Wat is de structuur van boor?

De atomaire structuur van boor, elementnummer 5 in de periodieke tabel, toont een volledige binnenschaal van twee elektronen, met drie elektronen in de buitenste schaal, waardoor het atoom drie valentie -elektronen beschikbaar is voor binding. In dit opzicht lijkt het op aluminium, het volgende element in de boorgroep; In tegenstelling tot aluminium kan het echter geen elektronen aan andere atomen doneren om een ​​ionische binding te vormen met een b ^{3+ ion, omdat de elektronen te strak gebonden zijn aan de kern. Boron accepteert over het algemeen geen elektronen om een ​​negatief ion te vormen, dus het vormt normaal gesproken geen ionische verbindingen - de chemie van boor is in wezen covalent. De elektronenconfiguratie en het daaruit voortvloeiende bindingsgedrag bepalen ook de kristallijne structuur van boor in zijn verschillende elementaire vormen.}

boorverbindingen kunnen vaak worden omschreven als "elektronendeficiënt", omdat er minder elektronen zijn betrokken bij binding dan nodig zijn voor normale covalente bindingen. In een enkele covalente binding, twee elektronenworden gedeeld tussen atomen en in de meeste moleculen, de elementen volgen de octetregel. De structuren van boorverbindingen zoals boor trifluoride (BF ₃ ) en boor trichloride (Bcl ₃ ) laten echter zien dat het element slechts zes en niet acht, elektronen in de valentieschil heeft, waardoor ze uitzonderingen op de octetregel zijn.

Ongewone binding wordt ook gevonden in de structuur van boorverbindingen die bekend staan ​​als boranen - onderzoek van deze verbindingen heeft geresulteerd in enige herziening van chemische bindingstheorieën. Boranen zijn verbindingen van boor en waterstof, de eenvoudigste is het trihydride, bh ₃ . Nogmaals, deze verbinding bevat een booratoom dat twee elektronen te kort is van een octet. Diborane (b ₂ h ₆ ) is ongebruikelijk omdat elk van de twee waterstofatomen in de verbinding zijn elektron deelt met twee booratomen-deze opstelling staat bekend als een drie-centrum twee-Electron Bond. Meer dan 50 verschillende boranen zijn nu bekend en de complexiteit van hun chemie is evenwicht met die van de koolwaterstoffen.

Elementair boor komt niet van nature op aarde voor en het is moeilijk om in pure vorm te bereiden, omdat de gebruikelijke methoden - bijvoorbeeld de vermindering van het oxide - onzuiverheden achterlaten die moeilijk te verwijderen zijn. Hoewel het element in 1808 voor het eerst in onzuivere vorm werd bereid, was het pas in 1909 dat het in voldoende zuiverheid werd geproduceerd om zijn kristallijne structuur te onderzoeken. De basiseenheid voor de kristallijne structuur van boor is een b ₁₂ icosahedron, met - bij elk van de 12 hoekpunten - een booratoom bond aan vijf andere atomen. Het interessante kenmerk van deze structuur is dat de booratomen halfbinden vormen door één elektron te delen in plaats van de gebruikelijke twee elektronen in een covalente binding. Dit geeft de booratomen een effectieve valentie van 6, met één extra binding beschikbaar bij elk van de hoekpunten om th toe te staanEm om te binden aan aangrenzende eenheden.

icosahedra pakken niet stevig samen en laten leegte achter in de kristalstructuur die kunnen worden gevuld door atomen van boor of andere elementen. Een aantal nuttige boormetaallegeringen en boorverbindingen met b ₁₂ icosahedra in combinatie met andere elementen zijn geproduceerd. Deze materialen worden genoteerd vanwege hun hardheid en hoge smeltpunten. Een voorbeeld is aluminium magnesiumboride (BAM), met de chemische formule ALMGB ₁₄ . Dit materiaal onderscheidt zich om de laagste wrijvingscoëfficiënt te hebben die bekend is - met andere woorden, het is extreem glad - en wordt gebruikt als een bloedverklaring, lage wrijvingscoating voor machineonderdelen.