Vad är strukturen i Boron?

Borets atomstruktur, element nummer 5 i det periodiska systemet, visar ett fullständigt inre skal av två elektroner, med tre elektroner i det yttersta skalet, vilket ger atomen tre valenselektroner tillgängliga för bindning. I detta avseende liknar det aluminium, nästa element i borgruppen; till skillnad från aluminium kan den emellertid inte donera elektroner till andra atomer för att bilda en jonisk bindning med en B3 ⁺ -jon, eftersom elektronerna är för tätt bundna till kärnan. Bor accepterar i allmänhet inte elektron för att bilda en negativ jon, så det bildar normalt inte joniska föreningar - borens kemi är i huvudsak kovalent. Elektronkonfigurationen och därmed bindande beteende bestämmer också den kristallina strukturen hos bor i dess olika elementära former.

Borföreningar kan ofta beskrivas som "elektronbrist", genom att det är färre elektroner involverade i bindning än vad som krävs för normala kovalenta bindningar. I en enda kovalent bindning delas två elektroner mellan atomer och i de flesta molekyler följer elementen oktetregeln. Strukturerna för borföreningar såsom bortrifluorid (BF ₃ ) och bortriklorid (BCl ₃ ) visar emellertid att elementet endast har sex, och inte åtta, elektroner i sitt valensskal, vilket gör dem undantag från oktetregeln.

Ovanlig bindning finns också i strukturen för borföreningar kända som boraner - undersökning av dessa föreningar har resulterat i en viss revidering av kemiska bindningsteorier. Boraner är föreningar av bor och väte, den enklaste är trihydrid, BH3. Återigen innehåller denna förening en boratom som är två elektroner mindre än en oktett. Diboran (B2H6) är ovanligt genom att var och en av de två väteatomerna i föreningen delar sin elektron med två boratomer - detta arrangemang är känt som en tre-centrerad tvåelektronbindning. Mer än 50 olika boraner är nu kända och komplexiteten hos deras kemi konkurrerar med kolväten.

Elementärt bor förekommer inte naturligt på jorden och det är svårt att bereda i ren form, eftersom de vanliga metoderna - till exempel reduktion av oxid - lämnar föroreningar som är svåra att ta bort. Även om elementet först framställdes i oren form 1808 var det inte förrän 1909 att det producerades i tillräcklig renhet för att dess kristallstruktur skulle kunna undersökas. Basenheten för den kristallina strukturen i bor är en B _12- ikosahedron, med - vid var och en av de 12 topparna - en boratom bunden till fem andra atomer. Det intressanta med denna struktur är att boratomerna bildar halvbindningar genom att dela en elektron istället för de vanliga två elektronerna i en kovalent bindning. Detta ger boratomerna en effektiv valens av 6, med en extra bindning tillgänglig vid var och en av topparna för att tillåta dem att binda till angränsande enheter.

Icosahedra packar inte ihop tätt, och lämnar tomrum i kristallstrukturen som kan fyllas av atomer av bor eller andra element. Ett antal användbara bor-metalllegeringar och borföreningar med B12 icosahedra i kombination med andra element har framställts. Dessa material är kända för sin hårdhet och höga smältpunkter. Ett exempel är aluminiummagnesiumborid (BAM) med den kemiska formeln AlMgB ₁₄ . Detta material skiljer sig från att ha den lägsta friktionskoefficienten som är känd - med andra ord extremt halt - och används som en slitstark, lågfriktionsbeläggning för maskindelar.