» » Некоторые физико-химические свойства бора и его соединений
22.09.2015

Физические свойства
Бор является первым и самым легким элементом III группы периодической системы и располагается во втором ряду этой группы.
В природе известны два стабильных изотопа бора с массовыми числами 10 и 11. При этом в соединениях бора, встречающихся в природе, например BF3 или BCl3, относительное содержание В10 и В11 составляет в среднем 19,1 и 80,9% соответственно.
Бор имеет несколько структурных разновидностей. Наиболее изучены три модификации бора — тетрагональная и две ромбоэдрические.
При получении бора восстановлением BBr3 на накаленной нити в зависимости от температуры накала получаются осадки бора различной степени кристалличности — от аморфных при 600—800° С до стеклообразных и кристаллических при 1000—1300° С.
Физические свойства бора в значительной степени определяются чистотой получаемого бора тем или иным способом. Наиболее чистые образцы как аморфного, так и кристаллического бора черного цвета. Частичная окисляемость поверхности частиц бора, даже наиболее чистых его образцов, обусловливает значительную гидрофильность его порошков. Плотность аморфного бора 2,3 г/см3, а кристаллического 2,33 г/см3 при 25—27° С; температура плавления 2075±10°С; температура кипения 2500—2550° С; твердость (по минералогической шкале) 9,3 и микротвердость 3400 кГ/мм2.
Упругость паров бора при 1600° С составляет 10в-5 ат; при 1750° С — 10в-4 ат и при 2150° С — 10в-2 ат.
При 1200°С бор начинает возгоняться в вакууме, а при 1600°С возгоняется уже значительно.
Электрические свойства
Интересным свойством бора является его электропроводность. Ничтожная при 0°C и комнатной температуре электропроводность бора возрастает при повышении температуры до 800°С более чем в два миллиона раз, например:
Некоторые физико-химические свойства бора и его соединений

Удельное электросопротивление бора особенно быстро уменьшается в пределах изменения температур от 0 до ~300°С. Наиболее чистые образцы бора имеют удельное электросопротивление при 20°С порядка 10в6 ом*см.
По данным японских исследователей, бор является полупроводником p-типа проводимости, причем она сильно зависит от способа получения бора. Так, образец бора, полученный термическим разложением BBr3, имеет проводимость порядка 10в-3 ом-1*см-1 при 200°С, причем проводимость этих образцов быстро возрастает с температурой.
Образцы бора, полученные восстановлением BBr3 водородом (при 1500°С), характеризуются проводимостью 10 ом-1*см-1 при 20°С. Для этих образцов бора возрастание проводимости с температурой идет медленно. Это объясняют не только степенью чистоты образцов бора, но и неоднородностью зерен бора в первых образцах.
Для монокристаллических образцов бора удельное электросопротивление составляло около 1,7*10в6 ом*см при 27°С и уменьшалось примерно в 10в10 раз при повышении температуры до 730°С. Ширина запрещенной зоны для бора установлена равной 1,55 эв.
Результаты измерения эффекта Холла, т. э. д. с. и выпрямляющих свойств показали, что для низкоомных кристаллов при р<100 ом*см характерна электронная проводимость при 27°С, а при высоких температурах для всех кристаллов превалирует дырочная проводимость.
Подвижность электронов при 27° С равна 1 см2/в*сек, а дырок — 55 см2/в*сек.
При комнатной температуре в боре наблюдаются эффекты выпрямления тока и фотопроводимость. Электропроводность бора не подчиняется закону Ома, так как она возрастает с повышением силы тока.
Химические свойства
Химические свойства бора также существенно зависят от его чистоты и структуры. Так, если аморфный бор медленно окисляется на воздухе даже при комнатной температуре, воспламеняется при нагревании до 800°С и горит ослепительно ярким пламенем, то крупные кристаллы бора жаростойки даже при значительно более высоких температурах. Пленка B2O3, образующаяся на поверхности бора, препятствует его загоранию. При комнатной температуре бор — инертный материал: не реагирует с водой и в большинстве случаев не соединяется с другими элементами. При нагревании до высоких температур химическая активность бора резко увеличивается.
Аморфный бор при 400°С легко взаимодействует с хлором. В атмосфере сухого хлора при этой температуре он сгорает с образованием ВСl3. Эта реакция используется для синтеза хлорида бора.
С парами брома бор реагирует только при 700°С, образуя BBr3; эта реакция протекает с большим выделением тепла.
Фтор взаимодействует с бором при комнатной температуре; йод не реагирует с чистым бором даже при 1250°С. С азотом бор при 900°С дает лишь следы нитрида бора. Реакция образования нитрида бора идет легко только при температуре выше 1200° С и под высоким давлением азота. Мышьяк и сурьма при температуре 1200° С с бором не взаимодействуют. С углеродом бор взаимодействует при температуре выше 1300° С, образуя карбид бора B12C3. С кремнием бор реагирует при температуре выше 1000°С, образуя бориды кремния.
С большинством металлов и их окислов бор взаимодействует при высоких температурах, образуя различные бориды. Исключение составляют щелочные металлы, которые могут возгоняться над аморфным бором даже без следов взаимодействия.
Соляная и плавиковая кислоты не действуют на бор даже при продолжительном кипячении. Газообразный HCl не реагирует с бором при красном калении, HF не реагирует при нагревании до 1200—1300°С. Однако пары HF реагируют с бором при красном калении с образованием BF3 и Н2.
При взаимодействии с кислородными соединениями бор ведет себя как энергичный восстановитель. Окись углерода при 1200°С восстанавливается бором с образованием B2O3 и углерода.
Аморфный бор хорошо растворяется в азотной кислоте и в ее смеси с серной кислотой, однако кристаллический бор в компактном виде очень медленно окисляется даже концентрированной HNO3. Аморфный бор очень хорошо окисляется перекисью водорода, что используется для перевода этого бора в раствор, однако на кристаллический бор даже в измельченном состоянии перекись водорода почти не действует. Наилучшими окислителями кристаллического бора являются расплавленные щелочи или карбонаты либо перекись натрия.