boras redukuoja net ir
labai patvarius oksidus, pavyzdžiui, P4O10, SiO2, CO2. Nors B2O3 yra boro
rūgščių anhidridas, bet jis turi ir amfoterinių savybių:
2B2O3+P4O10→4BPO4

Išlydytas B2O3 lengvai tirpinai daugelio metalų oksidus – susidaro
būdingos spalvos boratų stiklai. Daugiausia jo suvartojama stiklo
pramonėje. Boro silikatiniai stiklai (pvz., pireksas) galna plačiai
vartojami, nes lengvai apdirbami, be to, jų mažas šiluminio plėtimosi
koeficientas.

Reaguojant B2O3 su vandeniu, pirmiausia susidaro įvairios metaboro
rūgštys (HBO2)n, kurios toliau sąveikaudamos su vandeniu sudaro ortoboro
rūgštį H3BO3. Ši rūgštis yra daugelio boro junginių hidrolizės galutinis
produktas. Ji gaunama borakso tirpalą veikiant rūgštimi:

Na2B4O7+H2SO4+5H2O→4H3BO3+Na2SO4

H3BO3 sudaro sluoksniuotus baltus permatomus kristalus. Juose plokšti
BO3 vienetai sujungti vandenilinėmis jungtimis (2.9 pav.). H3BO3 – labai
silpna rūgštis (K1=7,9·10-10), HO- jonų akceptorius; sąveikauja su
vandeniu:

H3BO3+HOH→[B(OH)4]+H+

Ji turi ir silpnų amfoterinių savybių: su bevandene H2SO4 sudaro mažai
patvarų B(HSO4)3:

B(OH)3+3 H2SO4→ B(HSO4)3+3H2O

Boro rūgštys atpažįstamos sąveika su koncentruota H2SO4; kad vyktų
reakcija, šildoma, be to, terpėje turi būti metanolio. Reakcijos metu
susidaro boro metilinis eteris B(OCH3)3, kuris dega ryškiai žalia liepsna.

Neutralizuojant H3BO3 susidaro ne ortoboratai (turintys joną BO32-),
bet ir tetraboratai, metaboratai, arba kitų poliboro rūgščių druskos:

4H3BO3+2NaOH→Na2B4O7+7H2O

H3BO3+NaOH→NaBO2+2H2O

Žinomi tik retųjų žemių metalų ortoboratai MBO3 ir mineralai Mg(BO3),
CaSn(BO3)2.

Iš dalies dehidratuojant H3BO3, aukštesnėje kaip 1000C temperatūroje
susidaro metaboro rūgštis HBO2. Šios rūgšties egzistuoja kelios kristalinės
modifikacijos.

Daugelis metalų boratų yra svarbūs pramonei. Svarbiausias iš jų
boraksas. Vien JAV borakso pagaminama apie 2 mln. tonų per metus.
Daugiausia jo suvartojama stiklo pluošto, boro silikatinių stiklų, emalių
ir konstrukcijų, kuriomis sulaikomas ugnies plitimas, gamyboje.

Reaguojant boro rūgščiai su H2O2, susidaro peroksoboro rūgšties
tirpalas:

H3BO3+H2O2→H5BO5

Jos natrio druskos – natrio perborato (baltų miltelių) – dedama į
cheminius valiklius.

Boro junginiai su azotu ir siera

B ir N periodinėje sistemoje yra abipus C, todėl B – N yra
izoelektronis su C – C. Be to, mažai skiriasi šių trijų atomų dydis (B – 88
pm, C – 77 pm, N – 70 pm) ir neigiamas elektringumas (B – 2,0, C – 2,5, N
– 3,0) (anglies šie dydžiai tarpiniai).

Boro nitrido BN heksagoninė modifikacija gaunama sulydžius karbamidą
su H3BO3 amoniako atmosferoje (500.9500C) arba veikiant BCl3 amoniako
pertekliumi ir paskui susidariusį mišinį pirolizuojant NH3 atmosferoje
(7500C). Šios modifikacijos struktūra yra paprasta sluoksninė (2.10 pav.),
panaši į grafito, bet priešingai negu grafitas, yra bespalvė, geras
izoliatorius ir atspari daugeliui reagentų.

Heksagoninis BN 18000C temperatūroje ir 85000 atm slėgyje
(katalizatoriu – šarminis ar žemės šarminis metalas) virsta kubine, panašia
į deimantą, modifikacija (bespalviai, nelaidūs elektrai kristalai). Jos
techninis patvarumas yra elboras, kubonitas arba borazonas. Tai superkieta
medžiaga. Jos kietumas mažai kuo skuriasi nuo deimanto,bet už jį termiškai
patvaresnė (ore išsiliako įkaitinta iki 20000C; deimantas dega 8000C
temperatūroje). Kubinės modifikacijos BN atomų apsuptis (kaip ir deimante)
yra tetraedrinė (sp3 hibridizacija). Viena jungtis yra donorinė –
akceptorinė – ją sudaro N atomo laisvos elektronų poros ir laisvos B atomo
orbitalės.

Iš kitų B – N junginių pažymėtinas ciklinis trborinas – triimidas (-
BH – NH- )3 (dar vadinamas borazatu arba borazinu).Tai bespalvis skystis.
Jis gaunamas taip:

3LiBH4+3NH4Cl→B3N3H6+3LiCl+9H2

3BCl3+3NH4Cl→B3N3H3Cl3+9HCl

4B3N3H3Cl3+3NaBH4→4B3N3H6++3NaCl+3BCl3

Borazino ir benzeno molekulės yra izoelektroninės, tokios pat
sandaros. Borazino virimo temperatūra, kvapas panašūs į benzeno, abu – geri
tirpikliai, bet borazinas chemiškai aktyvesnis už C6H6 (dėl jungčių
poliarumo) ir mažiau patvarus termiškai. Jis ore oksiduojasi, tirpsta
vandenyje (su juo iš lėto reaguoja – susidaro H3BO3, NH3, H2).
Šildant borą su siera, susidaro sulfidas B2S3. Kaip ir B2O3, sulfidas yra
neorganinis polimeras. Tai blyški geltona sluoksninės struktūros medžiaga.
Ji sudaryta iš plokščių šešianarių žiedų B3S3 ir keturnarių žiedų B2S2,
sujungtų per S atomus į beveik plokščią sluoksnį. B2S3, veikiamas vandens,
visiškai hidrolizuojasi:

B2S3(tirp.)+6H2O→2H3BO3(kr.)+3H2S(d.)

3000C temperatūroje B2S3 su S sudaro bespalvį, drėgmei jautrų B8S16
sudėties junginį(2.11 pav.).

[pic]

Boro vartojimas

Boro dedama į plieną ir į kai kurių spalvotųjų metalų lydinius –
pagerėja lydinių mechaninės savybės, sumažėja grūdingumas ir susidaro
smulkesnė struktūra. Pridėjus, pagerėja greitapjūvio plieno kokybė, nes
aukštoje temperatūroje susidaro labai kieti ir patvarūs metalų boridai.

Boro izotopas 510B ir jo junginiai gerai absorbuoja neutronus, todėl
vartojami branduolinių reaktorių detalėms, neutronų skaitikliams ir
apsauginiams skydams gaminti.
Boro hidridai B5H9, B10H14 ir jų dariniai vartojami kaip raketinių variklių
kuras. Boruojami metalinių gaminių paviršiai apdorojami boro hidridais.
Toks paviršius esti labai kietas ir atsparus korozijai.

Boro nitridų kietumas prilygsta deimanto kietumui. Jie vartojami kaip
ugniai atsparios medžiagos ir elektroizoliatoriai aukštoje temperatūroje.
Boro karbidai – abrazyvinė mežiaga. Boridai atsparūs chemiškai ir
termiškai, pasižymi aukšta lydymosi temperatūra. Chromo, cirkonio, titano,
niobio, tantalo boridai vartojami reaktyvinių variklių detalėms, dujinių
turbinų mentėms gaminti. Lantano, bario, cezio boridai – geri elektros
laidininkai. Dėl geros termoelektroninės emisijo iš jų gaminami
elektroninių prietaisų katodai.

Boraksas Na2B4O7·10H2O – geras šilumos fliusas; jis reikalingas
metalams suvirinti ir lituoti (išlydytas boraksas tirpdo daugelio metalų
oksidus), be to, vartojamas emalių , lengvai lydžių glazūrų ir specialaus
stiklo gamyboje. Boraksą galima pakeisti boro rūgštimi arba oksidu.

Emaliai – tai neskaidrios, bespalvės arba spalvotos stikliškos metalų
dangos. Emalius sudaro SiO2, B2O3, šarminių, žemės šarminių metalų,
aliuminio, titano, švino, cinko oksidai ir kai kurie fluoridai. Emaliuojami
dirbiniai merkiami į emalį arba apipurškiami emalio miltelių suspensija
(šlikeriu), išdžiovinami ir degami 1000.1200 K temperatūroje. Antrą kartą
nupurkšti dirbiniai degami aukštesnėje temperatūroje. Emaliai saugo metalą
no korozijos ir suteikia gaminiui gražią išvaizdą. Emalio dangos kietos,
chemiškai patvarios, laidžios šilumai ir elektrai. Tuo jos panašios į
alavo, vario, chromo dangas. Emaliai daugiausia dengiamas ketus ir plienas,
kartais emaliuojami vario, aliuminio ir įvairių lydinių gaminiai. Jais
dengiamos maisto, chemijos, farmacijos, elektrotechnikos pramonės įrengimų
detalės. Atspariais kaitrai ir korozijai emaliais dengiamos reaktyvinių
variklių detalės.

Boro biologinė reikšmė

Augalai ir gyvūnai, kad augtų bei vystytųsi, turi gauti šiek tiek
boro. Aukštesniems augalams boro reikia per visą vegetaciją ir ypač, kada
žydi. Jis skatina dirvožemio mikrofloros aktyvumą, veikia oksidacijos ir
redukcijos fermentus, intensyvina kvėpavimą, didina sacharozės kiekį,
spartina energijos apykaitą. Tręšiant boru, lapuose gausėja chrolofilo.
Boras aktyvina nukleino rūgščių sintezę, be jo nevyksta normali
angliavandenių bei baltymų biosintezė.

Stokojant boro, augaluose pablogėja medžiagų apykaita, nebesusidaro
baltymų, blogai vystosi šaknys, stiebai, vėliaus sprogsta pumpurai,
subręsta sėklos, byra agurkų, pomdorų, vaismedžių žiedai, bulves labiau
gadina fitoflora, kviečius – kūlės, cukriniai runkeliai suserga sausuoju
šerdies puviniu, linai – bakterioze, gumbelinės bakterijos negali paimti iš
oro azoto. Gaunamas mažesnis sėklų (ypač dobilų ir liucernos) derlius,
cukriniai runkeliai mažiaus sukaupia cukraus, bulvės – krakmolo, ankštiniai
augalai – azoto. Dviskilčiai augalai žūva, o grūdinių – užauga tuščios
varpos. Kai boro dirvoje per daug, augalai suserga gigantizmu arba nanizmu,
o dalis jų visai išnyksta.Boro kiekis dirvožemyje turi vidutiniškai 15-55
mg boro (augalams prieinamo iki 10%, druskžemiuose – iki 80%). Boro
dažniausiai trūksta rūgščiuose, ypač ką tik pakalkintuose dirvožemiuose.
Vandenyje netirpstančio boro velėniniuose jauriniuose dirvožemiuose būna
0,08 – 0,38 mg/kg, juodžemiuose – 0,38 – 1,58, kaštoniniuose – 0,30 – 0,90,
redžemiuose – 0,30 – 1,95, pilkžemiuose – 0,23 – 0,63 mg/kg. Augalams boras
geriausiai prieinamas būna tada, kai pH yra 5,0 – 6,5.

Boro reikšmė gyvūnams nepakankamai ištirta. Kai maiste arba vandenyje
boro yra perteklius, gyvūnai suserga plaučių, inkstų, smegenų ligomis.

Boro trąšų biologinė reikšmė:

Yra vartojamos šios trąšos: boraksas, borodatolitas, boro rūgštis,
boro superfosfatas, dvigubas boro superfosfatas, nuosėdinis magnio boratas.

Boraksas (Na2B4O7*10H20) yra balta tetraboro rūgšties natrio druska.
Turi ~ 11% boro (B), gerai tirspta vandenyje. Tirpalas vartojamas pasėliams
tręšti pro lapus (cukriniams bei pašariniams runkeliams, bulvėms,
daržovėms, vaiskrūmiams išpurškiama 0,25 kgha, javams,dobilams – 0,15
kg/ha, linams – 0,10 kg/ha, skaičiuojant B), sėkloms apvelti smulkūs
borakso milteliai sumaišomi su beico milteliais, ir sėklomis beicavimo
aparatais apveliamos tuo mišiniu; 1 cnt sėklos dedama 100g borakso).

Borodatolitas yra šviesiai pilki milteliai. Gaunamas iš susmulkinto
mineralo borodatolito,veikiamo sieros rūgštimi; gauta masė aušinama,
sijojama.Turi 1,7 – 2,2% B. Pakrikai barstomas prieš sėją (liucernai,
runkeliams, bulvėms, daržovėms, vaiskrūmiams išberiama 1,5 kg/ha, javams,
dobilams – 1 kg/ha, linams 0,5 kg/ha, skaičiuojant B), vartojamas
papildomajam tręšimui pro lapus, sėkloms apvelti.

Boro superfosfatas gaunamas iš granuliuoto superfosfato, veikiamo boro
rūgštimi. Turi 0,2 – 0,5% B. Įterpiamas su sėklomis į eilutes (50 kg/ha).

Dvigubas superfosfatas gaunamas iš boro rūdos, veikiamo fosforo
rūgštimi. Tirpsta vandenyje. Turi 1,0 – 1,4% B. Įterpiamas su sėklomis į
eilutes (25 kg/ha).

Nuosėdinis magnio boratas yra balti arba šviesiai pilki milteliai.
Gaunamas kaip boro rūgšties gamybos liekana. Turi 1,3 – 1,5% B ir 20 – 30%
MgO. Vandenyje netirpsta.Pakrikai barstomi prieš sėją.

Kaip boro trąšos gali būti vartojami ir susmulkinti boro mineralai:
ašaritas (turi 13% B), boracitas (17,5% B), kalio boritas(17,7% B). Boro
yra medžio, durpių, akmens anglių pelenuose, mėšle, kalio trąšose. Boro
trąšos efektyviausios neutraliose reakcijos ir ką tik pakalkintuose
dirvožemiuose(pvz., cukrinių runkelių derlių padidina 20 – 40 cnt/ha).

Boro rūgšties gavimas.

Pasverkite dėstytojo nurodytą natrio tetraborato (borakso)
Na2B4O4∙10H2O kiekį ir tirpinkite cheminėje stiklinėje minimaliame vandens
tūryje, truputį pašildant. Pagal reakcijos lygtį apskaičiuokite reikiamą
20% druskos rūgšties (ρ=1,12 g·cm-3 ) tūrį. Rūgštį atmatuokite matavimo
cilindru ir supilkite į stiklinę su borakso tirpalu. Stiklinę šaldykite
sniegu arba ledu. Iškritusius boro rūgšties kristalus filtruokite per
Biuchnerio piltuvą, plaukite 5-10 ml atšaldytu (lediniu) distiliuotu
vandeniu ir nuspauskite tarp giltro popieriaus lapų.Rūgštį pasverkite ir
apskaičiuokite išeigą.

2Na2B4O4∙10H2O+4HCl→8H3BO3+4NaCl

xg Na2B4O4∙10H2O – 1 g H3BO3 x=1,54 g Na2B4O4∙10H2O
764 g Na2B4O4∙10H2O – 496 g H3BO3

xg HCl – 1 g H3BO3 x=0,29 g H2SO4
146 g HCl – 496 g H3BO3

[pic]
[pic]
[pic]

Aliuminio alūno gavimas:

Amonio aliuminio alūnas NH4Al(SO4)2∙18 H2O gaminamas maišant karštus
amonio aliuminio sulfatų tirpalus. Amonio sulfato tirpalą gaminkite
tirpinant druską verdančiame vandenyje santykiu 1:2, o Al2(SO4)3 tirpalą –
tirpinant druską verdančiame vandenyje, imant juos santykiu 1:1. Karštus
tirpalus sumaišykite ir palikite vėsti bei kristalintis. Išsiskyrusius
kristalus nufiltruokite ir sausinkite filtro popieriumi.

(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+18H2O→2 NH4Al(SO4)2∙18 H2O
xg (NH4)2SO4 – 1 g NH4Al(SO4)2∙18 H2O x=0,1118g (NH4)2SO4
132 g NH4)2SO4 – 1180 g NH4Al(SO4)2∙18 H2O

xg Al2(SO4)3 – 1 g NH4Al(SO4)2∙18 H2O x=0,2898g Al2(SO4)3
342 g Al2(SO4)3 – 1180 g NH4Al(SO4)2∙18 H2O
[pic]

Aliuminio hidroksido gavimas:
Į aliuminio druskos tirpalą įpilkite amonio hidroksido tirpalo. Susidaro
hidroksidas.
AlCl3+3NH4OH→Al(OH)3+3NH4Cl
xg AlCl3 – 1g Al(OH)3 x=1,7115 g AlCl3
133,5 g AlCl3 – 78g Al(OH)3
xg NH4OH – 1g Al(OH)3 x=1,346 g NH4OH
105 g NH4OH – 78g Al(OH)3
[pic][pic]
[pic]
[pic]

Naudota literatūra:

1. “Neorganinė chemija” D.Brazauskienė, D.Pukelienė, Vilnius “Mokslas”

1989.

2. “Bendroji ir neorganinė chemija” Mokslo ir enciklopedijų leidykla,

Vilnius 1995.

3. “Bendroji chemija” G.Buinevičienė, L.Ivaškevičienė, G.Kaušinienė, O.

Petroševičiūtė, B. Stulpinas, Vilnius “Mokslas” 1991.

4. “Bendroji ir neorganinė chemija” G.Karnišauskaitė, Vilnius “Mokslas”

1987.

5. “Tarybinė enciklopedija”

6. “Ūkininkų enciklopedija”

Leave a Comment