Большая советская энциклопедия - бор

I (химич. элемент) Бор (лат. Borum), В, химический элемент III группы периодической системы Менделеева, атомный номер 5, атомная масса 10,811; кристаллы серовато-черного цвета (очень чистый Б. бесцветен). Природный Б. состоит из двух стабильных изотопов: 10B (19%) и 11B (81%). Ранее других известное соединение Б. — бура — упоминается в сочинениях алхимиков под арабским названием «бурак» и латинским Borax, откуда и произошло наименование «бор». Свободный Б. (нечистый) впервые получили французские химики Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар в 1808 нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Общее содержание Б. в земной коре 3•10-4% по массе. В природе Б. в свободном состоянии не обнаружен. Многие соединения Б. широко распространены, особенно в небольших концентрациях. В виде боросиликатов, боратов, бороалюмосиликатов, а также как изоморфная примесь в других минералах Б. входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Соединения Б. найдены в нефтяных водах, морской воде, соляных озерах, горячих источниках, в вулканических и сопочных грязях, во многих почвах. О главных природных соединениях Б., служащих для его промышленного получения, см. в ст. Бораты природные. Физические и химические свойства. Известно несколько кристаллических модификаций Б. Для двух из них рентгеноструктурным анализом удалось полностью определить кристаллическую структуру, которая в обоих случаях оказалась весьма сложной. Атомы Б. образуют в этих структурах трехмерный каркас подобно атомам углерода в алмазе. Этим объясняется высокая твердость Б. Однако строение каркаса в структурах Б. гораздо сложнее, чем в алмазе. Основной структурной единицей в кристаллах Б. служат двадцатигранники (икосаэдры), в вершинах каждого из которых находятся 12 атомов Б. (рис., а). Икосаэдры соединяются между собой как непосредственно (рис., б), так и посредством промежуточных атомов Б., не входящих в состав какого-либо икосаэдра (рис., в). При таком строении оказывается, что атомы Б. в кристаллах имеют разные координационные числа: 4, 5, 6 и 5 + 2 (5 ближних «соседей» и 2 более далеких). Т. к. на внешней оболочке атома Б. находятся всего 3 электрона (электронная конфигурация 2s22p), на каждую присутствующую в кристаллическом Б. связь приходится существенно меньше двух электронов. В соответствии с современными представлениями, в кристаллах Б. осуществляется особый тип ковалентной связи — многоцентровая связь с дефицитом электронов. В соединениях ионного типа Б. 3-валентен. Так называемый «аморфный» Б., получаемый при восстановлении B2O3 металлическим натрием или калием, имеет плотность 1,73 г/см3. Чистый кристаллический Б. имеет плотность 2,3 г/см3, температуру плавления 2075 °С, температуру кипения 3860 °С; твердость Б. по минералогической шкале 9, микротвердость 34 Гн/м2 (3400 кгс/мм2). Кристаллический Б. — полупроводник. В обычных условиях он проводит электрический ток плохо. При нагревании до 800°С электрическая проводимость Б. увеличивается на несколько порядков, причем знак проводимости меняется (электронная — при низких температурах, дырочная — при высоких) (см. Полупроводниковые материалы). Химически Б. при обычных условиях довольно инертен (взаимодействует активно лишь с фтором), причем кристаллический Б. менее активен, чем аморфный. С повышением температуры активность Б. возрастает и он соединяется с кислородом, серой, галогенами. При нагревании на воздухе до 700 °С Б. горит красноватым пламенем, образуя борный ангидрид B2O3 — бесцветную стекловидную массу. При нагревании выше 900 °С Б. с азотом образует бора нитрид BN, при нагревании с углем — бора карбид B4C, с металлами — бориды. С водородом Б. заметно не реагирует; его гидриды (бороводороды) получают косвенным путем. При температуре красного каления Б. взаимодействует с водяным паром: 2B + 3Н2О = B2O3 + 3H2. В кислотах Б. при обычной температуре не растворяется, кроме концентрированной азотной кислоты, которая окисляет его до борной кислоты H3BO3. Медленно растворяется в концентрированных растворах щелочей с образованием боратов. Во фториде BF3 и других галогенидах Б. связан с галогенами тремя ковалентными связями. Поскольку для завершения устойчивой 8-электронной оболочки атому Б. в галогениде BX3 недостает пары электронов, молекулы галогенидов, особенно BFз, присоединяют молекулы других веществ, имеющие свободные электронные пары, например аммиака В таких комплексных соединениях атом Б. окружен четырьмя атомами (или группами атомов), что соответствует характерному для Б. в его соединениях координационному числу 4. Важные комплексные соединения Б. — борогидриды, например Na BH4, и фтороборная, или борофтористоводородная, кислота H BF4, образующаяся из BF3 и HF; большинство солей этой кислоты (фтороборатов) растворимы в воде (за исключением солей К, Rb, Cs). Общая особенность самого Б. и его соединений — их сходство с кремнием и его соединениями. Так, борная кислота, подобно кремниевой, обладает слабыми кислотными свойствами и растворяется в HF с образованием газообразного BF3 (кремниевая дает SiF4). Бороводороды напоминают кремневодороды, а карбид Б. — карбид кремния, и т.д. Представляет интерес особое сходство модификаций нитрида BN с графитом или алмазом. Это связано с тем, что атомы В и N по электронной конфигурации совместно имитируют 2 атома С (у В — 3 валентных электрона, у N — 5, у двух атомов С — по 4). Эта аналогия характерна и для других соединений, содержащих одновременно Б. и азот. Так, боразан BH3—NH3 подобен этану СН3—СН3, а боразен BH2=NH2 и простейший боразин BH?NH подобны соответственно этилену СН2=СН2 и ацетилену CH?CH. Если тримеризация ацетилена C2H2 дает бензол C6H6, то аналогичный процесс приводит от боразина BHNH к боразолу B3N3H6 (см. также Борорганические соединения). Получение и применение. Элементарный Б. из природного сырья получают в несколько стадий. Разложением боратов горячей водой или серной кислотой (в зависимости от их растворимости) получают борную кислоту, а ее обезвоживанием — борный ангидрид. Восстановление В2О3 металлическим магнием дает Б. в виде темно-бурого порошка; от примесей его очищают обработкой азотной и плавиковой кислотами. Очень чистый Б., необходимый в производстве полупроводников, получают из его галогенидов: восстанавливают BCl3 водородом при 1200°С или разлагают пары BBr3 на танталовой проволоке, раскаленной до 1500°С. Чистый Б. получают также термическим разложением бороводородов. Б. в небольших количествах (доли %) вводят в сталь и некоторые сплавы для улучшения их механических свойств; уже присадка к стали 0,001—0,003% Б. повышает ее прочность (обычно в сталь вводят Б. в виде ферробора, т. е. сплава железа с 10—20% Б.). Поверхностное насыщение стальных деталей бором (до глубины 0,1—0,5 мм) улучшает не только механические свойства, но и стойкость стали против коррозии (см. Борирование). Благодаря способности изотопа 10В поглощать тепловые нейтроны, его применяют для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов, служащих для прекращения или замедления реакции деления. Б. в виде газообразного BF3 используют в счетчиках нейтронов. (При взаимодействии ядер 10В с нейтронами образуются заряженные a-частицы, которые легко регистрировать; число же a-частиц равно числу нейтронов, поступивших в счетчик: 105B + 10n = 73Li + 42a) (см. также Нейтронные детекторы и индикаторы). Сам Б. и его соединения — нитрид BN, карбид B4C, фосфид ВР и др. — применяют как диэлектрики и полупроводниковые материалы. Обширное применение находят борная кислота и ее соли (прежде всего бура), бориды и др. BF3 — катализатор некоторых органических реакций. Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 2, М., 1967; Щукарев С. А., Лекции по курсу общей химии, т. 2, Л., 1964; Бор, его соединения и сплавы, К., 1960. В. Л. Василевский. Б. в организме. Б. относится к числу химических элементов, которые в очень малых количествах содержатся в тканях растений и животных (тысячные и десятитысячные доли % на сухую массу). Б. необходим для поддержания нормальной жизнедеятельности растений. Важнейший симптом недостатка Б. — отмирание точки роста главного стебля, а затем и пазушных почек. Одновременно черешки и листья становятся хрупкими, цветки не появляются или не образуются плоды; поэтому при недостатке Б. падает урожай семян. Известны многие болезни, связанные с недостатком Б., например гниль сердечка сахарной свеклы, черная пятнистость столовой свеклы, побурение сердцевины брюквы и цветной капусты, засыхание верхушки льна, желтуха верхушки люцерны, бурая пятнистость абрикосов, опробковение яблок. При недостатке Б. замедляется окисление сахаров, аминирование продуктов углеводного обмена, синтез клеточных белков; однако ферменты, для которых Б. является необходимым элементом, пока неизвестны. По данным М. Я. Школьника, при недостатке Б. у растений снижается содержание аденозинтрифосфорной кислоты, а также нарушается процесс окислительного фосфорилирования, вследствие чего энергия, выделяющаяся при дыхании, не может быть использована для синтеза необходимых веществ. При недостатке Б. в почве в нее вносят борные удобрения (см. Микроудобрения). В биогеохимических провинциях с избытком Б. в почве (например, в Северо-Западном Казахстане) возникают морфологические изменения и заболевания растений, вызываемые накоплением Б., — гигантизм, карликовость, нарушение точек роста и др. На почвах с интенсивным борным засолением встречаются участки, лишенные растительности, «плешины», — один из поисковых признаков месторождения Б. Значение Б. в организме животных пока не выяснено. У человека и животных (овец, верблюдов) при питании растениями с избыточным содержанием Б. (60—600 мг/кг сухого вещества и более) нарушается обмен веществ (в частности, активность протеолитических ферментов) и появляется эндемическое заболевание желудочно-кишечного тракта — борный энтерит. Лит.: Скок Дж., функция бора в растительной клетке, в кн.: Микроэлементы, пер. с англ., М., 1962; Ковальский В. В., Ананичев А. В., Шахова И. К., Борная биогеохимическая провинция Северо-Западного Казахстана, «Агрохимия», 1965, № 11. В. В. Ковальский. II (сосновый лес) Бор, сосновый лес, произрастающий преимущественно на сухой песчаной почве (сосновые леса, произрастающие на избыточно влажных и сырых почвах, на сфагновых болотах, Б. не называют). В СССР Б. занимают огромные площади от тундры до южной границы ареала сосны. Типичные Б. растут на дюнных холмистых местах и плато. В них нет подлеска; в живом напочвенном покрове преобладают лишайники. Эти леса составляют группу сухих Б. — беломошников или лишайниковых и близких к ним типов леса. На пологих склонах со свежими песчаными почвами произрастают свежие Б. — брусничники, черничники, чистые зеленомошники. В их составе могут встретиться береза, местами ель и другие породы; в подлеске — единично рябина, можжевельник и др.; в живом покрове — брусника, черника, зеленые мхи. На более богатых супесчаных и суглинистых почвах развиваются сложные Б. двух-, трехпородного состава (сосна с елью, сосна с дубом, сосна с липой и лещиной) с развитым подлеском и хорошо выраженным покровом. Такие Б. дают много ценной деловой древесины. См. также Сосновые леса. А. П. Шиманюк. III (род растений сем. злаков) Бор (Milium), род растений семейства злаков. Многолетние, реже однолетние травы с мелкими одноцветковыми колосками, собранными в раскидистые метелки. 6 видов, распространенных в умеренном поясе Северного полушария. В СССР — 3 вида. Б. развесистый (Milium effusum) — многолетний корневищный злак с широколинейными листьями, растущий в лесах, зарослях кустарников. Это растение охотно поедается скотом, но большого кормового значения оно не имеет, т.к. растет большей частью в незначительных количествах. Лит.: Кормовые растения сенокосов и пастбищ СССР, под ред. И. В. Ларина, т. 1, М. — Л., 1950. IV (город в Горьковской обл.) Бор, город в Горьковской области РСФСР. Расположен на левом берегу Волги, против г. Горького, с которым соединен автодорожным мостом (с 1965). Ж.-д. ст. (Моховые Горы). 51 тыс. жителей (1969). Судоремонт, производство судового и портового оборудования, стекольный (оконное стекло, стеклопрофилит, стекла для автомобильной промышленности и др.), силикатный, металлопрокатный, ремонтно-механический, авторемонтный, торгового оборудования и торгового машиностроения заводы, мебельная, войлочная, сапоговаляльная, первичной обработки шерсти, строчевышивальная фабрики. Значительная часть предприятий Б. связана с заводами г. Горького. Вечерний индустриальный техникум, культурно-просветительное училище. Дом отдыха. Первые сведения о Б. относятся к 14 в., город с 1938. Лит.: Трубе Л. Л., Наши города. Горький, 1954. V (город в Югославии) Бор, город в Югославии, в восточной Сербии, в Восточно-Сербских горах. 20 тыс. жителей (1965). Центр меднорудной (крупнейший рудник в зарубежной Европе) и медеплавильной промышленности страны.