Bór

Výskyt, výroba a využitie bóru link

Bór sa získava hlavne z boraxu a kernitu. Z minerálov sa najprv pripraví H₃BO₃ alebo B₂O₃. Elementárny bór sa vyrába redukciou oxidu boritého horčíkom alebo sodíkom (vzniká amorfný bór), alebo redukciou halogenidov (napr. BBr₃) vodíkom pri vysokých teplotách (vzniká kryštalický bór).

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

Využíva sa pri výrobe borosilikátového skla (Pyrex), smaltov, ako prísada do ocele (zvyšuje tvrdosť), v jadrovej energetike (absorpcia neutrónov - ¹⁰B), jeho zlúčeniny (borax, kyselina boritá) v detergentoch, ako antiseptiká, insekticídy, retardéry horenia a v poľnohospodárstve (hnojivá).

Významné zlúčeniny bóru link

Oxid boritý link

Oxid boritý (B₂O₃) je biela, sklovitá alebo kryštalická látka, ktorá je hygroskopická (pohlcuje vlhkosť). Je to kyslý oxid.

Pripravuje sa termickou dehydratáciou (odstránením vody zahrievaním) kyseliny boritej:

\( \ce{2H3BO3(s) ->[\text{t}] B2O3(s) + 3H2O(g)} \)

Reaguje s vodou za vzniku kyseliny boritej:

\( \ce{B2O3(s) + 3H2O(l) -> 2H3BO3(aq)} \)

Používa sa hlavne pri výrobe borosilikátového skla a keramických glazúr.

Kyselina boritá link

Kyselina boritá (H₃BO₃) je biela kryštalická látka (často ako šupinky s perleťovým leskom), málo rozpustná v studenej vode, lepšie v horúcej. V tuhej fáze tvoria molekuly B(OH)₃ planárne vrstvy pospájané vodíkovými väzbami. Je to veľmi slabá jednosýtna kyselina (pKa ≈ 9,2), ktorá pôsobí ako Lewisova kyselina (akceptor OH⁻).

Pripravuje sa reakciou boraxu so silnou kyselinou, napríklad kyselinou sírovou:

\( \ce{Na2[B4O5(OH)4] * 8H2O(s) + H2SO4(aq) -> 4H3BO3(s/aq) + Na2SO4(aq) + 5H2O(l)} \)

Používa sa ako slabé antiseptikum (napr. v očných vodách - bórová voda), insekticíd, retardér horenia a pri výrobe skla a glazúr. S viacsýtnymi alkoholmi (napr. glycerol, etylénglykol) tvorí komplexné kyseliny, ktoré sú oveľa silnejšie, čo sa využíva pri jej analytickom stanovení.

Borax link

Borax (Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O), chemicky oktahydrát penta(μ-oxo)-tetrahydroxotetraboritanu disodného (starší vzorec Na₂B₄O₇·10H₂O), je biela kryštalická soľ, najznámejší minerál bóru (tinkal). Je dobre rozpustný vo vode, pričom roztok reaguje zásadito v dôsledku hydrolýzy boritanového aniónu. Pri zahrievaní stráca kryštálovú vodu a „bobtná“.

Používa sa ako súčasť pracích a čistiacich prostriedkov, pri výrobe skla a smaltov, ako tavidlo pri spájkovaní (rozpúšťa oxidy kovov) a ako zdroj bóru pre rastliny.

Diborán link

Diborán (B₂H₆) je najjednoduchší stabilný borán, bezfarebný, vysoko toxický a reaktívny plyn s nepríjemným zápachom, na vzduchu je samozápalný.

Má unikátnu molekulovú štruktúru s dvoma mostíkovými vodíkmi, kde dva atómy bóru spájajú dva atómy vodíka pomocou trojcentrových dvojelektrónových väzieb (B-H-B). Každý bór je viazaný ešte na dva koncové vodíky bežnou kovalentnou väzbou.

Pripravuje sa napríklad reakciou tetrahydridoboritanu sodného s fluoridom boritým v nevodnom prostredí:

\( \ce{3Na[BH4] + 4BF3 -> 3Na[BF4] + 2B2H6} \)

Prudko reaguje s vodou za vzniku kyseliny boritej a vodíka:

\( \ce{B2H6(g) + 6H2O(l) -> 2H3BO3(aq) + 6H2(g)} \)

Používa sa najmä v organickej syntéze (napr. pri hydroborácii alkénov) a ako prekurzor pre syntézu vyšších boránov.

Tetrahydridoboritan sodný link

Tetrahydridoboritan sodný (Na[BH₄]), alebo borohydrid sodný, je biela kryštalická látka, rozpustná vo vode a alkohole. Obsahuje tetraédrický anión [BH₄]⁻.

Je dôležitým redukčným činidlom v organickej aj anorganickej chémii, je menej reaktívny a bezpečnejší ako Li[AlH₄]. Používa sa na selektívnu redukciu aldehydov a ketónov na alkoholy. Reaguje s vodou za vzniku vodíka.

\( \ce{NaBH4 + 2H2O -> NaBO2 + 4H2} \)

Fluorid boritý link

Fluorid boritý (BF₃) je bezfarebný, toxický plyn. Molekula má planárny trigonálny tvar. Je to silná Lewisova kyselina (akceptor elektrónového páru) vďaka elektrónovému deficitu na atóme bóru.

Pripravuje sa napríklad reakciou oxidu boritého s fluoridom vápenatým a koncentrovanou kyselinou sírovou:

\( \ce{B2O3(s) + 3CaF2(s) + 3H2SO4(\text{konc.}) -> 2BF3(g) + 3CaSO4(s) + 3H2O(l)} \)

Ľahko tvorí adukty s Lewisovými zásadami (donormi elektrónového páru), napríklad s amoniakom alebo dietyléterom:

\( \ce{BF3 + :NH3 -> F3B <- NH3} \)

\( \ce{BF3 + :O(C2H5)2 -> F3B <- O(C2H5)2} \)

S vodou hydrolyzuje za vzniku H₃BO₃ a kyseliny tetrafluoroboritej H[BF₄]. Používa sa ako katalyzátor v mnohých organických reakciách (napr. Friedel-Craftsove reakcie).

Nitrid boritý a karbid bóru link

Nitrid boritý (BN) vzniká priamou reakciou prvkov pri vysokej teplote. Existuje v hexagonálnej modifikácii podobnej grafitu (mäkký, biely, používa sa ako mazivo) a kubickej modifikácii podobnej diamantu (extrémne tvrdý). Karbid bóru (B₄C) je tiež veľmi tvrdá, chemicky odolná látka, používa sa ako brusivo a v ochranných vestách.

Borazol link

Borazol (B₃N₃H₆) je cyklická zlúčenina štruktúrou podobná benzénu (striedajú sa atómy B a N v šesťčlennom kruhu, každý viazaný na jeden H). Pre túto podobnosť sa nazýva aj anorganický benzén. Jeho vlastnosti sú však od benzénu odlišné kvôli polarite väzieb B-N.