bor (grunnstoff)

Små mengder bor blir brukt som tilsetning til stål for å bedre herdbarheten. Det brukes da 0,0005–0,005 prosent i form av ferrobor eller manganbor. Bor brukes også som tilsetning til legeringer av aluminium, kobber og nikkel, dessuten til fremstilling av borider.

Tynne tråder av bor med tverrnitt på om lag 0,1 millimeter kalles borfibre. Borfibre har høy strekkfasthet og brukes i komposittmaterialer som fiberforsterkning i blant annet epoksyplast, aluminium og annet, som grunnmateriale. Borfibre fremstilles ved termisk spalting av en flyktig borforbindelse på tynne wolframtråder.

Boroksid brukes i stor utstrekning i glass (borsilikatglass) og i emaljer og glasurer. Boraks brukes som fluksmiddel ved sveising av metaller, og borater brukes i såper og vaskemidler.

Mikrokrystallinsk eller amorft bor med relativt liten renhet kan fremstilles ved å redusere oksidet med flytende magnesium:

\[\ce{B2O3(s) + 3Mg(l) -> 2B(s) + 3MgO(s)}\]

Dette må senere vaskes med natronlut, saltsyre og flussyre.

Alternativt kan det fremstilles ved elektrolyse av kaliumtetrafluoroborat (KBF₄) i en smelte av kaliumklorid med eller uten tilsetning av boroksid. Elektrolysen foretas i en grafittdigel med grafitt som anode og jern som katode ved 650–1000 °C. Bor skilles ut på katoden som amorft pulver med en renhetsgrad på 95–99,8 prosent.

Svært rent bor kan fremstilles ved reduksjon av borhalogenider med hydrogen eller ved termisk spalting av gassformige borforbindelser som for eksempel bortrijodid (BI₃) eller boran (B₂H₆). Med påfølgende sonesmeltning har det blitt fremstilt bor med en renhetsgrad på 99,9999 prosent.

Bor er en halvleder. Den elektriske ledningsevnen er liten ved romtemperatur, men øker raskt med stigende temperatur. Ledningsevnen påvirkes mye av forurensninger løst i bor.

Bor forekommer i en rekke allotrope former, som alle er halvledere. I mange av dem sitter 12 boratomer i hjørnene av et ikosaeder. Strukturene er ikke fullstendig ordnet og kan inneholde små mengder av andre grunnstoffer. Tettheten varierer noe fra den ene formen til den andre.

Borsyre har kjemisk formel B(OH)₃ og finnes som et mineral kalt sassolitt. Ved oppvarming spaltes det av vann, og det dannes metaborsyre, HBO₂. Varmes dette opp ytterligere, dannes boroksid, B₂O₃.

Boroksid er svært vanskelig å få til å krystallisere. Det danner i stedet et glass. Boroksid inngår i borsilikatglass, som brukes til laboratorieglass, fordi det utvider seg lite med temperaturen og derfor tåler rask avkjøling og oppvarming uten å gå i stykker.

Borvann er en løsning av borsyre i vann som tidligere ble brukt som et desinfiserende middel, men som i dag er erstattet med andre mer effektive stoffer.

Borsyre er en meget svak syre (pK _a = 9,14) og kan ikke titreres med sterk lut. Tilsetting av en organisk forbindelse med flere hydroksylgrupper, som mannitol, øker syrestyrken så mye at borsyre kan titreres. Borsyren reagerer da ikke ved å avgi H⁺, men ved ta OH^– fra vann så det er en lewissyre, som vist i denne reaksjonsligningen:

\[\ce{B(OH)3(aq) + 2H2O(l) <=> H3O+(aq) + B(OH)4^{–}(aq)}\]

B(OH)₃-molekylet er plant, og det er en elektronparbinding mellom B og O. Vinkelen mellom to B–OH-bindinger er 120°. Boratomet er omgitt av tre elektronpar og tilfredsstiller ikke oktettregelen. I borationet, B(OH)₄^–, er boratomet omgitt av fire elektronpar og tilfredsstiller oktettregelen.

Bor danner mange forskjellige borater på samme måte som silisium danner silikater. Anionet i boraks, Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O, for eksempel, er en tetramer, [B₄O₅(OH)₄]^–, hvor to boratomer er bundet til tre O-atomer og to B-atomer til fire oksygenatomer.

I kernitt, Na₂[B₄O₆(OH)₂]·3H₂O, er det kjeder av den repeterende enheten –([B₄O₆(OH)₂]^2-]—)_n . Kjedene består av seksringer som inneholder ett boratom som er bundet til tre oksygenatomer og to boratomer som er bundet til fire oksygenatomer. Ringene bindes sammen ved at to tetraedere har et oksygenatom felles.

I likhet med karbon danner også bor hydrider, men på grunn av det manglende elektronet i B er strukturen og egenskapene forskjellig. Det enkleste, stabile borhydridet er diboran, B₂H₆, men strukturen er forskjellig fra etan, H₃C-CH₃, da de to B-atomene er bundet sammen av to H-atomer H₂BH₂BH₂. Hvert boratom er dermed omgitt tetraedrisk av fire H-atomer. Det eneste andre molekylet hvor ett H-atom er bundet med like lange bindinger til to atomer, er kaliumhydrogenfluorid (KFHF).

Ved romtemperatur er bor lite reaktivt og reagerer bare med de kraftigste oksidasjonsmidlene, som for eksempel fluor og salpetersyre. Det angripes ikke av vann, og i luft (oksygen) dannes et tynt oksidsjikt av boroksid, B₂O₃, som i praksis hindrer en videre reaksjon. Selv ved oppvarming er bor svært motstandsdyktig mot korrosjon. Ved høye temperaturer er bor et svært kraftig reduksjonsmiddel.

Med nitrogen danner bor bornitrid som har like mange elektroner som C₂ og eksisterer både med struktur som grafitt og diamant.

Det finnes to stabile isotoper av bor: ¹⁰B (20 prosent) og ¹¹B (80 prosent). Mengdeforholdet mellom isotopene varierer noe med funnstedet, og det samme gjør derfor den relative atommassen. Isotopen ¹⁰B har et høyt innfangningstverrsnitt for nøytroner, og bor brukes derfor til å fange opp nøytroner i kontrollstaver i kjernereaktorer.