Бор — неметалл или металлоид¶

Бор — химический элемент 13-й группы третьего периода периодической таблицы Д. И. Менделеева, с порядковым номером 5 и символом B. Относится к классу неметаллов, хотя ряд его свойств сближает его с металлоидами (полуметаллами). В природе бор не встречается в свободном виде — только в виде соединений, прежде всего борных кислот и солей.

¶Положение в периодической таблице

Бор расположен во втором периоде, в 13-й группе (старая нумерация — IIIA). Электронная конфигурация атома — 1s²2s²2p¹, то есть на внешнем уровне три электрона. По строению электронного оболочки бор примыкает к углероду, азоту и кислороду — типичным неметаллам, и это определяет его химическое поведение.

К 13-й группе также относятся алюминий, галлий, индий, таллий и нихоний. Из этого ряда бор резко отличается: все остальные элементы группы — металлы, тогда как бор проявляет свойства неметалла. Электроотрицательность бора составляет 2,04 по Полингу — существенно выше, чем у алюминия (1,61), и близка к значениям для водорода и кремния.

¶Почему бор относят к неметаллам

Критерии отнесения элемента к неметаллам включают: высокую электроотрицательность, способность образовывать ковалентные связи, оксиды, реагирующие с водой с образованием кислот, отсутствие металлического блеска и низкую электропроводность.

Бор удовлетворяет большинству из этих признаков:

• Оксид B₂O₃ — кислотный ангидрид; с водой он образует борную кислоту H₃BO₃.
• Электропроводность чистого бора при комнатной температуре крайне мала — порядка 1,5·10⁻⁶ См/см, что на несколько порядков ниже, чем у полупроводников.
• Соединения бора преимущественно ковалентные; бориды металлов — исключение.
• Водородные соединения (бораны, B₂H₆ и др.) неустойчивы и не образуют гидридов, характерных для металлов.

¶Свойства металлоида

Полное отрицание металлических свойств было бы упрощением. Ряд признаков сближает бор с металлоидами:

• При высоких давлениях (выше 160 ГПа) бор проводит электричество — предполагается, что он переходит в сверхпроводящее состояние.
• Кристаллический бор (β-аллотропная форма) обладает крайне высокой твёрдостью — 9,5 по шкале Мооса, уступая лишь алмазу и нескольким сверхтвёрдым материалам.
• Бор образует бориды — соединения с металлами, в которых бор ведёт себя как электроотрицательный компонент, что нехарактерно для типичных неметаллов.
• Полупроводниковые свойства бора (особенно в аморфной форме) используются в электронике.

Именно поэтому в учебниках и справочниках бор иногда помещают в группу металлоидов наравне с кремнием, германием, мышьяком, сурьмой, теллурами и астатом. В российской школьной традиции бор обычно классифицируют как неметалл.

¶Аллотропные формы

Бор известен множеством аллотропных модификаций — не менее шести кристаллических форм: α, β, γ, α-тетраэдральный, γ-тетраэдральный и другие. Наиболее устойчивы:

• α-бор — ромбическая решётка, содержит 12 атомов в элементарной ячейке.
• β-бор — ромбоэдрическая структура из 1056 атомов, наиболее термодинамически стабильная форма.
• Аморфный бор — порошок тёмно-бурого цвета, получаемый восстановлением борного ангидрида.

Структура бора основана на многогранниках (икосаэдрах), что объясняет его исключительную твёрдость и химическую инертность.

¶Основные свойства

¶Применение

Бор и его соединения применяются в нескольких отраслях:

• Стекольная промышленность — боросиликатное стекло («Пирекс») с добавкой B₂O₃ обладает низким коэффициентом теплового расширения.
• Ядерная энергетика — изотоп ¹⁰B обладает высоким сечением захвата тепловых нейтронов, применяется в стержнях регулирования и защитных экранах.
• Металлургия — бор добавляют в сталь для повышения прокаливаемости.
• Ракетостроение — бораны исследовались как компоненты ракетного топлива.
• Медицина — борная кислота используется как антисептик.

¶История открытия

Элемент открыт в 1808 году независимо друг от друга французскими учёными Луи Жозефом Гей-Люссаком и Луи Тенаром (из борной кислоты) и английским химиком Гемфри Дэви (электролизом борной кислоты). Название происходит от латинского borax — бура, природного борнокислого натрия.

¶Месторождения

Основные источники бора — минералы бура (Na₂B₄O₇·10H₂O) и боракс. Крупнейшие месторождения расположены в Турции, США (Калифорния), России (Ишимбайское месторождение в Башкортостане, Северное и Кольское), Аргентине и Китае.

Источники: Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева; «Курс общей химии» Б. В. Некрасова; Химическая энциклопедия; Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press).