المعادن الشخصي: بورون

نظرة على البورون شبه المعدني

البورون هو شبه معدني شديد الصلابة ومقاوم للحرارة ويمكن العثور عليه في مجموعة متنوعة من الأشكال ويستخدم على نطاق واسع في المركبات لصنع كل شيء من المبيضات والزجاج إلى أشباه الموصلات والأسمدة الزراعية.

خصائص البورون هي:

• الرمز الذري: ب
• العدد الذري: 5
• فئة العنصر: Metalloid
• الكثافة: 2.08g / cm3
• نقطة الانصهار: 3769 فهرنهايت (2076 درجة مئوية)
• نقطة الغليان: 7101 فهرنهايت (3927 درجة مئوية)
• صلابة محمد: ~ 9.5

خصائص البورون

البورون العنصري عبارة عن معادن شبه معدني ، بمعنى أنه يمكن للعنصر نفسه أن يتواجد بأشكال مختلفة ، لكل منها خصائصه الفيزيائية والكيميائية الخاصة به. أيضا ، مثل غيرها من المعادن شبه (أو metalloids) ، فإن بعض خصائص البورون معدنية في حين أن البعض الآخر أكثر شبهاً بالمعادن غير المعدنية.

يوجد بورون عالي النقاء إما كمسحوق أسود داكن أو أسود غير متبلور أو معدن بلوري داكن لامع وهش.

صعب للغاية ومقاوم للحرارة ، البورون هو موصل فقير للكهرباء في درجات حرارة منخفضة ، ولكن هذا يتغير مع ارتفاع درجات الحرارة. في حين أن البورون البلوري مستقر للغاية وغير متفاعل مع الأحماض ، فإن النسخة غير المتبلورة تتأكسد ببطء في الهواء ويمكن أن تتفاعل بعنف في الحمض.

في شكل بلوري ، يعتبر البورون ثاني أكثر العناصر صعوبة (خلف الكربون فقط في شكله الماسي) ولديه واحدة من أعلى درجات حرارة الذوبان. وعلى غرار الكربون ، والذي غالباً ما يخطئ الباحثون الأوائل في فهمه للعنصر ، يشكل البورون روابط تساهمية مستقرة تجعل من الصعب عزلها.

يحتوي العنصر الخامس أيضًا على القدرة على امتصاص عدد كبير من النيوترونات ، مما يجعله مادة مثالية لقضبان التحكم النووية.

أظهرت الأبحاث الحديثة أنه عندما يكون البرون شديد البرودة ، فإن البورون يشكل بنية ذرية مختلفة تماماً تسمح له بالعمل كموصل فائق.

تاريخ البورون

بينما يُعزى اكتشاف البورون إلى الكيميائيين الفرنسيين والإنجليز الذين يبحثون عن معادن البورات في أوائل القرن التاسع عشر ، يُعتقد أن عينة نقية من العنصر لم يتم إنتاجها حتى عام 1909.

ومع ذلك ، فإن معادن البورون (التي يشار إليها غالباً بـ borates) قد استخدمها البشر منذ قرون. أول استخدام مسجل للبوراكس (بورات الصوديوم التي تحدث بشكل طبيعي) كان من قبل صائغي الذهب العرب الذين قاموا بتطبيق المركب كدفق لتنقية الذهب والفضة في القرن الثامن الميلادي.

وقد تبين أيضا أن الخزف الزجاجي الصيني الذي يعود تاريخه إلى ما بين القرنين الثالث والعاشر الميلاديين يستفيد من المركب الطبيعي.

الاستخدامات الحديثة لبورون

كان اختراع الزجاج البورسليكاتي المستقر حرارياً في أواخر القرن التاسع عشر يوفر مصدراً جديداً للطلب على معادن البورات. الاستفادة من هذه التكنولوجيا ، قدم كورنينج غلاس ورك بيركس الزجاج تجهيزات المطابخ في عام 1915.

في سنوات ما بعد الحرب ، نمت تطبيقات البورون لتشمل مجموعة متزايدة من الصناعات. بدأ استخدام نيتريد البورون في مستحضرات التجميل اليابانية ، وفي عام 1951 ، تم تطوير طريقة إنتاج ألياف البورون. المفاعلات النووية الأولى ، التي جاءت عبر الإنترنت خلال هذه الفترة ، استفادت أيضا من البورون في قضبان التحكم الخاصة بهم.

في أعقاب كارثة تشيرنوبيل النووية في عام 1986 مباشرة ، تم إلقاء 40 طنا من مركبات البورون على المفاعل من أجل المساعدة في السيطرة على إطلاق النويدات المشعة.

في أوائل الثمانينيات من القرن العشرين ، أدى تطوير مغناطيسات أرضية دائمة ذات قوة عالية إلى خلق سوق جديدة كبيرة للعنصر.

يتم إنتاج أكثر من 70 طنًا متريًا من مغناطيس النيوديميوم-الحديد-البورون (NdFeB) كل عام للاستخدام في كل شيء بدءً من السيارات الكهربائية وحتى سماعات الرأس.

في أواخر التسعينات ، بدأ استخدام الفولاذ البوروني في السيارات لتقوية المكونات الهيكلية ، مثل قضبان السلامة.

إنتاج البورون

وعلى الرغم من وجود أكثر من 200 نوع مختلف من معادن البورات في القشرة الأرضية ، فإن أربعة منها فقط تمثل أكثر من 90٪ من الاستخلاص التجاري لمركبات البورون والبورون: tincal ، و kernite ، و colemanite ، و ulexite.

لإنتاج شكل نقي نسبيا من مسحوق البورون ، يتم تسخين أكسيد البورون الموجود في المعدن مع المغنيسيوم أو تدفق الألمنيوم. ينتج التخفيض مسحوق البورون العنصري النقي بنسبة 92٪ تقريبًا.

يمكن إنتاج البورون النقي عن طريق تقليل هاليدات البورون مع الهيدروجين عند درجات حرارة تفوق 1500 درجة مئوية (2732 فهرنهايت).

يمكن صنع بورون عالي النقاء ، مطلوب للاستخدام في أشباه الموصلات ، عن طريق تحليل ثنائي القطب في درجات حرارة عالية وبلورات مفردة متزايدة عن طريق ذوبان المنطقة أو طريقة Czolchralski.

طلبات البورون

في حين يتم استخراج أكثر من ستة ملايين طن متري من المعادن المحتوية على البورون كل عام ، يتم استهلاك الغالبية العظمى من هذه الأملاح كأملاح البورات ، مثل حمض البوريك وأكسيد البورون ، مع تحويل القليل جداً إلى البورون العنصري. في الواقع ، يتم استهلاك حوالي 15 طنًا متريًا فقط من البورون العنصري كل عام.

اتساع استخدام مركبات البورون والبورون واسع للغاية. يقدر البعض أن هناك أكثر من 300 استخدام نهائي مختلف للعنصر في أشكاله المختلفة.

الاستخدامات الرئيسية الخمسة هي:

• الزجاج (على سبيل المثال ، زجاج البورسليكات المستقر حرارياً)
• السيراميك (على سبيل المثال ، يزجج البلاط)
• الزراعة (على سبيل المثال ، حمض البوريك في الأسمدة السائلة).
• المنظفات (مثل بورات الصوديوم في منظفات الغسيل)
• التبييض (على سبيل المثال ، مزيلات البقع الصناعية والصناعية)

تطبيقات بورون المعدنية

على الرغم من أن استخدام البورون المعدني قليل جدا ، إلا أن هذا العنصر له قيمة كبيرة في عدد من التطبيقات المعدنية. فبإزالة الكربون والشوائب الأخرى أثناء ارتباطه بالحديد ، فإن كمية ضئيلة من البورون ـ فقط بضعة أجزاء في المليون ـ تضاف إلى الفولاذ يمكن أن تجعله أقوى أربع مرات من الفولاذ العادي ذي القوة العالية.

إن قدرة العنصر على إذابة وإزالة فيلم أكسيد الفلز يجعله أيضًا مثاليًا لتدفق اللحام. يزيل ثلاثي كلوريد البورون نتريد ، كربيد ، وأكسيد من المعدن المنصهر. ونتيجة لذلك ، يستخدم ثلاثي كلوريد البورون في صناعة سبائك الألومنيوم والماغنسيوم والزنك والنحاس.

في علم المعادن المسحوق ، يزيد وجود البورايد المعدني من الموصلية والقوة الميكانيكية. في المنتجات الحديدية ، يزيد وجودها من مقاومة التآكل والصلابة ، بينما في سبائك التيتانيوم المستخدمة في الإطارات النفاثة وقطع التوريبين البوريات تزيد من القوة الميكانيكية.

ألياف البورون ، التي يتم تصنيعها عن طريق إيداع عنصر الهيدريد على سلك التنغستن ، هي مواد بنية خفيفة قوية مناسبة للاستخدام في تطبيقات الفضاء الجوي ، وكذلك نوادي الجولف وشريط الشد العالي.

إن إدراج البورون في مغناطيس ندفيب مهم للغاية في وظيفة المغناطيس الدائم العالي القوة المستخدم في توربينات الرياح ، والمحركات الكهربائية ، ومجموعة واسعة من الإلكترونيات.

إن مذهب بورون تجاه امتصاص النيوترونات يسمح باستخدامه في قضبان التحكم النووية ، والدروع الإشعاعية ، وكواشف النيوترونات.

وأخيرًا ، يستخدم كربيد البورون ، وهو ثالث أكثر المواد المعروفة ، في تصنيع الدروع المختلفة والسترات الواقية من الرصاص بالإضافة إلى المواد الكاشطة وأجزاء التآكل.

_مصادر:

_{Chemicool. البورون
عنوان URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. معلومات المعادن. البورون
عنوان URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/}