โลหะรายละเอียด: โบรอน

ดูโบรอนโลหะกึ่งโลหะ

โบรอนเป็นโลหะกึ่งแข็งและทนความร้อนสูงมากซึ่งสามารถพบได้ในรูปแบบต่างๆและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสารประกอบเพื่อทำทุกอย่างตั้งแต่สารฟอกขาวและแก้วไปจนถึงเซมิคอนดักเตอร์และปุ๋ยเกษตร

คุณสมบัติของโบรอนคือ:

• สัญลักษณ์อะตอม: B
• จำนวนอะตอม: 5
• หมวดหมู่: Metalloid
• ความหนาแน่น: 2.08g / cm3
• จุดหลอมเหลว: 3769 F (2076 C)
• จุดเดือด: 7101 F (3927 C)
• ความแข็งของ Moh: ~ 9.5

ลักษณะของโบรอน

ธาตุโบรอนเป็นธาตุกึ่งโลหะผสมซึ่งหมายความว่าธาตุนั้นสามารถมีอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันซึ่งแต่ละตัวมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของตัวเอง นอกจากนี้เช่นโลหะกึ่งชนิดอื่น ๆ (หรือ metalloids) คุณสมบัติของโบรอนบางชนิดมีลักษณะเป็นโลหะในขณะที่โลหะอื่น ๆ มีลักษณะคล้ายกับโลหะที่ไม่ใช่โลหะ

โบรอนความบริสุทธิ์สูงมีอยู่ไม่ว่าจะเป็นสีน้ำตาลเข้มที่ไม่มีรูปร่างหรือเป็นผงสีดำหรือเป็นโลหะผลึกที่เปราะบางและเปราะ

ทนต่อความร้อนได้มากและโบรอนเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดีในอุณหภูมิต่ำ แต่จะมีการเปลี่ยนแปลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในขณะที่โบรอนผลึกมีเสถียรภาพมากและไม่มีปฏิกิริยากับกรดอะมิโนฟอสเฟตจะค่อยๆออกซิเจนในอากาศและสามารถทำปฏิกิริยารุนแรงกับกรดได้

ในรูปผลึกโบรอนเป็นธาตุที่แข็งที่สุดในบรรดาธาตุทั้งสองชนิด (อยู่ใต้คาร์บอนเพียงอย่างเดียวในรูปเพชร) และมีอุณหภูมิหลอมละลายที่สูงที่สุดแห่งหนึ่ง คล้ายคลึงกับคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งนักวิจัยต้นมักเข้าใจผิดเกี่ยวกับธาตุโบรอนสร้างพันธะโควาเลนต์ที่มีเสถียรภาพซึ่งทำให้ยากต่อการแยกแยะ

ธาตุหมายเลขห้ามีความสามารถในการดูดซับนิวตรอนเป็นจำนวนมากจึงเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการควบคุมอาวุธนิวเคลียร์

การวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อมีการระบายความร้อนด้วยซุปเปอร์โบรอนยังก่อให้เกิดโครงสร้างอะตอมที่แตกต่างกันออกไปซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นสารตัวนำยิ่งยวด

ประวัติของโบรอน

ในขณะที่การค้นพบโบรอนเป็นผลมาจากทั้งนักเคมีชาวฝรั่งเศสและนักวิจัยชาวอังกฤษที่ค้นคว้าแร่ธาตุโบรังในช่วงศตวรรษที่ 19 เชื่อกันว่าเป็นตัวอย่างที่บริสุทธิ์ของธาตุที่ผลิตไม่ได้จนกระทั่งปี 1909

โบรอนแร่ธาตุ (มักเรียกว่าโบเรตส์) ได้ถูกนำมาใช้โดยมนุษย์มานานหลายศตวรรษแล้ว การบันทึกครั้งแรกของบอแรกซ์ (borate โซเดียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ) คือชาวอาหรับผู้ทรงคุณวุฒิซึ่งใช้สารประกอบเป็นฟลักซ์เพื่อชำระ ทอง และ เงิน ในศตวรรษที่ 8

นอกจากนี้ยังพบว่าเครื่องเคลือบเซรามิคจีนที่มีอายุระหว่างศตวรรษที่ 3 ถึง 10 ได้รับการพิสูจน์ว่าใช้สารประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

การใช้โมเดิร์นของโบรอน

การประดิษฐ์แก้ว borosilicate ที่ทนความร้อนได้ในช่วงปลายทศวรรษ 1800 ทำให้เป็นแหล่งแร่ใหม่ของแร่โบแรต การใช้เทคโนโลยีนี้ Corning Glass Works ได้นำเครื่องแก้วแก้ว Pyrex มาใช้ในปีพ. ศ. 2458

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาการยื่นขอโบรอนได้ขยายไปสู่อุตสาหกรรมต่างๆ โบรอนไนไตรด์เริ่มใช้ในเครื่องสำอางญี่ปุ่นและในปี พ.ศ. 2494 ได้มีการพัฒนาวิธีการผลิตเส้นใยโบรอน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกที่เข้ามาใช้งานในช่วงเวลานี้ยังใช้โบรอนในแท่งควบคุมของพวกเขา

ในผลพวงของภัยพิบัตินิวเคลียร์ของเชอร์โนปิลในปีพ. ศ. 2529 สารประกอบโบรอน 40 ตันถูกทิ้งลงบนเครื่องปฏิกรณ์เพื่อช่วยในการควบคุมการปล่อยกัมมันตรังสี

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 การพัฒนาเครื่องใช้แม่เหล็กถาวรที่มีความแข็งสูงได้สร้างตลาดใหม่ขึ้นสำหรับชิ้นส่วนดังกล่าว

ตอนนี้มีการผลิตแม่เหล็ก neodymium-iron-boron (NdFeB) มากกว่า 70 เมตริกตันทุกปีเพื่อใช้ในทุกอย่างตั้งแต่รถยนต์ไฟฟ้าไปจนถึงหูฟัง

ในช่วงปลายยุค 90 เหล็กโบรอนเริ่มใช้ในรถยนต์เพื่อเสริมสร้างส่วนประกอบโครงสร้างเช่นแถบความปลอดภัย

การผลิตโบรอน

แม้ว่าแร่ธาตุโบรังจะมีแร่ธาตุมากกว่า 200 ชนิดอยู่ในเปลือกโลก แต่มีเพียงประมาณสี่เปอร์เซ็นต์ที่มีการใช้สารประกอบโบรอนและโบรอนในเชิงพาณิชย์มากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ ได้แก่ tincal, kernite, colemanite และ ulexite

ในการผลิตผงโบรอนที่ค่อนข้างบริสุทธิ์โบรอนออกไซด์ที่มีอยู่ในแร่จะถูกให้ความร้อนด้วยแมกนีเซียมหรืออลูมิเนียมฟลักซ์ การลดลงทำให้เกิดผงโบรอนธาตุที่มีความบริสุทธิ์ประมาณ 92 เปอร์เซ็นต์

โบรอนโบรอนสามารถผลิตได้ด้วยการลดโบรอนเฮไลด์ลงไปกับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 1500 องศาเซลเซียส (2732 ฟุต)

โบรอนความบริสุทธิ์สูงที่จำเป็นสำหรับการใช้ในเซมิคอนดักเตอร์สามารถทำโดยการสลายตัวไดบีออนที่อุณหภูมิสูงและเพิ่มผลึกเดี่ยวผ่านการหลอมโซนหรือวิธี Czolchralski

การประยุกต์ใช้งานสำหรับโบรอน

ในขณะที่มีการขุดแร่ธาตุที่มีธาตุโบรอนมากกว่าหกล้านเมตริกตันในแต่ละปีส่วนใหญ่จะถูกใช้เป็นเกลือบิวเทนเช่นกรดบอริกและโบรอนออกไซด์ที่มีการเปลี่ยนเป็นธาตุโบรอนเพียงเล็กน้อย ในความเป็นจริงมีการใช้ธาตุโบรอนธาตุเพียงประมาณ 15 เมตริกตันในแต่ละปี

ความกว้างของการใช้สารโบรอนและโบรอนมีความกว้างมาก บางคนคาดการณ์ว่ามีองค์ประกอบการใช้งานที่แตกต่างกันมากกว่า 300 แบบในรูปแบบต่างๆ

ห้าใช้ที่สำคัญคือ:

• แก้ว (เช่นแก้วบอโลซิลิเกตที่ทนความร้อนได้)
• เซรามิค (เช่นกระเบื้อง glazes)
• เกษตรกรรม (เช่นกรดบอริกในปุ๋ยเคมี)
• ผงซักฟอก (เช่น sodium perborate ในผงซักฟอกซักผ้า)
• สารฟอกขาว (เช่นเครื่องกำจัดคราบสกปรกในครัวเรือนและอุตสาหกรรม)

การประยุกต์ใช้โลหะผสมโบรอน

แม้ว่าธาตุโบรอนโลหะมีการใช้น้อยมาก แต่ธาตุดังกล่าวมีมูลค่าสูงในงานทางด้านโลหะ การขจัดสิ่งสกปรกคาร์บอนและสิ่งเจือปนอื่น ๆ ที่เป็นพันธะกับเหล็กทำให้โบรอนเพียงไม่กี่ส่วนต่อล้านที่เพิ่มเข้ากับเหล็กทำให้เหล็กกล้าแรงสูงถึงสี่เท่า

ความสามารถในการละลายและกำจัดฟิล์มโลหะออกไซด์ของ element จะทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมของเหลว โบรอนไตรคลอไรด์จะกำจัดไนไตรด์คาร์ไบด์และออกไซด์ออกจากโลหะหลอมเหลว เป็นผลให้โบรอนไตรคลอไรด์ใช้ในการทำอลูมิเนียมแมกนีเซียมสังกะสีและทองแดง

ในผงโลหะการปรากฏตัวของโลหะ borides เพิ่มการนำและความแข็งแรงทางกล ในผลิตภัณฑ์เหล็กการดำรงอยู่ของพวกเขาจะเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งในขณะที่โลหะผสมไททาเนียมที่ใช้ในโครงเครื่องบินและชิ้นส่วนกังหัน borides จะเพิ่มความแข็งแรงทางกล

เส้นใยโบรอนซึ่งทำโดยการวางองค์ประกอบของไฮไดรด์บนลวดทังสเตนมีความแข็งแรงวัสดุโครงสร้างเบาที่เหมาะสำหรับใช้ในงานอวกาศและไม้กอล์ฟและเทปแรงดึงสูง

การรวมโบรอนในแม่เหล็ก NdFeB มีส่วนสำคัญต่อการทำงานของแม่เหล็กถาวรแรงสูงที่ใช้ในกังหันลมมอเตอร์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่างๆ

ความกระตือรือร้นของโบรอนต่อการดูดซับนิวตรอนช่วยให้สามารถนำไปใช้ในแกนควบคุมนิวเคลียร์โล่รังสีและเครื่องตรวจจับนิวตรอนได้

ในที่สุดโบรอนคาร์ไบด์เป็นสารที่รู้จักกันในชื่อที่สามซึ่งใช้กันมากที่สุดในการผลิตชุดเกราะและเสื้อเกราะกันกระสุนต่างๆรวมทั้งวัสดุขัดและชิ้นส่วนสึกหรอ

_{แหล่งที่มา:}

_{Chemicool โบรอน
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS แร่ข้อมูล โบรอน
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/}