Бор: элемент с загадочным характером
С соединениями бора люди были знакомы с древних времён. С ними работали и арабские алхимики. В трудах Джабира ибн Хайяна — врача, фармацевта и исследователя, жившего предположительно в VIII–IX веках, упоминается вещество с названием «burah» или бура. «Бура» в переводе с арабского означает «белый». Борная кислота в сухом виде представляет собой белое кристаллическое вещество, обладающее характерным перламутровым блеском. Возможно, именно внешний вид одного из известных соединений бора повлиял на историю его названия. Борную кислоту и другие соединения этого элемента получали из природного сырья. Например, в Тибете встречаются солёные озёра, воды и отложения которых содержат соединения бора. Эти запасы нередко связаны с древней вулканической активностью, горячими источниками или с водами нефтяных месторождений.
Бор нельзя назвать редким элементом на Земле, его в 5 раз больше, чем свинца и в 250 раз больше, чем серебра. Свободного бора в природе нет, он всегда связан с другими элементами. Крупнейшие запасы борного сырья сосредоточены в Турции. Значительные месторождения есть также в США, России, Аргентине, Чили, Перу, Китае и Казахстане.
14 декабря 2016 года на ежегодной конференции Американского геофизического союза в Сан-Франциско сообщалось, что на Марсе найден бор. Предполагают, что образование его месторождений связано с химическим взаимодействием марсианских почв и потоков воды, когда то протекавшим по поверхности красной планеты. «Если бор внутри марсианских залежей гипса похож на соединения этого вещества на Земле, можно утверждать, что вода на Марсе имела нейтральную реакцию и была довольно теплой — от 0 до 60°С», — объяснил находку коллег сотрудник Национальной лаборатории Патрик Гасда.
Но самое интересное начинается, когда мы переходим к истории открытия и получения этого элемента в чистом виде, в чем-то напоминающей химический детектив.
В 1702 году немецкий химик и врач Вильгельм Хомберг получил из соединений бора вещество, известное под названием «успокоительная соль Хомберга». Сегодня мы знаем его как борную кислоту.
Спустя чуть больше ста лет, в 1808 году из этого белого порошка практически одновременно синтезировали бор французские химики Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар на одном берегу Ла-Манша и английский ученый Гемфри Деви — на другом. Французы проводили восстанавление бора из кислоты с помощью калия, а англичанин — электролизом. Это соревнование закончилось вничью, так как обе группы получили вещество, в котором чистого элемента было от силы половина и его свойства не соответствовали элементарному бору. Так, вещество Деви было проводником, а чистый бор — полупроводник. Прошло еще 87 лет и в 1895 году французский химик Анри Муассан восстановил бор из его оксида В2О3 с помощью магния. Но и это вещество оказалось далеко не чистым. Есть мнение, что в 1909 году американский химик Езекиель Вейнтрауб синтезировал бор чистотой 99%, однако это тоже не очевидно.
История бора — это не просто рассказ об открытии химического элемента. Это история работы нескольких поколений учёных, которые шаг за шагом приближались к цели: отделить один из элементов от соединений, в которых он скрывался.
В середине XIX века возникла идея о существовании аллотропных модификаций бора.
В 1857 году немецкий химик Фридрих Вёлер и француз Анри Сент-Клер Девиль получили несколько форм этого элемента, восстанавливая оксид бора алюминием. Полученные вещества различались по блеску и твёрдости. По аналогии с углеродом их назвали алмазоподобным, графитоподобным и углеподобным бором. Последний напоминал вещество, которое ранее получили Гей-Люссак и Тенар.
Однако проблема оставалась: ни один из этих образцов не представлял собой чистый бор. И впоследствии ещё немало исследователей стали жертвами коварства этого элемента.
Причина такого поведения кроется в необычной химии бора и его способности образовывать сложные кристаллические структуры.
На внешнем электронном уровне у атома бора всего три электрона. Это роднит его с алюминием, который находится в той же группе периодической таблицы. Имея три электрона, бор «стремится» изо всех сил стать металлом, но связь внешних электронов с ядром велика, для их отрыва требуется больше усилий, чем алюминию. Поэтому бор идет на компромис – он образует различные аллотропные неметалические соединения с полупроводниковыми свойствами. Причем эти соединения весьма экзотические, в них бор не особенно старается придерживаться правил валентности.
В некоторых кристаллических структурах количество атомов оказывается поистине впечатляющим. Например, один из представителей семейства боридов иттрия — соединений иттрия с бором — отличается исключительной сложностью строения: в элементарной ячейке его кристаллической решетки находится 1588 атомов.
И даже сегодня исследователям непросто поставить точку в истории этого элемента. Истинные свойства бора, без влияния даже ничтожных примесей, не установлены до сих пор. Даже относительно его цвета в справочной литературе встречаются противоречия: в одних источниках бор описывают как чёрный, в других — как коричневый или указывают другие варианты окраски. На данном этапе известно 16 аллотропных соединений бора, но структуры установлены только для четырех.
Популярная библиотека химических элементов. Бор.
Бор: факты и фактики Я.А. Найчук, М.П. Лябин «Химия и жизнь»,2017,7
А.Р. Оганов Ионный бор «Химия и жизнь» 2011,10
