Jaka jest struktura boru?
Struktura atomowa boru, element nr 5 w układzie okresowym, pokazuje pełną wewnętrzną powłokę dwóch elektronów, z trzema elektronami w zewnętrznej powłoce, dając atomowi trzy elektrony walencyjne dostępne do wiązania. Pod tym względem przypomina aluminium, kolejny element w grupie boru; jednak, w przeciwieństwie do aluminium, nie może przekazywać elektronów innym atomom, tworząc wiązanie jonowe zawierające jon B 3+ , ponieważ elektrony są zbyt ściśle związane z jądrem. Bor na ogół nie przyjmuje elektronów do tworzenia jonów ujemnych, więc zwykle nie tworzy związków jonowych - chemia boru jest zasadniczo kowalencyjna. Konfiguracja elektronowa i wynikające z tego zachowanie wiązania determinuje również krystaliczną strukturę boru w jego różnych postaciach elementarnych.
Związki boru można często opisać jako „z niedoborem elektronów”, ponieważ w wiązaniu uczestniczy mniej elektronów niż jest to wymagane w przypadku normalnych wiązań kowalencyjnych. W pojedynczym wiązaniu kowalencyjnym dwa atomy są wspólne dla atomów, aw większości cząsteczek pierwiastki są zgodne z regułą oktetu. Jednak struktury związków boru, takich jak trifluorek boru (BF3) i trichlorek boru (BCl3), pokazują, że element ma tylko sześć, a nie osiem elektronów w swojej powłoce walencyjnej, co czyni je wyjątkami od reguły oktetu.
Nietypowe wiązanie występuje również w strukturze związków boru zwanych boranami - badanie tych związków zaowocowało pewną rewizją teorii wiązania chemicznego. Borany są związkami boru i wodoru, najprostszym z nich jest trójwodnik, BH3. Ponownie, ten związek zawiera atom boru, który jest o dwa elektrony krótszy od oktetu. Diboran (B 2 H 6 ) jest niezwykły, ponieważ każdy z dwóch atomów wodoru w związku ma wspólny elektron z dwoma atomami boru - ten układ jest znany jako trójśrodkowe wiązanie dwóch elektronów. Obecnie znanych jest ponad 50 różnych boranów, a złożoność ich chemii jest porównywalna z złożonością węglowodorów.
Bor pierwiastkowy nie występuje naturalnie na Ziemi i trudno go przygotować w czystej postaci, ponieważ zwykłe metody - na przykład redukcja tlenku - pozostawiają zanieczyszczenia, które są trudne do usunięcia. Chociaż pierwiastek został po raz pierwszy przygotowany w nieczystej formie w 1808 r., Dopiero w 1909 r. Został wyprodukowany w wystarczającej czystości, aby zbadać jego krystaliczną strukturę. Podstawową jednostką dla struktury krystalicznej boru jest dwudziestościan B12, z - na każdym z 12 wierzchołków - atom boru związany z pięcioma innymi atomami. Interesującą cechą tej struktury jest to, że atomy boru tworzą wiązania półdzielne, dzieląc jeden elektron zamiast zwykłych dwóch elektronów w wiązaniu kowalencyjnym. Daje to atomom boru wartość walencyjną równą 6, z jednym dodatkowym wiązaniem dostępnym na każdym z wierzchołków, aby umożliwić im związanie się z sąsiednimi jednostkami.
Dwudziestościany nie pakują się ściśle i pozostawiają puste przestrzenie w strukturze kryształu, które mogą być wypełnione atomami boru lub innymi pierwiastkami. Wytworzono szereg użytecznych stopów boru i związków boru zawierających icosahedra B12 w połączeniu z innymi pierwiastkami. Materiały te są znane ze swojej twardości i wysokich temperatur topnienia. Jednym z przykładów jest borek glinowo-magnezowy (BAM) o wzorze chemicznym AlMgB 14 . Materiał ten wyróżnia się tym, że ma najniższy znany współczynnik tarcia - innymi słowy, jest wyjątkowo śliski - i jest stosowany jako wytrzymała powłoka o niskim współczynniku tarcia dla części maszyn.