बोरॉन: इतिहास, गुण, संरचना, उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

बोरान एक nonmetallic तत्व है कि सुराग समूह आवर्त सारणी की 13 और रासायनिक प्रतीक बी इसकी परमाणु संख्या 5 है, और केवल nonmetallic है द्वारा प्रतिनिधित्व समूह के तत्व; हालांकि कुछ रसायनशास्त्री इसे धातुविहीन मानते हैं।

यह एक काले भूरे रंग के पाउडर के रूप में दिखाई देता है, और पृथ्वी की पपड़ी के संबंध में 10 पीपीएम के अनुपात में पाया जाता है। इसलिए यह सबसे प्रचुर तत्वों में से एक नहीं है।

लगभग 99% की शुद्धता के साथ बोरान का नमूना। स्रोत: अलजशा

यह बोरेक्स या सोडियम बोरेट जैसे कई खनिजों के भाग के रूप में पाया जाता है, यह सबसे आम बोरान खनिज है। कुर्नाइट भी हैं, सोडियम बोरेट का दूसरा रूप; कोलमेनाइट या कैल्शियम बोरेट; और ulexite, सोडियम और कैल्शियम बोरेट।

संयुक्त राज्य अमेरिका, तिब्बत, चीन और चिली में प्रति वर्ष लगभग दो मिलियन टन के विश्व उत्पादन के साथ बोरेट्स का खनन किया जाता है।

इस तत्व में तेरह समस्थानिक हैं, सबसे प्रचुर मात्रा में ¹¹ बी, जो वजन से 80.1% बोरान का गठन करता है, और ¹⁰ बी, जो शेष 19.9% ​​बनता है।

बोरान पौधों के लिए एक आवश्यक ट्रेस तत्व है, कुछ महत्वपूर्ण पौधों के प्रोटीन के संश्लेषण में हस्तक्षेप करता है और पानी के अवशोषण में योगदान देता है। स्तनधारियों में यह हड्डी के स्वास्थ्य के लिए आवश्यक प्रतीत होता है।

हालांकि बोरॉन की खोज 1808 में अंग्रेजी रसायनज्ञ सर हम्फ्री डेवी और फ्रांसीसी रसायनज्ञ जैक्स थेरेनार्ड और जोसेफ गे-लुसाक ने की थी, चीन में हमारे युग की शुरुआत के बाद से, बोरेक्स का उपयोग तामचीनी सिरेमिक के निर्माण में किया जाता था।

बोरान और इसके यौगिकों के कई उपयोग और अनुप्रयोग हैं, इसके उपयोग से लेकर भोजन के संरक्षण में, विशेष रूप से मार्जरीन और मछली, मस्तिष्क के कैंसर ट्यूमर, मूत्राशय, प्रोस्टेट और अन्य अंगों के उपचार में इसके उपयोग के लिए ।

बोरान पानी में खराब घुलनशील है, लेकिन इसके यौगिक हैं। यह बोरान एकाग्रता का एक तंत्र हो सकता है, साथ ही तत्व के साथ विषाक्तता का स्रोत भी हो सकता है।

इतिहास

पृष्ठभूमि

प्राचीन काल से, मनुष्य ने विभिन्न गतिविधियों में बोरॉन यौगिकों का उपयोग किया है। बोरेक्स नामक खनिज, बोरेक्स का उपयोग चीन में 300 ईस्वी में तामचीनी मिट्टी के पात्र बनाने में किया जाता था।

फारसी कीमियागर रेज़ोज़ (865-925) ने बोरॉन यौगिकों का पहला उल्लेख किया। Rhazes ने खनिजों को छह वर्गों में वर्गीकृत किया, जिनमें से एक बोरानियोस था जिसमें बोरान शामिल था।

1600 के आसपास एग्रीकोला ने धातु विज्ञान में एक प्रवाह के रूप में बोरेक्स के उपयोग की सूचना दी। 1777 में, फ्लोरेंस के पास एक गर्म पानी के झरने की धारा में बोरिक एसिड की उपस्थिति को मान्यता दी गई थी।

तत्व की खोज

बोरेक्स समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हम्फ्री डेवी ने एक इलेक्ट्रोड पर एक काले अवक्षेप के संचय का अवलोकन किया। उन्होंने पोटेशियम के साथ बोरान ऑक्साइड (बी ₂ ओ ₃) को भी गर्म किया, एक काले भूरे रंग का पाउडर बनाया जो बोरॉन का ज्ञात रूप था।

गे-लुसाक और थेनार्ड ने बोरान का उत्पादन करने के लिए लोहे की उपस्थिति में उच्च तापमान पर बोरिक एसिड को कम कर दिया। उन्होंने रिवर्स प्रक्रिया को भी दिखाया, अर्थात्, जहां बोरिक एसिड बोरॉन का ऑक्सीकरण उत्पाद है।

पहचान और अलगाव

जोन्स जैकब बेरज़ेलियस (1827) बोरॉन को एक नए तत्व के रूप में पहचानने में सफल रहे। 1892 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ हेनरी मोइसन 98% शुद्धता के साथ बोरॉन का उत्पादन करने में कामयाब रहे। यद्यपि, यह बताया गया है कि वर्ष 1909 में अमेरिकी रसायनज्ञ ईजेकील वेनट्राब द्वारा शुद्ध रूप में बोरॉन का उत्पादन किया गया था।

गुण

भौतिक वर्णन

क्रिस्टलीय ठोस या अनाकार काले-भूरे रंग का पाउडर।

अणु भार

10.821 ग्राम / मोल।

गलनांक

२०६ ° सें।

क्वथनांक

3927 ° सें।

घनत्व

-लिविड: 2.08 ग्राम / सेमी ³ ।

-क्रिस्टलाइन और अनाकार 20 2.C पर: 2.34 ग्राम / सेमी ³ ।

फ्यूजन की गर्मी

50.2 केजे / मोल।

वाष्पीकरण का ताप

508 केजे / मोल।

मोलर कैलोरी क्षमता

11.087 जे / (मोल के)

आयनीकरण ऊर्जा

-फर्स्ट लेवल: 800.6 kJ / mol।

-सेकंड स्तर: 2,427 केजे / मोल।

-तीन स्तर: 3,659.7 kJ / मोल।

वैद्युतीयऋणात्मकता

पॉलिंग स्केल पर 2.04।

परमाणु रेडियो

90 बजे (अनुभवजन्य)।

परमाणु आयतन

4.16 सेमी ³ / मोल।

ऊष्मीय चालकता

27.4 डब्ल्यू / एमके

विधुतीय प्रतिरोधकर्ता

~ 10 ^6। बजे (20ºC पर)।

उच्च तापमान पर बोरान एक अच्छा विद्युत कंडक्टर है, लेकिन कमरे के तापमान पर यह लगभग एक इन्सुलेटर बन जाता है।

कठोरता

~ मोह्स पैमाने पर 9.5।

जेट

उबलते तापमान पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड से बोरान प्रभावित नहीं होता है। हालांकि, यह गर्म नाइट्रिक एसिड द्वारा बोरिक एसिड (एच ₃ बीओ ₃) में परिवर्तित हो जाता है । बोरॉन रासायनिक रूप से एक अधातु की तरह व्यवहार करता है।

उच्च प्रतिक्रियाशील trihalides देने के लिए सभी हलोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। इनका सामान्य सूत्र BX _{3 है}, जहां X हलोजन का प्रतिनिधित्व करता है।

यह विभिन्न तत्वों के साथ मिलकर बोराइड का निर्माण करता है। उनमें से कुछ सबसे कठिन पदार्थों में से हैं; उदाहरण के लिए, बोरान नाइट्राइड (बीएन)। बोरान ट्रायोक्साइड बनाने के लिए बोरॉन ऑक्सीजन के साथ जोड़ती है।

बोरान की संरचना और इलेक्ट्रॉन विन्यास

बोरान में लिंक और संरचनात्मक इकाइयाँ

बोरान के लिए सामान्य संरचनात्मक इकाइयों के ज्यामिति। स्रोत: भौतिकवादी

बोरॉन (क्रिस्टलीय या अनाकार) की संरचनाओं को संबोधित करने से पहले यह ध्यान रखना आवश्यक है कि इसके परमाणुओं को कैसे जोड़ा जा सकता है। बीबी बांड अनिवार्य रूप से सहसंयोजक है; इतना ही नहीं, लेकिन क्योंकि बोरान परमाणु स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रॉनिक कमी को पेश करते हैं, वे इसे एक या दूसरे तरीके से अपने बांड में आपूर्ति करने का प्रयास करेंगे।

बोरॉन में एक विशेष प्रकार का सहसंयोजक बंधन मनाया जाता है: एक तीन केंद्रों और दो इलेक्ट्रॉनों के साथ, 3 सी 2 ई। यहां तीन बोरॉन परमाणु दो इलेक्ट्रॉनों को साझा करते हैं, और एक त्रिकोण को परिभाषित करते हैं, जो उनके संरचनात्मक पॉलीहेड्रा (शीर्ष छवि) में पाए जाने वाले कई चेहरों में से एक है।

बाएं से दाएं हमारे पास हैं: ऑक्टाहेड्रोन (ए, बी ₆), क्यूबोक्टाहेड्रोन (बी, बी ₁₂), और आइसोकेड्रोन (सी, बी ₁₂ भी)। ये सभी इकाइयां एक विशेषता साझा करती हैं: वे इलेक्ट्रॉन खराब हैं। इसलिए, वे एक दूसरे के साथ सहसंयोजक लिंक करते हैं; और परिणाम एक अद्भुत संबंध पार्टी है।

इन बहुभुज के प्रत्येक त्रिभुज में 3c2e बंध मौजूद होता है। अन्यथा यह नहीं बताया जा सकता है कि कैसे बोरान, वालेंसिया बॉन्ड थ्योरी के अनुसार केवल तीन सहसंयोजक बांड बनाने में सक्षम है, इन पॉलीहेड्रल इकाइयों में पांच बांड तक हो सकते हैं।

बोरॉन संरचनाओं में इन इकाइयों की व्यवस्था और पुनरावृत्ति होती है जो एक क्रिस्टल (या एक अनाकार ठोस) को परिभाषित करती हैं।

Om-rhbobohedral बोरॉन

Α-rhombohedral बोरान अलॉट्रोप की क्रिस्टल संरचना। स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया पर भौतिकवादी

अन्य पॉलीहेडल बोरान इकाइयाँ हो सकती हैं, साथ ही केवल दो परमाणुओं, बी ₂ से बना एक; बोरान "लाइन" जो इसकी उच्च इलेक्ट्रॉनिक कमी के कारण अन्य परमाणुओं से बंधी होनी चाहिए।

Icosahedron बोरान की पसंदीदा इकाई है; वह जो आपको सबसे अच्छा लगता है। ऊपर की छवि में, उदाहरण के लिए, आप देख सकते हैं कि बोरोन-α के rhombohedral क्रिस्टल को परिभाषित करने के लिए ये B ₁₂ इकाइयां किस तरह से परस्पर जुड़ी हैं।

यदि कोई इनमें से किसी एक इकोसैहरा को अलग करना चाहता था, तो यह एक जटिल काम होगा, क्योंकि इसकी इलेक्ट्रॉनिक कमी उन्हें एक क्रिस्टल को परिभाषित करने के लिए मजबूर करती है, जहां हर एक इलेक्ट्रॉनों का योगदान देता है जो अन्य पड़ोसियों को चाहिए।

Om-rhbobohedral बोरॉन

अलॉट्रोप बोरॉन h-rhombohedral की क्रिस्टल संरचना। स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया पर भौतिकवादी

एलोट्रोपे β-rhombohedral बोरॉन, जैसा कि इसके नाम से पहले ही संकेत मिलता है, बोरॉन-α जैसे रोमोब्ध्राल क्रिस्टल के पास है; हालाँकि यह इसकी संरचनात्मक इकाइयों में भिन्न है। यह बोरान परमाणुओं से बना एक विदेशी जहाज जैसा दिखता है।

यदि आप ध्यान से देखें, तो आइकोसाहेड्रल इकाइयों को एक असतत और फ्यूज्ड तरीके से (केंद्र में) देखा जा सकता है। बी ₁₀ इकाइयाँ और अकेला बोरान परमाणु भी हैं जो उल्लिखित इकाइयों के लिए एक सेतु का काम करते हैं। सभी में से, यह सबसे स्थिर बोरॉन अलॉट्रोप है।

बोरान-on सेंधा नमक

बोरॉन-on क्रिस्टल संरचना। स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया पर भौतिकवादी

इस बोरॉन में B ₂ और B ₁₂ इकाइयाँ समन्वय करती हैं । बी ₂ इतनी इलेक्ट्रॉनिक रूप से कमी है कि यह वास्तव में बी ₁₂ से इलेक्ट्रॉनों को निकालता है और इसलिए इस ठोस के भीतर एक आयनिक चरित्र है। यही है, वे न केवल सहानुभूति से बंधे हैं, बल्कि इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रकार के आकर्षण हैं।

बोरॉन--रॉक-सॉल्ट जैसी संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है, जो NaCl के लिए समान है। यह उच्च दबाव (20 GPa) और तापमान (1800 ° C) के लिए अन्य बोरान आवंटियों को अधीन करके प्राप्त किया जाता है, ताकि बाद में सामान्य परिस्थितियों में स्थिर रह सकें। इसकी स्थिरता वास्तव में β-rhombohedral बोरॉन के साथ प्रतिस्पर्धा करती है।

घन और अनाकार

अन्य बोरॉन आवंटियों में बी परमाणुओं के समुच्चय शामिल होते हैं जैसे कि वे एक धातु के बंधन से जुड़ गए थे, या जैसे कि वे आयनिक क्रिस्टल थे; यह एक घन बोरन है।

इसके अलावा, और कोई कम महत्वपूर्ण नहीं है, अनाकार बोरान है, जिसकी बी ₁₂ इकाइयों की व्यवस्था यादृच्छिक और गड़बड़ है। यह ठीक पाउडर या गहरे रंग के अपारदर्शी और अपारदर्शी भूरे रंग के रूप में होता है।

Borophenes

बोरोफेनिस की सरलतम संरचना, B36। स्रोत: भौतिकवादी

और अंत में बोरान का सबसे उपन्यास और विचित्र अलॉट्रोप है: बोरोफेनेस (शीर्ष छवि)। इसमें बोरॉन परमाणुओं का एक मोनोलेयर होता है; बहुत पतली और ग्राफीन के अनुरूप। ध्यान दें कि यह प्रसिद्ध त्रिकोणों को संरक्षित करता है, इसके परमाणुओं द्वारा सामना की गई इलेक्ट्रॉनिक कमी की विशेषता है।

बोरोफेन के अलावा, जिनमें से बी ₃₆ सबसे सरल और सबसे छोटा है, बोरोन क्लस्टर भी हैं। बोरोस्फीयर (नीचे की छवि) चालीस बोरान परमाणुओं, बी ₄₀ के एक गेंद की तरह गोलाकार पिंजरे के होते हैं; लेकिन चिकनी किनारों के बजाय, वे खुरदरे और दांतेदार होते हैं:

बोरोस्फीयर इकाई, बी 40। स्रोत: भौतिकवादी

इलेक्ट्रोनिक विन्यास

बोरॉन का इलेक्ट्रॉन विन्यास है:

2 एस ^{2 2} पी ¹

इसलिए इसमें तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसकी वैलेंस ऑक्टेट को पूरा करने में पाँच और लगते हैं, और यह मुश्किल से तीन सहसंयोजक बॉन्ड बना सकता है; इसे अपने ओकटेट को पूरा करने के लिए चौथे डाइवेट लिंक की आवश्यकता होगी। बोरॉन +3 के ऑक्सीकरण राज्य का अधिग्रहण करने के लिए अपने तीन इलेक्ट्रॉनों को खो सकता है।

प्राप्त

बोरान को मैग्नीशियम या एल्यूमीनियम के साथ बोरिक एसिड को कम करके अलग किया जाता है; इसी तरह की विधि गे-लुसैक और थेनार्ड द्वारा उपयोग की जाती है। इससे इन धातुओं के बोराइड से बोरान को दूषित करने में कठिनाई होती है।

एक उच्च शुद्धता का नमूना बोरान ट्राईक्लोराइड, या ट्राइब्रोमाइड के गैस चरण में कमी से प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें टैंटलम के विद्युतीय रूप से गर्म तंतुओं पर हाइड्रोजन होता है।

एक उच्च शुद्धता वाला बोरान डिबोरेन के उच्च तापमान अपघटन द्वारा तैयार किया जाता है, इसके बाद ज़ोन फ़्यूज़न या Czocharalski प्रक्रियाओं द्वारा शुद्धि होती है।

अनुप्रयोग

उद्योग में

स्टील को सख्त करने के लिए लंबे समय से एलिमेंट बोरॉन का उपयोग किया जाता है। लोहे के साथ एक मिश्र धातु में जिसमें 0.001 से 0.005% बोरॉन होता है। यह अलौह उद्योग में भी आमतौर पर एक deoxidizer के रूप में प्रयोग किया जाता है।

इसके अलावा, बोरान का उपयोग उच्च-चालकता वाले तांबे और तांबे-आधारित मिश्र धातुओं में एक degassing एजेंट के रूप में किया जाता है। सेमीकंडक्टर उद्योग में, बोरान की छोटी मात्रा को सावधानीपूर्वक सिलिकॉन और जर्मेनियम के लिए डोपिंग एजेंट के रूप में जोड़ा जाता है।

बोरॉन ऑक्साइड (बी ₂ ओ ₃) को गर्मी प्रतिरोधी ग्लास (बोरोसिलिकेट ग्लास) बनाने के लिए सिलिका के साथ मिलाया जाता है, जिसका उपयोग कुकवेयर और कुछ प्रयोगशाला उपकरणों में किया जाता है।

बोरॉन कार्बाइड (B ₄ C) एक अत्यंत कठोर पदार्थ है जिसका उपयोग समग्र पदार्थों में एक अपघर्षक और प्रबलिंग एजेंट के रूप में किया जाता है। एल्यूमीनियम बोराइड (AlB ₁₂) का उपयोग हीरे की धूल को पीसने और चमकाने के विकल्प के रूप में किया जाता है।

बोरॉन का उपयोग मिश्र धातुओं में किया जाता है, उदाहरण के लिए दुर्लभ पृथ्वी मैग्नेट, लोहे और नियोडिमियम द्वारा। गठित मैग्नेट का उपयोग माइक्रोफोन, चुंबकीय स्विच, हेडफ़ोन और कण त्वरक के निर्माण में किया जाता है।

चिकित्सा में

बोरॉन- न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी (बीएनसीटी) नामक तकनीक में ब्रेन ट्यूमर के इलाज के लिए न्यूट्रॉन को फँसाने के लिए बोरॉन -10 (¹⁰ बी) आइसोटोप की क्षमता का उपयोग किया जाता है।

¹⁰ यौगिकों के रूप में बी कैंसर ट्यूमर में जमा है। इसके बाद, ट्यूमर क्षेत्र को न्यूट्रॉन से विकिरणित किया जाता है। ये ¹⁰ बी के साथ बातचीत करते हैं, जो α कणों के उत्सर्जन का कारण बनता है। इन कणों का एक उच्च सापेक्ष जैविक प्रभाव होता है और उनके बड़े आकार के कारण उनकी सीमा कम होती है।

इसलिए, α कणों की विनाशकारी कार्रवाई ट्यूमर कोशिकाओं में सीमित रहती है, उनके विनाश को अंजाम देती है। बीएनसीटी का उपयोग गर्दन, यकृत, मूत्राशय और प्रोस्टेट के कैंसरग्रस्त ट्यूमर के उपचार में भी किया जाता है।

जैविक क्रिया

बोरिक एसिड या बोरेट के रूप में बोरान की एक छोटी मात्रा, कई पौधों की वृद्धि के लिए आवश्यक है। एक बोरान की कमी खुद को मिहानपेन पौधे के विकास में प्रकट करती है; सब्जियों का "भूरा दिल"; और चीनी बीट के "सूखी सड़ांध"।

हड्डी के स्वास्थ्य को बनाए रखने के लिए कम मात्रा में बोरॉन की आवश्यकता हो सकती है। ऐसे अध्ययन हैं जो इंगित करते हैं कि बोरान की कमी गठिया की पीढ़ी में शामिल हो सकती है। यह मस्तिष्क के कार्यों जैसे कि स्मृति और हाथ-आँख के समन्वय में भी हस्तक्षेप करेगा।

कुछ विशेषज्ञ बताते हैं कि 1.5 से 3 मिलीग्राम बोरॉन को दैनिक आहार में शामिल किया जाना चाहिए।

जोखिम और सावधानी

बोरान, बोरान ऑक्साइड, बोरिक एसिड और बोरेट्स को गैर विषैले माना जाता है। जानवरों के लिए LD50 शरीर के वजन का 6 ग्राम बोरॉन / किग्रा है, जबकि LD50 के साथ 2 ग्राम / किग्रा शरीर के वजन से अधिक वाले पदार्थ गैर विषैले माने जाते हैं।

दूसरी ओर, 50 दिनों के लिए 0.5 मिलीग्राम / दिन से अधिक बोरान का सेवन, पाचन संबंधी छोटी-मोटी समस्याओं, विषाक्तता का संकेत देता है। कुछ रिपोर्टों से संकेत मिलता है कि बोरान के सेवन से पेट, यकृत, गुर्दे और मस्तिष्क की कार्यप्रणाली प्रभावित हो सकती है।

इसके अलावा, नासॉफिरिन्क्स, ऊपरी श्वसन पथ और आंखों पर अल्पकालिक अड़चन प्रभाव बोरॉन जोखिम से सूचित किया गया है।

बोरान विषाक्तता के बारे में रिपोर्ट दुर्लभ हैं और कई मामलों में, विषाक्तता बहुत अधिक मात्रा में होती है, जो सामान्य आबादी के संपर्क में होती है।

सिफारिश खाद्य पदार्थों, विशेष रूप से सब्जियों और फलों की बोरान सामग्री की निगरानी करने के लिए है। सरकारी स्वास्थ्य एजेंसियों को यह सुनिश्चित करना होगा कि पानी की बोरान सघनता अनुमत सीमा से अधिक न हो।

बोरोन युक्त धूल के संपर्क में आने वाले श्रमिकों को श्वसन सुरक्षात्मक मास्क, दस्ताने और विशेष जूते पहनने चाहिए।

संदर्भ

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