bor – grunnstoff

Bor er et halvmetall så det er en halvleder. Nest etter diamant, er bor det hardeste av alle grunnstoffer.

Bor er det første grunnstoffet i gruppe 13 i periodesystemet. Som et lite atom med tre ytterelektroner har boratomet helt unike egenskaper. Det ligner mer på silisium enn på aluminium, det neste grunnstoffet i gruppe 13 (skråregelen i periodetabellen).

Det er 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.

Bor utgjør bare 0,001 prosent av jordskorpen, så det ville på det grunnlaget bli karakterisert som sjeldent. Men bormineraler er enkelte steder konsentrert i store mengder, særlig som boraks og kernitt. Det finnes store forekomster i Mojave Desert i California, nær byen Boron, som har fått navn etter forekomstene. Også i Tyrkia, Argentina og Chile er det store, drivverdige forekomster av bormineraler.

I fast form opptrer bor i en rekke allotrope former, som alle er halvledere. Et trekk som går igjen i flere er 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 allotrope formen til den andre.

Borkrystallene er røde til svarte og har en matt metallisk glans, de er meget sprø og harde. 

Amorft bor er et gult til brunt pulver.

Bor er en halvleder. Den elektriske ledningsevnen er liten ved romtemperatur, men øker raskt med stigende temperatur. Ledningsevnen er meget ømfintlig overfor forurensninger løst i bor.

Borsyre (også kalt ortoborsyre), B(OH)3, finnes som et mineral kalt sassolitt. Navn kommer fra Sasso i Toscana. Ved oppvarming spaltes av vann og det dannes metaborsyre, HBO2. Varmes dette opp ytterligere, dannes boroksid, B2O3.

Boroksid er svært vanskelig å få til å krystallisere og danner heller et glass. Boroksid inngår i borsilikatglass, som brukes til laboratorieglass, fordi det utvider seg lite med temperaturen og derfor tåler en 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 (pKa = 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 (se syre–base-teori):

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 som silisium  danner silikater. Anionet i boraks, Na2[B4O5(OH)4]·8H2O, for eksempel, er en tertramer, [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 enhet  –([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 elektron i B er struktur 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 meget korrosjonsbestandig. Ved høye temperaturer er bor et meget kraftig reduksjonsmiddel.

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

Bor fremstilles ved forskjellige metoder. Mikrokrystallinsk/amorft bor med relativt liten renhet kan fremstilles ved å redusere oksidet med flytende magnesium:

B2O3(s) + 3Mg(l) → 2B(s) + 3MgO(s)

med etterfølgende vasking 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. Meget 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. Ved påfølgende sonesmeltning er en renhetsgrad på 99,9999 prosent blitt oppnådd.

Bor blir brukt til en rekke formål: Som reduksjonsmiddel for metalloksider, som absorpsjonsmiddel for nøytroner i atomreaktorer, i solbatterier for direkte omdannelse av lysenergi til elektrisk energi og som slipe- og polermiddel istedenfor diamant. Små mengder bor blir brukt som tilsetning til stål for å bedre dets herdbarhet, 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.

En viktig anvendelse har bor i form av borfibere, tynne tråder av bor om lag 0,1 mm tykke. De fremstilles ved termisk spalting av en flyktig borforbindelse på tynne wolframtråder. Borfibere har høy strekkfasthet og brukes i komposittmaterialer som fiberforsterkning i blant annet epoksyplast, aluminium og annet, som grunnmateriale. 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.

Det er spor av bor i all slags jord og i levende organismer, både planter og dyr. Som sporgrunnstoff har bor vesentlig betydning for mange planters normale vekst, og en regelmessig tilførsel av bor gjennom borholdig gjødsel er derfor nødvendig. Større mengder bor er derimot giftig.

Bor i elementær form regnes ikke for å være giftig, og innånding av støv som inneholder ikke-flyktige borforbindelser kan føre til irritasjon og betennelse, men fremkaller ikke varig skade. Administrativ arbeidsmiljønorm er 10 mg bor per m³ luft. Innånding av flyktige borforbindelser og svelging av faste borforbindelser kan derimot virke på det sentrale nervesystem og ved større konsentrasjoner ha dødelig virkning. Særlig giftige, selv i små konsentrasjoner, er boranene, for diboran(6) er tillatt mengde 0,1 mg per m³ luft. Forgiftninger i industrien på grunn av borforbindelser er ikke blitt rapportert. Også ellers er slike forgiftninger sjeldne tatt i betraktning den utstrakte bruken mange borforbindelser har i såper, vaskemidler, håndkremer med mer.

Bor var kjent i form av boraks allerede i oldtiden i Mesopotamia, men også egypterne, kineserne, tibetanerne og araberne brukte stoffet. I middelalderen ble boraks innført til Europa fra Tibet under navn av tinkal.

Borsyre ble påvist 1778  i Toscana, og i Italia utviklet det seg på 1800-tallet en ganske betydelig borindustri. Først i 1808 lyktes det franskmennene Joseph Louis Gay-Lussac og Louis Jacques Thénard å fremstille grunnstoffet og ti dager senere også engelskmannen Humphry Davy. Alle lagde en form av et svært urent, grått pulver ved reduksjon av borsyre med kalium. Franskmennene ga grunnstoffet navnet bore og Davy kalte det boracium; senere endret til boron da det ligner karbon. Bore er fortsatt navnet på grunnstoffet i Frankrike og boron i den engelsktalende del av verden. Bore betyr kjedelig på engelsk, så man kan skjønne at det ikke ble valgt. I Tyskland og i Skandinavia er navnet bor. Davy trodde grunnstoffet var et metall, derfor valgte han et navn som ender på -ium, men som nevnt ovenfor, er bor en halvleder.

Først i 1895 fremstilte franskmannen Henri Moissan bor med en renhetsgrad på 95–98,3 prosent. Bor med renhetsgrad på 99,8 prosent ble første gang fremstilt i 1909 av amerikaneren Ezekiel Weintraub, men virkelig høyrent bor ble først fremstilt i 1957. Det er først etter det at vi har fått eksakte kunnskaper om bors fysiske og kjemiske egenskaper.

Kjemisk symbol B
Atomnummer 5
Atomvekt 10,81
Smeltepunkt cirka 2300 °C
Kokepunkt 3660 °C
Tetthet cirka 2,4 g/cm³
Oksidasjonstall III
Elektronkonfigurasjon [He]2s22p1

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.