Boron

Koordinat: 35°2′34.447″N 117°40′45.412″W / 35.04290194°N 117.67928111°W / 35.04290194; -117.67928111 (Rio Tinto Borax Mine)

berilium ← boron → karbon

-
↑
B
↓
Al

Jadual berkala

Umum

Nama, Simbol, Nombor

boron, B, 5

Siri kimia

metaloid

Kumpulan, Kala, Blok

13, 2, p

Rupa

hitam/perang

Jisim atom

10.811(7) g/mol

Konfigurasi elektron

1s² 2s² 2p¹

Bilangan elektron per petala

2, 3

Sifat fizikal

Keadaan

pepejal

Ketumpatan (sekitar suhu bilik)

2.34 g/cm³

Ketumpatan cecair pada takat lebur

2.08 g/cm³

Takat lebur

2349 K
(2076 °C, 3769 °F)

Takat didih

4200 K

(3927 °C, 7101 °F)

Haba pelakuran

50.2 kJ/mol

Haba pengewapan

480 kJ/mol

Muatan haba

(25 °C) 11.087 J/(mol·K)

Tekanan wap
P/Pa	1	10	100	1 k	10 k	100 k
pada T/K	2348	2562	2822	3141	3545	4072

Sifat atom

Struktur hablur

rombohedral

Keadaan pengoksidaan

3
(oksida asid lemah)

Keelektronegatifan

2.04 (skala Pauling)

Tenaga pengionan

pertama: 800.6 kJ/mol

kedua: 2427.1 kJ/mol

ketiga: 3659.7 kJ/mol

Jejari atom

85 pm

Jejari atom (kiraan)

87 pm

Jejari kovalen

82 pm

Lain-lain

Sifat kemagnetan

tak magnetik

Rintangan elektrik

(20 °C) 150 µΩ·m

Keberkonduktan haba

(300 K) 27.4 W/(m·K)

Pengembangan terma

(25 °C) 5–7 µm/(m·K)

Kelajuan bunyi (rod halus)

(20 °C) 16200 m/s

Modulus pukal

(β form) 185 GPa

Skala kekerasan Mohs

9.3

Kekerasan Vickers

49000 MPa

Nombor CAS

7440-42-8

Isotop

iso	NA	separuh hayat
¹⁰B	19.9%*	B stabil dengan 5 neutron
¹¹B	80.1%*	B stabil dengan 6 neutron
*Kandungan boron-10 boleh menjadi serendah 19.2% dan setinggi 20.3% dalam sampel semulajadi. Boron-11 adalah adalah baki dalam kes-kes sedemikian.

Rujukan

Boron adalah merupakan unsur kimia dalam jadual berkala yang mempunyai simbol B dan nombor atom 5. Ia juga merupakan unsur metaloid, dan ia wujud dengan banyaknya dalam bijih boraks. Terdapat beberapa alotrop boron; boron amorfus adalah merupakan sejenis serbuk berwarna perang, logam boron pula berwarna hitam. Jenis boron logam adalah keras (9.3 pada skala Mohs) dan merupakan pengalir yang tak baik pada suhu bilik. Ia tidak pernah dijumpai dalam bentuk tulen dalam alam semulajadi. Hablur boron wujud dalam kebanyakan polimorf. Dua jenis bentuk rombohedral, α-boron dan β-boron masing-masing mengandungi 12 dan 106.7 atom-atom dalam sel unit rombohedral, bersama dengan boron tetragonal beratom 50, adalah merupakan tiga jenis bentuk hablur yang paling diperincikan.

Sifat utama

Boron merupakan unsur yang kurang elektron, dan mempunyai p-orbital yang kosong. Ia bersifat electrofilik. Sebatian boron sering berkelakuan seperti asid Lewis, iaitu sedia untuk terikat dengan bahan kaya elektron untuk memenuhi kecenderungan boron untuk mendapatkan elektron.

Ciri-ciri optik unsur ini termasuklah penghantaran cahaya inframerah. Pada suhu piawai boron adalah pengalir elektrik yang tidak baik tetapi merupakan pengalir yang baik pada suhu yang tinggi.

Boron nitrida boleh digunakan untuk menghasilkan bahan sekeras berlian. Nitrida juga berperanan sebagai penebat elektrik tetapi mengalirkan haba sama seperti logam. Unsur ini juga mempunyai sifat pelincir sama seperti grafit. Boron juga sama sepeti karbon denga kemampuannya untuk membentuk rangkaian molekul ikatan kovalen yang stabil.

Kegunaan

Sebatian boron yang paling penting dari segi ekonomi adalah:

Natrium tetraborat pentahidrat (Na₂B₄O₇ · 5H₂O), yang digunakan dengan banyaknya dalam menghasilkan kaca gentian penebat dan peluntur natrium perborat ,
Asid ortoborik (H₃BO₃) atau asid borik, digunakan dalam penghasilan tekstil kaca gentian dan paparan panel rata atau cecair mata, antara lain-lain kegunaan, dan
Natrium tetraborat dekahidrat (Na₂B₄O₇ · 10H₂O) atau boraks, digunakan dalam penghasilan pelekat, dalam sistem antikakisan dan lain-lain kegunaan.

Di bawah merupakan sebahagian daripada beratus-ratus kegunaan sebatian boron:

Boron merupakan mikronutrien penting, memainkan peranan penting dalam pembajaan tumbuhan dan pembinaan struktur dinding sel, dan sering digunakan dalam pertanian.
Oleh kerana ciri istimewa nyalaan hijaunya, boron amorfus digunakan dalam kilauan piroteknik.
Asid borik adalah merupakan sebatian penting dalam produk tekstil.
Asid borik sebelum ini digunakan sebagai racun serangga, terutamanya menentang semut atau lipas.
Sebatian boron digunakan secara meluas dalam sintesis organik dan pembuatan kaca borosilikat dan kaca borofosfosilikat.
Lain-lain sebatiannya digunakan sebagai pengawet kayu, dan selalunya adalah agak menarik dalam segi ini kerana ia mempunyai ketoksikan yang rendah.
Boron-10 juga digunakan untuk membantu dalam pengawalan reaktor nuklear, sejenis pelindung daripada sinaran dan dalam pengesanan neutron.
Boron-11 yang ditulenkan (Boron susut) digunakan dalam pembuatan kaca borosilikat dalam bidang elektronik pengerasan sinaran.
Kajian sedang dilakukan dalam memperolehi kuasa lakuran melalui tindakbalas antara hidrogen dan boron. Kebaikan yang mungkin boleh didapati termasuklah reaktor yang secara relatifnya lebih kecil dan tidak rumit dan memungkinkan keselamatan lebih terjamin.
Filamen boron adalah bahan berkekuatan tinggi dan ringan, yang biasanya digunakan dalam struktur aeroangkasa maju sebagai komponen bahan komposit.
Natrium borohidrida (NaBH₄) ialah agen penurun kimia yang popular, digunakan (contohnya) untuk menurunkan aldehid dan keton menjadi alkohol.
Boron pada kandungan surih digunakan sebagai pendopan untuk semikonduktor jenis P.

Sebatian boron sedang dikaji untuk penggunaan yang lebih meluas, termasuklah komponen dalam membran telap gula, pengesan karbohidrat dan biokonjugat. Penggunaan dalam bidang perubatan sedang diteroka seperi dalam terapi tawanan neutron boron dan penghantaran drug. Sebatian boron lain sedan dikaji dan dijumpai mempunyai kemungkinan cerah dalam perawatan penyakit artritis.

Hidrida boron mudah teroksida dan menjanakan tenaga yang banyak. Ia kini dikaji dalam pembuatan bahan api roket.

Sejarah

Sebatian boron (Bahasa Arab Buraq daripada Bahasa Parsi Burah) telah diketahui semenjak berkurun-kurun lamanya. Pada zaman Mesir awal, pengawetan mayat bergantung kepada sejenis bijih yang dipanggil natron, yang mengandungi borat dan juga lain-lain kandungan garam. Penyalut (Glaze) boraks pernah digunakan di China sejak 300 AD, dan sebatian boron digunakan dalam pembuatan kaca pada zaman Rom lama.

Unsur ini tidak pernah diasingkan sehinggalah pada 1808 oleh Sir Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac, dan Louis Jacques Thénard, sehingga mencapai ketulenan sebanyak 50 peratus. Para saintis ini tidak menganggap bahan ini sebagai unsur. Hanyalah Jöns Jakob Berzelius pada 1824 yang telah mengenal pasti boron sebagai sejenis unsur. Boron tulen pertama dihasilkan oleh ahli kimia W. Weintraub dalam tahun 1909.

Ragam kewujudan

Amerika Syarikat dan Turki merupakan pengeluar boron terbesar di dunia. Boron tidak wujud dalam bentuk aslinya dalam alam semulajadi, tetapi dijumpai dalam bentuk campuran dalam boraks, asid borik, colemanite, kernite, ulexite dan borat. Asid borik kadang kala dijumpai dalm mata air gunung berapi. Ulexite ialah garam galian borat yang secara semulajadinya mempunyai sifat seperti gentian optik.

Sunber penting dari segi ekonomi adalah daripada bijih rasorite (kernite) dan tincal (bijih boraks) yang dijumpai di Gurun Mojave di California di mana boraks merupakan sumber yang paling penting. Turki adalah tempat lain yang mempunyai longgokan boraks yang meluas.

Boron tulen dalam bentuk unsur tidak mudah untuk disediakan. Cara terawal adalah melalui penggunaan tindak balas penurunan antara borik oksida dengan logam seperti magnesium atau aluminium. Akan tetapi hasil ini seringkali dicemari dengan logam borida. (Tindak balas tersebut agak menakjubkan). Boron tulen boleh disediakan dengan menurunkan Halogenida boron yang mudah meruap dengan hidrogen pada suhu tinggi.

Dalam tahun 1997 hablur boron (99% tulen) bernilai sebanyak US$5 per gram dan boron amorfus bernilai sebanyak US$2 per gram.

Isotop

Boron mempunyai dua isotop yang stabil dan terhasil secara semulajadi, ¹¹B (80.1%) dan ¹⁰B (19.9%). Perbezaan jisim menyebabkan julat nilai δB-11 yang besar dalam air semulajadi, daripada -16 hingga kepada +59. Terdapat 13 jenis isotop boron yang diketahui, isotop dengan jangka hayat terpendek ialah ⁷B yang mereput melalui pancaran proton dan reputan alfa. Ia mempunyai separuh hayat 3.26500x10^-22 s. Pemeringkatan isotop boron dikawal melalui tindak balas penukargantian spesis boron B(O H)₃ dan B(OH)₄. Pemeringkatan isotop boron juga berlaku dalam penghabluran garam galian, semasa fasa H₂O berubah dalam sistem hidrotermal, dan semasa perubahan hidroterma batuan. Perubahan hidroterma memberi kesan kepada kecenderungan pengeluaran spesis ion ¹⁰B(OH)₄ ke dalam tanah liat lalu mengakibatkan kandungan larutan yang kaya dengan ¹¹B(OH)₃, mungkin juga merupakan penyebab kepada pengayaan ¹¹B dalam air laut berbanding dengan teras dasar lautan dan teras benua; perbezaan ini boleh bertindak sebagai pengenalan isotop.

Boron susut

Isotop boron-10 berkesan dalam penawanan neutron terma daripada sinaran kosmik atau dalam PWR (Reaktor Air bertekanan, -Pressurized Water Reactor- sejenis reaktor janakuasa nuklear). Ia kemudiannya menjalani pembelahan - menghasilkan sinar gama, satu zarah alfa, dan ion litium. Apabila ini berlaku dalam sebuah litar bersepadu, hasil pembelahan mungkin akan membuang cas ke struktur cip berdekatan, menyebabkan kehilangan data (singkapan bit (bit flipping), atau peristiwa keterbalikan tunggal (single event upset)). Dalam rekaan semikonduktor kritikal, boron susut - yang terdiri daripada hampir semuanya boron-11 - digunakan, untuk mengelakkan kesan ini, sebagai salah satu langkah pengerasan sinaran. Boron-11 ialah hasil sampingan dalam industri nuklear.

Langkah pengawasan

Unsur boron dan borat tidak beracun dan oleh sebab itu tidak memerlukan pengawasan istimewa semasa pengendalian. Sesetengah jenis sebatian yang agak jarang ditemui seperti boron hidrogen, pula adalah toksik dan juga sangat mudah terbakar dan dengan itu memerlukan pengendalian khusus.