Hvad er strukturen af ​​bor?

Borens atomstruktur, element nummer 5 i den periodiske tabel, viser en fuld indre skal af to elektroner med tre elektroner i den yderste skal, hvilket giver atomet tre valenselektroner, der er tilgængelige til binding. I denne henseende ligner det aluminium, det næste element i borgruppen; I modsætning til aluminium kan det imidlertid ikke donere elektroner til andre atomer til dannelse af en ionisk binding med en B ³⁺ ion, da elektronerne er for tæt bundet til kernen. Bor accepterer generelt ikke elektroner til at danne en negativ ion, så den danner normalt ikke ioniske forbindelser - bornes kemi er i det væsentlige kovalent. Elektronkonfigurationen og den deraf følgende bindingsadfærd bestemmer også den krystallinske struktur af bor i dens forskellige elementære former.

borforbindelser kan ofte beskrives som "elektronmangel", idet der er færre elektroner, der er involveret i binding, end der kræves for normale kovalente bindinger. I en enkelt kovalent binding, to elektronerdeles mellem atomer og i de fleste molekyler følger elementerne octetreglen. Strukturerne af borforbindelser såsom bortrifluorid (BF ₃ ) og bortrichlorid (BCL ₃ ) viser imidlertid, at elementet kun har seks og ikke otte, elektroner i sin valensskal, hvilket gør dem undtagelser til OCTET -reglen.

Usædvanlig binding findes også i strukturen af ​​borforbindelser kendt som boraner - undersøgelse af disse forbindelser har resulteret i en vis revision af kemiske bindingsteorier. Boraner er forbindelser af bor og brint, hvor den enkleste er trihydridet, BH ₃ . Igen indeholder denne forbindelse et boratom, der er to elektroner, der er mindre end en oktet. Diborane (B ₂ H ₆ ) er usædvanligt, idet hvert af de to hydrogenatomer i forbindelsen deler sit elektron med to boratomer-dette arrangement er kendt som en tre-centre to-elektronbinding. Mere end 50 forskellige boraner er nu kendt og kompleksiteten af ​​deres kemi -rivaler om kulbrinterne.

Elementært bor forekommer ikke naturligt på Jorden, og det er vanskeligt at forberede i ren form, da de sædvanlige metoder - for eksempel reduktion af oxidet - efterlader urenheder, der er vanskelige at fjerne. Selvom elementet først blev forberedt i uren form i 1808, var det først i 1909, at det blev produceret i tilstrækkelig renhed til, at dens krystallinske struktur blev undersøgt. Den grundlæggende enhed til den krystallinske struktur af bor er en B ₁₂ icosahedron, med - ved hver af de 12 hjørner - et boratom bundet til fem andre atomer. Det interessante træk ved denne struktur er, at boratomerne danner halvbindinger ved at dele en elektron i stedet for de sædvanlige to elektroner i en kovalent binding. Dette giver boratomerne en effektiv valens på 6, med en ekstra binding tilgængelig på hver af hjørner for at tillade thEm til binding til tilstødende enheder.

Icosahedra pakker ikke tæt sammen, og lad hulrum i krystalstrukturen, der kan fyldes med atomer af bor eller andre elementer. Et antal nyttige bor-metallegeringer og borforbindelser med B ₁₂ icosahedra i kombination med andre elementer er blevet produceret. Disse materialer er kendt for deres hårdhed og høje smeltepunkter. Et eksempel er aluminiumsmagnesiumboride (BAM) med den kemiske formel AlMGB ₁₄ . Dette materiale har sondringen af ​​at have den laveste friktionskoefficient kendt - med andre ord, det er ekstremt glat - og bruges som en hårdførende, lav friktionsbelægning til maskingele.