Uno sguardo al boro semi-metallico
Il boro è un semi-metallo estremamente duro e resistente al calore che può essere trovato in una varietà di forme ed è ampiamente usato in composti per fare qualsiasi cosa, da candeggianti e vetro a semiconduttori e fertilizzanti agricoli.
Le proprietà del boro sono:
- Simbolo atomico: B
- Numero atomico: 5
- Elemento Categoria: Metalloid
- Densità: 2,08 g / cm3
- Punto di fusione: 3769 F (2076 C)
- Punto di ebollizione: 7101 F (3927 C)
- Moh's Hardness: ~ 9.5
Caratteristiche del boro
Il boro elementare è un semi-metallo allotropico, il che significa che l'elemento stesso può esistere in diverse forme, ognuna con le proprie proprietà fisiche e chimiche. Inoltre, come altri semi-metalli (o metalloidi), alcune proprietà del boro sono di natura metallica mentre altre sono più simili ai non-metalli.
Il boro di elevata purezza esiste sia come polvere amorfa da marrone scuro a nera o come metallo cristallino scuro, lucente e fragile.
Estremamente duro e resistente al calore, il boro è un cattivo conduttore di elettricità a basse temperature, ma questo cambia con l'aumentare della temperatura. Mentre il boro cristallino è molto stabile e non reattivo con gli acidi, la versione amorfa lentamente si ossida in aria e può reagire violentemente in acido.
In forma cristallina, il boro è il secondo più duro di tutti gli elementi (dietro solo il carbonio nella sua forma di diamante) e ha una delle più alte temperature di fusione. Simile al carbonio, per il quale i primi ricercatori scambiavano spesso l'elemento, il boro forma legami covalenti stabili che rendono difficile isolarlo.
L'elemento numero cinque ha anche la capacità di assorbire un gran numero di neutroni, rendendolo un materiale ideale per le barre di controllo nucleari.
Recenti ricerche hanno dimostrato che quando il super-raffreddato, il boro forma ancora una struttura atomica del tutto diversa che gli consente di agire come un superconduttore.
Storia di boro
Mentre la scoperta del boro è attribuita ai chimici francesi e inglesi alla ricerca di minerali borati all'inizio del XIX secolo, si ritiene che un campione puro dell'elemento non sia stato prodotto fino al 1909.
I minerali di boro (spesso indicati come borati), tuttavia, erano già stati usati dall'uomo per secoli. Il primo uso registrato di borace (borato di sodio naturale) fu dagli orafi arabi che applicarono il composto come un flusso per purificare l' oro e l' argento nell'VIII secolo d.C.
Gli smalti su ceramica cinese risalenti al periodo compreso tra il 3 ° e il 10 ° secolo dC hanno anche dimostrato di utilizzare il composto naturale.
Usi moderni di boro
L'invenzione del vetro borosilicato termostabile alla fine del 1800 ha fornito una nuova fonte di domanda per i minerali di borato. Facendo uso di questa tecnologia, Corning Glass Works ha introdotto pentole in vetro Pyrex nel 1915.
Negli anni del dopoguerra, le applicazioni per il boro sono cresciute includendo una gamma di industrie sempre più ampia. Il nitruro di boro cominciò ad essere usato nei cosmetici giapponesi e nel 1951 fu sviluppato un metodo di produzione per le fibre di boro. I primi reattori nucleari, che entrarono in funzione durante questo periodo, fecero anche uso del boro nelle loro barre di controllo.
Nell'immediato dopo il disastro nucleare di Chernobyl nel 1986, 40 tonnellate di composti di boro furono scaricati sul reattore per aiutare a controllare il rilascio di radionuclidi.
Nei primi anni '80, lo sviluppo di magneti permanenti di terre rare ad alta resistenza ha ulteriormente creato un nuovo grande mercato per l'elemento.
Oltre 70 tonnellate di magneti al neodimio ferro-boro (NdFeB) vengono ora prodotte ogni anno per essere utilizzate in tutto, dalle auto elettriche alle cuffie.
Alla fine degli anni '90, l'acciaio al boro cominciò ad essere utilizzato nelle automobili per rafforzare i componenti strutturali, come le barre di sicurezza.
Produzione di boro
Sebbene nella crosta terrestre esistano oltre 200 diversi tipi di minerali borato, solo quattro rappresentano oltre il 90% dell'estrazione commerciale di composti di boro e di boro: tincal, kernite, colemanite e ulexite.
Per produrre una forma relativamente pura di polvere di boro, l'ossido di boro presente nel minerale viene riscaldato con flusso di magnesio o alluminio. La riduzione produce polvere di boro elementare che è pura al 92% circa.
Il boro puro può essere prodotto riducendo ulteriormente gli alogenuri di boro con l'idrogeno a temperature superiori a 1500 ° C (2732 F).
Il boro di elevata purezza, richiesto per l'uso nei semiconduttori, può essere ottenuto per decomposizione del diborano ad alte temperature e per la crescita di singoli cristalli mediante fusione di zona o metodo Czolchralski.
Applicazioni per boro
Mentre oltre sei milioni di tonnellate di minerali contenenti boro vengono estratte ogni anno, la maggior parte di queste viene consumata sotto forma di sali di borato, come l'acido borico e l'ossido di boro, con una quantità minima convertita in boro elementale. Infatti, solo circa 15 tonnellate metriche di boro elementare vengono consumate ogni anno.
L'ampiezza dell'uso di composti di boro e di boro è estremamente ampia. Alcuni stimano che ci siano oltre 300 diversi usi finali dell'elemento nelle sue varie forme.
I cinque principali usi sono:
- Vetro (ad es. Vetro borosilicato termostabile)
- Ceramica (ad es. Smalti per piastrelle)
- Agricoltura (ad es. Acido borico in fertilizzanti liquidi).
- Detersivi (ad es., Perborato di sodio nel detersivo per lavatrice)
- Candeggianti (es. Smacchiatori domestici e industriali)
Applicazioni metallurgiche al boro
Sebbene il boro metallico abbia pochissimi usi, l'elemento è molto apprezzato in una serie di applicazioni metallurgiche. Rimuovendo carbonio e altre impurità mentre si lega al ferro, una piccola quantità di boro, solo poche parti per milione, aggiunte all'acciaio, può renderlo quattro volte più forte dell'acciaio medio ad alta resistenza.
La capacità dell'elemento di dissolvere e rimuovere la pellicola di ossido di metallo lo rende ideale anche per i flussi di saldatura. Il tricloruro di boro rimuove nitruri, carburi e ossido dal metallo fuso. Di conseguenza, il tricloruro di boro viene utilizzato nella produzione di alluminio, magnesio, zinco e leghe di rame.
Nella metallurgia delle polveri, la presenza di boruri metallici aumenta la conduttività e la resistenza meccanica. Nei prodotti ferrosi, la loro esistenza aumenta la resistenza alla corrosione e la durezza, mentre nelle leghe di titanio utilizzate nei telai dei jet e nei boridi delle parti di turbina aumenta la resistenza meccanica.
Le fibre di boro, che vengono prodotte depositando l'elemento idruro sul filo di tungsteno, sono materiali strutturali leggeri e resistenti adatti per l'uso nelle applicazioni aerospaziali, così come mazze da golf e nastro ad alta resistenza.
L'inclusione del boro nel magnete NdFeB è fondamentale per la funzione di magneti permanenti ad alta resistenza utilizzati nelle turbine eoliche, nei motori elettrici e in una vasta gamma di componenti elettronici.
La propensione del boro verso l'assorbimento dei neutroni ne consente l'uso in barre di controllo nucleari, scudi di radiazioni e rivelatori di neutroni.
Infine, il carburo di boro, la terza sostanza più difficile conosciuta, viene utilizzato nella produzione di varie armature e giubbotti antiproiettile, nonché di abrasivi e parti soggette a usura.
fonti:
Chemicool. Boro
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Informazioni sui minerali. Boro
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/