Bor kimyası

Boraks kristali

Borun temel cevherleri; kernit (Na₂B₄O₇.4H₂O), boraks (Na₂B₄O₇.10H₂O), kolemanit (Ca₂B₆O₁₁.5H₂O) ve uleksit (NaCaB₅O₉.8H₂O)
gibi boratlardır. Bor elementi, periyodik sistemin 3. grubunun başında
yer alır. Elmastan sonra en sert madde olan ametal bor gri-siyah
kristalin veya amorf mikrokristalin, yeşilimsi sarı renkli bir yapıda
olup başlıca özellikleri aşağıdaki gibidir.
Periyodik Sırası : 5 Atom ağırlığı : 10.82 Izotopları -B10 : % 19.57 -B11 : % 80.43 Termik nötron absorbsiyon kesidi -B10 : 40.10 Barn -B11 : 07.5 Barn Kristal Yapısı : Tetragonal-Hekzagonal Yoğunluğu -Kristalin : 2.33 g/cm -Amorf : 2.34 g/cm Erime Noktası : 2190 °C (-20 °C) Sertliği : 9.3 Mohs
Bor bileşiklerinin yaygın kullanımları ve borun element olarak erken
tanımlanmış olmasına karşın, bor kimyası çalışmaları nispeten kısıtlı
bir alanda sürdürülmüştür. Bunun nedenleri; temel olarak bor
bileşiklerinin hidroliz veya oksidasyona yönelik stabil olmayan
nitelikleri ve malzemelerin birçoğunun kullanımındaki yapısal
zorluklarıydı. Nihayet Stock ünlü deneysel vakum tekniğini geliştirince bor kimyasının araştırılmasında yeni bir kapı aralandı.
Grup IIIA elementlerinden sadece bor bir ametaldir. Bu gruptaki diğer elementler; alüminyum, galyum, indiyum ve talyumdur.
Grup IIIA elementlerinin elektronik dizilimi Tablo 1.’de
listelenmiştir ve elementlerin özellikleri ise Tablo 2.’de
belirtilmektedir. Bor, gruptaki diğer elementlerden çok daha küçük bir atomdur. Bu durum, ametal bor ve metal özellikteki diğer grup elemanları arasında belirli farklılıklara neden olur.
Ga, In ve Tl’un atom büyüklükleri periyodik sınıflandırmada
kendilerinden hemen önce gelen elementlerin elektronik iç yapılarından
etkilenir (özellikle lantanitten
sonra gelen talyum örneğinde görüleceği gibi). Bu nedenle de atom
yarıçapı ani şekilde veya standart olarak bu elementlerin artan atom
numaralarıyla birlikte artmaz. Bu elementlerin göreceli şekilde küçük
oluşları gruptan aşağı inerken bile beklenen şekilde azalmayan nispeten
yüksek iyonizasyon potansiyeli içermelerine neden olur.
Bu elementlerin hiçbiri en ufak şekilde bile basit bir anyon oluşturma eğiliminde değillerdir. Elementlerin elektronik
konfigürasyonlarının da mantıklı kıldığı biçimde en sık rastlanır
oksidasyon seviyesi +3’tür. Nispeten yüksek olan bu değer, göreceli
olarak küçük iyonik yarıçaplarla biraraya gelerek üstün polarize
nitelikleri olan tipler ortaya çıkarmaktadır.
Buna bağlı olarak, +3 değerli bileşiklerin elementleri baskın şekilde kovalenttir;
bu kovalent nitelik ayrıca göreceli olarak elementlerin yüksek ilk üç
iyonizasyon potansiyelinden de kaynaklanmaktadır. İstisnai olarak kendi
kimyasında ametal olan bor haricindeki diğer IIIA elementleri su
çözeltisinde +3 değerlikli iyon olarak bulunurlar. Bu iyonlar yüksek
oranda su içerirler, ancak hidrasyon ısıları çok yüksektir.
Çok yüksek sıcaklıkta (2000°C) bor birçok metalle raksiyona girerek borürler oluşturur. Bu madde çok serttir, kimyasal olarak stabildir ve metalik iletkenliği
gelişmiştir. Bazı metalik borürlerin kristallerinde bor atomları
aralıklıdır, diğerlerinde zincirler veya bor atomu katmanları
(tabakaları) mevcuttur. Magnezyum borür (MgB₂), diğer borürlerden farklı olarak bor hidrür karışımları üretecek şekilde hidrolize formda mevcuttur.
Bor, amonyak veya nitrojen
ile yüksek sıcaklıklarda bor nitrür (BN) oluşturacak şekilde reaksiyona
girer. Bu malzeme karbonla izoelektroniktir ve grafite benzerdir, fakat
farklı olarak bor ve nitrür atomları içeren kristal bir yapısı vardır.
Çok yüksek sıcaklık ve basınçta BN’ün bu modifikasyonu elmas türü kafes
(latis) formuna dönüşür ve elmas kadar serttir.