Bor, B, je nejlehčí prvek ze skupiny trielů. Vyskytuje se v krystalické a amorfní modifikaci. Využívá se ve sklářství, a díky vysokému účinnému průřezu izotopu 10B i v jaderné energetice, jako součást řídících tyčí.
Atomové číslo | 5 | Počet stabilních izotopů | 2 |
Atomová hmotnost | 10,811 | Elektronová konfigurace | [He] 2s2 2p1 |
Teplota tání [°C] | 2076 | Teplota varu [°C] | 3927 |
Elektronegativita | 2,04 | Hustota [g.cm-3] | 2,08 |
Izotopy
Přírodní bor je směsí dvou izotopů, oba jsou NMR aktivní, ale mají spin větší než ½. Známe 13 radioizotopů, všechny mají velmi krátké poločasy rozpadu, proto nemají praktické využití.
Izotop | Zastoupení v přírodě [%] |
10B | 19,65 |
11B | 80,35 |
Chemické vlastnosti
Elementární bor je v modifikaci α tvořen ikosaedry B12, vazebné elektrony v celém ikosaedru jsou delokalizovány. Modifikace β je tvořena klastry B84, které jsou pospojovány jednotkami B10.
Hlavními minerály boru jsou borax Na2[B4O5(OH)4]∙8H2O a kernit Na2[B4O5(OH)4]∙2H2O. Výroba boru je poměrně náročný proces, vychází se z boraxu, který se převádí na oxid boritý.
Na2[B4O5(OH)4]∙8H2O + H2SO4 → 4 H3BO3 + Na2SO4 + 5 H2O
2 H3BO3 → B2O3 + 3 H2O
Pokud není potřeba čistý bor, redukuje se oxid hořčíkem a produkt se promývá alkalickým roztokem a poté kyselinou chlorovodíkovou a fluorovodíkovou. Čistý bor se připravuje termickým rozkladem B2H6 nebo BI3, příp. redukcí BBr3 vodíkem.
Borová vlákna se vyrábějí pomocí CVD, kdy se BCl3 a vodík vedou přes elektricky žhavený wolframový drát, na kterém dochází k redukci a vzniká bor.
2 BCl3 + 3 H2 → 2 B + 6 HCl
Za normálních podmínek je bor poměrně inertní, reaguje pouze s elementárním fluorem. Za vyšších teplot reaguje s většinou nekovů i kovů.
Oxidy
Nejběžnějším oxidem boru je oxid boritý, B2O3. Ale známe i monooxid boru, BO, ten byl poprvé připraven v roce 1940 termickým rozkladem tetrahydroxydiboranu, B2(OH)4, při teplotách 200-500 °C.
B2(OH)4 → 2 BO + 2 H2O
Jeho struktura byla objasněna až po více než 80 letech za využití NMR spektroskopie.
Borany
Borany jsou důležitou a také velmi zajímavou skupinou sloučenin boru. První byly připraveny již roku 1912 německým chemikem Alfredem Stockem. Kromě zajímavé struktury získaly tyto sloučeniny pozornost i díky vysoké energii, kterou v sobě skrývají. Z toho důvodu byly v průběhu studené války zkoumány jako potenciální raketové palivo, i když nakonec nebyly tyto plány převedeny do praxe. V roce 1948 byla pomocí RTG strukturní analýzy objasněna struktura dekaboranu a o rok později byla poprvé popsána třístředová dvouelektronová vazba v B-H-B.
Základním boranem je diboran B2H6, bezbarvý, velmi reaktivní plyn. Vyšší borany jsou pojmenovány pomocí počtu borových atomů a do závorky se uvádí počet vodíků, např. pentaboran(9) B5H9.
V boranech se setkáváme s dvouelektronovou, třícenterní vazbou v uspořádáních B-H-B a B-B-B.
Borany tvoří klastry, jejich struktury rozlišujeme podle uzavřenosti (otevřenosti) klastru:
- Hypercloso – kompletně uzavřené klasty, např. B8H8.
- Closo – uzavřené klastry, např. B12H122-.
- Nido – bor obsazuje n vrcholů n+1 vrcholového klastru, např. B5H9.
- Arachno – bor obsazuje n vrcholů n+2 vrcholového klastru, např. B4H10.
- Hypho – bor obsazuje n vrcholů n+3 vrcholového klastru, např. B8H16.
- Conjucto – dva a více spojených klastrů dohromady, např. B21H18–.
Diboran
Jeden z nejprostudovanějších boranů, B2H6. Slouží jako výchozí látka pro přípravu vyšších boranů.
![](http://z-moravec.net/wp-content/uploads/2020/01/diborane.png)
Laboratorně ho lze připravit z tetrahydridoboritan sodného, ve větších množstvích se vyrábí z fluoridu boritého.
- 2 NaBH4 + I2 → B2H6 + 2 NaI + H2
- 2 NaBH4 + 2 H2PO4 → B2H6 + 2 NaH2PO4 + H2
- 2 BF3 + 6 NaH → B2H6 + 6 NaF
Tris(pentafluorofenyl)boran
Velice zajímavou sloučeninou ze skupiny boranů je tris(pentafluorofenyl)boran, B(C6F5)3. Jde o bílou, krystalickou látku a velmi silnou Lewisovu kyselinu. Z hlediska Lewisovské kyselosti je silnější než BF3, ale slabší než BCl3.
Využívá se v katalýze, protože dokáže abstrahovat hydridový anion (H–) za tvorby iontu [HB(C6F5)3]–, takže funguje jako aktivátor katalyzátoru nebo jako kokatalyzátor. Je také důležitou sloučeninou pro studium tzv. frustrovaných Lewisových párů, což jsou sloučeniny, které obsahují stericky (prostorově) náročnou Lewisovu kyselinu i bázi a díky prostorové náročnosti nemohou vytvořit klasický adukt. Tyto systémy by mohly být zajímavé např. pro hydrogenační reakce:[8, 9]
PCy3 + B(C6F5)3 + H2 → [HPCy3]+[HB(C6F5)3]−
Halogenidy
Trihalogenidy boru jsou těkavé a velmi reaktivní. Nemají sklon k dimeraci, existují ve monomerní formě. Jsou, v souladu s teorií VSEPR, trigonálně planární se symetrií D3h.
BF3 | BCl3 | BBr3 | BI3 | |
Teplota varu [°C] | −99,9 | 12,5 | 91,3 | 210 |
Teplota tání [°C] | −127,1 | −107 | −46 | 49,9 |
Borofen
Borofen je monomolekulární vrstva boru (2D modifikace).[11] Skládá se z trojúhelníků, to je způsobeno třemi elektrony ve valenční slupce bóru. Poprvé byl připraven roku 2015 depozicí bóru na stříbrný substrát.[12] Příprava byla inspirována syntézou silicenu (2D modifikace křemíku).
Jako lepší metoda se na základě výpočtů jeví depozice boru na povrch hexagonálního nitridu boritého.
![](http://z-moravec.net/wp-content/uploads/2021/11/Crystal_structures_of_borophenes-1024x404.png)
NMR
Standardem pro borové NMR je etherát fluoridu boritého BF3.Et2O. Existence dvou izotopů vede ke tvorbě izotopomerů, což se projevuje v NMR spektrech, např. u BF4−.
10B NMR
Signály 10B NMR jsou širší než u 11B a toto jádro má i nižší citlivost. Proto se častěji měří 11B NMR.
Spin | 3 |
---|---|
Zastoupení v přírodě | 19,9 % |
Jaderný magnetický moment | +1,800645 |
Rozsah chemických posunů | -120 až 90 ppm |
Relativní citlivost k 1H | 3,96×10-3 |
Relativní citlivost k 13C | 23,2 |
11B NMR
Jádro 11B je citlivější a poskytuje užší signály.
Spin | 3/2 |
---|---|
Zastoupení v přírodě | 80,1 % |
Jaderný magnetický moment | +2,688649 |
Rozsah chemických posunů | -120 až 90 ppm |
Relativní citlivost k 1H | 0,165 |
Relativní citlivost k 13C | 970 |
Odkazy
- Bor na české wikipedii
- Bor na anglické wikipedii
- Boron NMR
- Graphene-like material made of boron a possibility, experiments suggest
- Boron enters flatland: Borophene sheets on the way
- Dulmage, W.J.; Lipscomb, W.N. Acta Cryst. (1952). 5, 260-264. The crystal and molecular structure of pentaborane
- Borophene: Scientists create atomically thin boron
- Reversible, Metal-Free Hydrogen Activation
- Tris(pentafluorophenyl)borane and Beyond: Modern Advances in Borylation Chemistry
- Boron Isotope Effects in Fluorine NMR Spectra
- Borofen
- Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs
Navigace
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
H | He | ||||||||||||||||
Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
Fr | Ra | Ac | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |
Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
9 Replies to “Bor”