Впервые получен в 1808 году французскими химиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Через несколько месяцев бор получил Гемфри Дэви электролизом расплавленного B2O3.
Среднее содержание бора в земной коре составляет 4 г/т. Несмотря на это, известно около 100 собственных минералов бора; он почти не встречается в качестве примеси в других минералах. Это объясняется, прежде всего, тем, что у комплексных анионов бора (а именно в таком виде он входит в большинство минералов) нет достаточно распространённых аналогов. Почти во всех минералах бор связан с кислородом, а группа фторсодержащих соединений совсем малочисленна. Элементарный бор в природе не встречается. Он входит во многие соединения и широко распространён, особенно в небольших концентрациях; в виде боросиликатов и боратов, а также в виде изоморфной примеси в минералах входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Бор известен в нефтяных и морских водах (в морской воде 4,6 мг/л[7]), в водах соляных озёр, горячих источников и грязевых вулканов.
Общемировые разведанные запасы бора составляют около 1,3 млн тонн[8].
месторождения боросиликатов в грейзенах, вторичных кварцитах и гидротермальных жилах (турмалиновые концентрации);
вулканогенно-осадочные:
борные руды, отложенные из продуктов вулканической деятельности;
переотложенные боратовые руды в озёрных осадках;
погребённые осадочные боратовые руды;
галогенно-осадочные месторождения:
месторождения боратов в галогенных осадках;
месторождения боратов в гипсовой шляпе над соляными куполами.
Основные запасы боратов в мире находятся в Турции и США, при этом на Турцию приходится более 70%. Крупнейшим производителем борсодержащей продукции в мире является турецкая компания Eti Mine Works[9][10].
Бор похож на углерод по своей способности образовывать стабильные ковалентно связанные молекулярные сетки. Даже неупорядоченный (аморфный) бор содержит икосаэдрические мотивы B12 кристаллического бора, которые связаны друг с другом без образования дальнего порядка[11][12].
Кристаллический бор — очень твёрдый чёрный материал с температурой плавления выше 2000 °C. Он образует четыре основные полиморфные формы: α-ромбоэдрический и β-ромбоэдрический (α-R и β-R), γ и β-тетрагональный (β-T); также существует α-тетрагональная фаза (α-T), но её очень трудно получить в чистом виде. Большинство фаз основаны на икосаэдрических мотивах B12, но γ-фазу можно описать как фазу типа NaCl c чередующимся расположением икосаэдров и атомных пар B2[13].
γ-фазу можно получить путем сжатия других фаз бора до 12—20 ГПа и нагревания до 1500—1800 °C; она остаётся стабильной после понижения температуры и давления. Т-фаза образуется при аналогичных давлениях, но при более высоких температурах (1800—2200 °C). Что касается α и β фаз, то они могут сосуществовать при условиях окружающей среды, причем β-фаза является более стабильной[13][14][15]. При сжатии бора выше 160 ГПа образуется фаза бора с неизвестной структурой, которая является сверхпроводящей при температуре 6—12 К[16].
Кристаллическая структура борофенов: (a) β12 борофен (также известен как лист γ фазы или лист υ1/6), (b) χ3 борофен (также известен как лист υ1/5), (b) отдельный лист борофена
Кластер B36, который может рассматриваться как минимальный борофен; фронтальный и боковой вид
В природе бор находится в виде двух изотопов 10В (19,8 %) и 11В (80,2 %)[30][31].
10В имеет очень высокое сечение захвататепловых нейтронов, равное 3837 барн (для большинства нуклидов это сечение близко к единицам или долям барна), причём при захвате нейтрона образуются два нерадиоактивных ядра (альфа-частица и литий-7), очень быстро тормозящиеся в среде, а проникающая радиация (гамма-кванты) при этом отсутствует, в отличие от аналогичных реакций захвата нейтронов другими нуклидами:
По многим физическим и химическим свойствам полуметалл бор напоминает кремний.
1) Ввиду своей химической инертности, бор (при комнатной температуре) взаимодействует только со фтором:
2) Взаимодействие с другими галогенами (при нагревании) приводит к образованию тригалогенидов, с азотом — нитрид бора (BN), с фосфором — фосфид бора (BP), с углеродом — карбиды различного состава (B4C, B12C3, B13C2). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты с образованием оксида бора (B2O3):
3) Напрямую с водородом бор не взаимодействует, однако известно довольно большое число бороводородов (боранов) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов кислотой:
8) При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты — бораты (содержащие анион BO33−), а тетрабораты (содержащие анион B4O72−), например:
В 2014 г. исследователями из Германии был получен бис(диазаборолил) бериллия, в котором атомы бериллия и бора образуют двухцентровую двухэлектронную связь (2c-2e), впервые полученную и нехарактерную для соседних элементов в Периодической таблице[32][33].
Данным способом образуется наиболее чистый бор, который в дальнейшем используется для производства полупроводниковых материалов и тонкого химического синтеза.
2) Метод металлотермии (чаще, происходит восстановление магнием или натрием):
3) Термическое разложение паров бромида бора на раскалённой (1000—1200 °C) вольфрамовой проволоке в присутствии водорода (метод Ван-Аркеля):
Пербораты / пероксобораты (содержат ион [B2(O2)2(OH)4]2−) [B4O12H8]−) применяются как окислительные агенты. Технический продукт содержит до 10,4 % «активного кислорода», на их основе производят отбеливатели, не содержащие хлор («персиль», «персоль» и др.).
Сплав бора с магнием (диборид магния MgB2) обладает, на данный момент[на какой момент?], рекордно высокой критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние среди сверхпроводников первого рода[35]. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой рост работ по этой тематике[36].
Борная кислота (B(OH)3) широко применяется в атомной энергетике в качестве поглотителя нейтронов в ядерных реакторах типа ВВЭР (PWR) на «тепловых» («медленных») нейтронах. Благодаря своим нейтронно-физическим характеристикам и возможности растворяться в воде применение борной кислоты делает возможным плавное (не ступенчатое) регулирование мощности ядерного реактора путём изменения её концентрации в теплоносителе — так называемое «борное регулирование».
Борная кислота применяется также в медицине и ветеринарии.
Нитрид бора, активированный углеродом, является люминофором со свечением от синего до жёлтого цвета под действием ультрафиолета. Обладает самостоятельной фосфоресценцией в темноте и активируется органическими веществами при нагреве до 1000 °С. Изготовление люминофоров из нитрида бора состава BN/C не имеет промышленного назначения, но широко практиковалось химиками-любителями в первой половине XX века.
Боросиликатное стекло — стекло обычного состава, в котором заменяют щелочные компоненты в исходном сырье на окись бора (B2O3).
Фторид бора BF3 при нормальных условиях является газообразным веществом, используется как катализатор в оргсинтезе, а также как рабочее тело в газонаполненных детекторах тепловых нейтронов благодаря захвату нейтронов бором-10 с образованием ядер лития-7 и гелия-4, ионизирующих газ (см. реакцию выше).
Ряд производных бора (бороводороды) являются эффективными ракетными топливами (диборан B2H6, пентаборан, тетраборан и др.), а некоторые полимерные соединения бора с водородом и углеродом стойки к химическим воздействиям и высоким температурам (как широко известный пластик Карборан-22).
Нитрид бора (боразон) подобен (по составу электронов) углероду. На его основе образуется обширная группа соединений, в чём-то подобных органическим.
Так, гексагидрид боразона (H3BNH3, похож на этан по строению) при обычных условиях твёрдое соединение с плотностью 0,78 г/см3, содержит почти 20 % водорода по массе. Его могут использовать водородные топливные элементы, питающие электромобили[37].
Бор — важный микроэлемент, необходимый для нормальной жизнедеятельности растений. Недостаток бора останавливает их развитие, вызывает у культурных растений различные болезни. В основе этого лежат нарушения окислительных и энергетических процессов в тканях, снижение биосинтеза необходимых веществ. При дефиците бора в почве в сельском хозяйстве применяют борные микроудобрения (борная кислота, бура и другие), повышающие урожай, улучшающие качество продукции и предотвращающие ряд заболеваний растений.[источник не указан 3890 дней]
↑Delaplane, R.G.; Dahlborg, U.; Graneli, B.; Fischer, P.; Lundstrom, T. (1988). “A neutron diffraction study of amorphous boron”. Journal of Non-Crystalline Solids. 104 (2—3): 249—252. Bibcode:1988JNCS..104..249D. DOI:10.1016/0022-3093(88)90395-X.
↑R.G. Delaplane; Dahlborg, U.; Howells, W.; Lundstrom, T. (1988). “A neutron diffraction study of amorphous boron using a pulsed source”. Journal of Non-Crystalline Solids. 106 (1—3): 66—69. Bibcode:1988JNCS..106...66D. DOI:10.1016/0022-3093(88)90229-3.
↑Talley, C. P.; LaPlaca, S.; Post, B. (1960). “A new polymorph of boron”. Acta Crystallogr. 13 (3): 271—272. DOI:10.1107/S0365110X60000613.
↑Solozhenko, V. L.; Kurakevych, O. O.; Oganov, A. R. (2008). “On the hardness of a new boron phase, orthorhombic γ-B28”. Journal of Superhard Materials. 30 (6): 428—429. arXiv:1101.2959. DOI:10.3103/S1063457608060117.
↑ 123
Zarechnaya, E. Yu.; Dubrovinsky, L.; Dubrovinskaia, N.; Filinchuk, Y.; Chernyshov, D.; Dmitriev, V.; Miyajima, N.; El Goresy, A.; et al. (2009). “Superhard Semiconducting Optically Transparent High Pressure Phase of Boron”. Phys. Rev. Lett. 102 (18): 185501. Bibcode:2009PhRvL.102r5501Z. DOI:10.1103/PhysRevLett.102.185501. PMID19518885.
↑Nelmes, R. J.; Loveday, J. S.; Allan, D. R.; Hull, S.; Hamel, G.; Grima, P.; Hull, S. (1993). “Neutron- and x-ray-diffraction measurements of the bulk modulus of boron”. Phys. Rev. B. 47 (13): 7668—7673. Bibcode:1993PhRvB..47.7668N. DOI:10.1103/PhysRevB.47.7668. PMID10004773.
↑Landolt-Bornstein, New Series / Madelung, O.. — Springer-Verlag, 1983. — Vol. 17e.
↑J. M. An, W. E. Pickett. Superconductivity of MgB2: Covalent Bonds Driven Metallic (англ.) // Phys. Rev. Lett. : journal. — 2001. — Vol. 86. — P. 4366—4369. — doi:10.1103/PhysRevLett.86.4366.