بور

پیشینه و ریشهٔ بور

واژهٔ Boron در انگلیسی از واژهٔ بوره در فارسی و بورق در عربی گرفته شده‌است. این نام‌ها برای کانی‌های بور استفاده می‌شدند.
هزاران سال پیش ترکیب‌های بور برای مردم شناخته شده بود. بوره را در غرب صحرای تبت می‌شناختند و به آن نام تینکال (tincal) داده بودند، این نام از زبان سانسکریت گرفته شده‌است. در سال ۳۰۰ پیش از میلاد در چین، از لعاب بوره استفاده می‌شد. در سدهٔ ۷۰۰ پس از آنکه شیمیدان ایرانی جابر بن حیان در کتاب‌های خود از بوره صحبت می‌کند، غرب از این ماده آگاه می‌گردد؛ همچنین مارکو پولو نیز در سدهٔ ۱۳ میلادی مقداری لعاب بوره با خود به ایتالیا می‌آورد. اگریکلا در حدود سال ۱۶۰۰ نیز از استفاده از بوره در متالورژی خبر داده‌است. در سال ۱۷۷۷، اسید بوریک در فلورانس ایتالیا شناخته شد، آن‌ها به آن نام sal sedativum را دادند و در موردهای پزشکی آن را بکار بردند. کانی کمیاب ساسولیت که نخستین بار در ساسو (Sasso) در ایتالیا پیدا شد، از سال ۱۸۲۷ تا ۱۸۷۲ منبع اصلی بورهٔ اروپا بود ولی پس از آن منابع آمریکایی جانشین آن شد. ترکیب‌های بور در شیمی آن دوران تا اواخر سال‌های ۱۸۰۰ بسیار کم کاربرد بودند تا اینکه کمپانی پاسیفیک کوست براکس فرانسیس ماریون اسمیت توانست ترکیب‌های این ماده را عمومی تر کند و در حجم بیشتر، هزینهٔ فراهم آوری آن را پایین آورد.
تا پیش از آن بور را به عنوان یک عنصر شیمیایی نمی‌شناختند تا اینکه هامفری دیوی، ژوزف لویی گیلوساک و لویی ژَک تِنارد توانستند این عنصر را از دیگر ناخالصی‌ها جدا کنند. دیوی در سال ۱۸۰۸ مشاهده کرد که در اثر عبور جریان الکتریسیته از محلول بورات ماده‌ای قهوه‌ای رنگ بر روی یکی از الکترودها ته‌نشین شده‌است. وی در آزمایش‌های بعدی خود از پتاسیم برای کاهش اسید بوریک استفاده کرد. او پس از آنکه به اندازهٔ کافی بور تولید کرد و مطمئن شد که یک عنصر جدید است بر روی آن نام بوراکلوم (boracium) را نهاد. گیلوساک و تنارد برای کاهش اسید بوریک در دمای بالا از عنصر آهن استفاده کردند. آن‌ها با اکسید کردن بور با هوا نشان دادند که اسید بوریک یک محصول اکسید شدن بور است. یاکوب برسلیوس نیز در سال ۱۸۲۴ بور را به عنوان یک عنصر شناسایی کرد. اما بور کاملاً خالص در سال ۱۹۰۹ توسط شیمیدان آمریکایی ازکیل وینتروب (Ezekiel Weintraub) تولید شد.

دگرشکلی‌ها

توانایی بور در تشکیل شبکه‌های مولکولی کووالانسی پایدار مانند کربن است. بورهای آمورف دارای بیست وجهی منتظم هستند و با اینکه به صورت تصادفی به هم پیوند خورده‌اند اما نظم بلندبرد ندارند. بلور بور، ماده‌ای سیاه و بسیار سخت است که نقطهٔ ذوب آن بالاتر از ۲۰۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد است و در چهار چندشکلی اصلی α، β، γ و T یافت می‌شود. درحالی که حالت‌های α، β و T برپایهٔ بیست وجهی B۱۲ قرار دارد، حالت γ را می‌توان با آرایشی مانند سنگ نمک، بیست وجهی‌ها و جفت اتم‌های B₂ توضیح داد. فاز γ را می‌توان با قرار دادن دیگر حالت‌های بور در فشاری بین ۱۲ تا ۲۰ گیگا پاسکال و دمایی بین ۱۵۰۰ تا ۱۸۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد بدست آورد. نتیجه، پس از کاهش دما و فشار بالا همچنان پایدار می‌ماند. فاز T در همان فشار ولی در دمایی بین ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد تولید می‌شود. فازهای α و β می‌توانند هم‌زمان در دما و فشار محیط وجود داشته باشند البته فاز β از پایداری بیشتری برخوردار است. هرگاه بور در فشاری بیش از ۱۶۰ گیگا پاسکال تولید شود ساختاری خواهد داشت که همچنان ناشناخته‌است، بور در این حالت در دمای میان ۶ تا ۱۲ کلوین یک ابررسانا خواهد بود.

{

ترکیب‌های شیمیایی

بور در بیشتر ترکیب‌های آشنای خود مانند اکسیدها، سولفیدها، نیتریدها و هالیدها به صورت سه ظرفیتی رفتار می‌کند.
تری هالیدها، ساختار مثلثی و صفحه‌ای می‌پذیرند. این ترکیب‌ها که اسیدهای لوئیس نام دارند به آسانی با یک دهندهٔ الکترون پیوند برقرار می‌کنند و یک جفت الکترون به اشتراک می‌گذارند این پدیده پایه‌های لوئیس نام دارد. برای نمونه فلوئورید ⁻F و تری فلوئورید بور BF₃ با یکدیگر ترکیب می‌شوند و آنیون تترافلوئورو بورات ⁻BF₄ را تشکیل می‌دهند. تری فلوئورید بور در صنعت شیمی نفت به عنوان آسان‌گر کاربرد دارد. هالیدها با آب واکنش می‌دهند و اسید بوریک را تولید می‌کنند.
بور در طبیعت به صورت اکسیدهای مختلف  و معمولاً در پیوند با دیگر عناصر یافت می‌شود. بیش از صد مورد از کانی‌های بور که دارای اکسیدهای مختلف سه ظرفیتی از بور اند تاکنون پیدا شده‌اند. این کانی‌ها از بعضی جهات شبیه سیلیکات هایند با این حال بور را می‌توان غیر از پیوندهای چهاروجهی با اکسیژن در پیوندهای صفحه‌ای سه گوش (مثلثی) نیز پیدا کرد. کانی‌های بور برخلاف سیلیکات‌ها، در بیش از چهار محور پیوند برقرار نمی‌کنند. برای نمونه ساختار آنیون تترا برات از کانی معمول بوره در نگارهٔ سمت راست نشان داده شده‌است. در کانی‌ها بار منفی که در مرکز چهاروجهی بورات قرار دارد با یک کاتیون فلزی مانند ⁺Na به تعادل می‌رسد.

فراوانی

در پوستهٔ زمین بور عنصر نسبتاً کمیابی است و تنها ۰٫۰۰۱٪ از آن را تشکیل می‌دهد. ذخیرهٔ تجاری بور تقریباً ۱۰ میلیون تن است و ترکیه و آمریکا بزرگترین تولیدکننده‌های آن در سطح جهان‌اند. ترکیه به تنهایی ۷۲٪ از مخازن بور جهان را در اختیار دارد. بور به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود بلکه به شکل‌هایی مانند بوره، اسید بوریک، کولمانیت، کرنیت، الکزیت و بوراتها پیدا می‌شود. گاهی در آب بهاه‌ای که از آتش‌فشانها جاری می‌شود می‌تواند اسید بوریک پیدا کرد.
الکزیت یکی از صدها کانی بور است و بلوری رشته‌ای دارد. هر یک از رشته‌های بلوری آن مانند فیبرهای نوری توان هدایت نور از درون خود را دارد.
از نگاه اقتصادی مهم‌ترین کانی‌های سرشار از بور، تینکال (اور) و کرنیت اند که هر دو در بیابان موهاوی در کالیفرنیا یافت می‌شوند ولی بزرگترین منابع بور در مرکز و غرب ترکیه در استان‌های اسکی‌شهر، کوتاهیه و بالیکسیر قرار دارد.

کاربرد

می‌توان گفت که هدف از استخراج کانی بور دار اور، پالایش آن و در نتیجه تولید اسید بوریک و بوره است. در آمریکا ۷۰٪ از بور بدست آمده برای تولید شیشه و سرامیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شیشه و سرامیک

شیشه‌های بوروسیلیکات که میانگین، ۱۲ تا ۱۵ درصد B۲O۳ و ۸۰ درصد SiO۲ و ۲٪ Al۲O۳ دارند، دارای ضریب انبساط گرمایی پایینی اند و به همین دلیل در برابر تغییر دماهای ناگهانی، پایداری خوبی از خود نشان می‌دهند. دوران (Duran) و پیرکس نام دو تولیدکنندهٔ اصلی این نوع شیشه‌است. کاربرد این شیشه‌ها در آزمایشگاه‌ها و ظرف‌های آشپزخانه‌است.
رشته‌های بور دارای مقاومت بسیار بالا و وزن کم اند به همین دلیل در سازه‌های هوانوردی پیشرفته به عنوان یکی از افزودنی‌های مواد ترکیبی کاربرد دارند. همچنین کاربرد کمی هم در ابزارهای تفریحی ورزشی مانند ابزارهای گلف و چوب ماهیگیری دارند. رشته‌های بور را می‌توان با کمک انباشت به روش تبخیر شیمیایی بور بر روی یک رشتهٔ تنگستن بدست آورد.
رشته‌ها و فنرهای بلوری زیر یک میلی‌متر بور را به کمک لیزر و انباشت به روش تبخیر شیمیایی بدست می‌آورند. به کمک پرتوهای متمرکز لیزر می‌توان سازه‌های مارپیچ (حلزونی) ویژه‌ای بدست آورد. این سازه‌ها ویژگی‌های مکانیکی خوبی (مدول کشسانی ۴۵۰ GPa کرنش شکست ۳٫۷٪ و تنش شکست ۱۷ GPa) از خود نشان می‌دهند و می‌توان از آن‌ها برای افزایش مقاومت سرامیک‌ها یا در سامانه‌های میکرو الکترومکانیکی استفاده کرد.

حشره کش

اسید بوریک به عنوان حشره کش، به ویژه در برابر مورچه، کک و سوسک حمام مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در ترکیب مواد شوینده و به عنوان عامل سفیدکننده

از بوره در بسیاری از مواد پاک‌کننده و شویندهٔ خانه استفاده می‌شود. همچنین در ترکیب برخی از سفیدکننده‌های دندان نیز یافت می‌شود.

دیگر کاربردها

برای دیگر کاربردهای بور می‌توان به کاربرد آن در فضاپیماها، رآکتورهای هسته‌ای، تولید آتش‌های حالت اضطرار و کاربردهای پزشکی و دارویی آن اشاره کرد.