Энциклопедический словарь (Б) - Брокгауз Ф. А. (версия книг txt) 📗
Бор
Бор (borum, стар. назв. boracium и boron, последнее принято еще и теперь у англичан; хим. форм. В; атомный вес 11) — не металлический элемент, в свободном состоянии известный в двух аллотропических видоизменениях: аморфном и кристаллическом. В аморфном виде бор был получен в 1808 г. Гэй-Люссаком и Тенаром и ближе изучен в 1857 г. Вёлером и Сен-Клер-Девиллем, давшими способы приготовления кристаллического бора. В природе это тело никогда не встречается в свободном состоянии, но лишь в соединении с кислородом, в виде борной кислоты и некоторых ее солей. По свойствам своим бор близко стоит к углероду: обыкновенному углю соответствует аморфный бор, представляющий порошок бурого цвета, без вкуса и запаха; кристаллический (или алмазный) бор, по блеску и твердости, весьма сходен с алмазом.
Для получения аморфного бора (по Вёлеру и Девиллю) в раскаленный чугунный тигель всыпают смесь 100 ч. борного ангидрида с 60 ч. металлического натрия и покрывают все слоем прокаленной поваренной соли (от 40 до 50 ч.); наступает бурная реакция, причем часть борного ангидрида отдает свой кислород натрию; бор выделяется в свободном состоянии, и вместе с тем образуется бура; сплав перемешивают железным прутом, выливают в воду, подкисленную соляной кислотой, и собирают остающийся нерастворенным бор на фильтре; в виде аморфного порошка он легко проходить через поры бумаги, висит в воде и сообщает ей бурую окраску, так что его считают в воде растворимым; сушить порошок следует на пористых фарфоровых пластинках, при обыкновенной температуре, так как при более сильном подогревании бор легко загорается. Берцелиус приготовлял его, нагревая борофтористый калий KBF4 с металлическим калием. Магний, а также уголь и фосфор восстановляют бор из его окиси. Аморфный бор легко реагирует со многими веществами: загораясь, при накаливании, на воздухе, он соединяется не только с кислородом, но и с азотом; кислоты, особенно при нагревании, окисляют его в борную кислоту; щелочи действуют подобным же образом, с выделением водорода; при высокой температуре металлы, сера, хлор, бром, прямо соединяются с бором.
Для получения кристаллического видоизменения, плотно набивают небольшой тигель аморфным бором, просверливают в массе небольшое отверстие, достаточное для того, чтобы вставить палочку металлического алюминия, и помещают плотно закрытый тигель в другой, больших размеров, а промежуточное пространство засыпают углем; наружный тигель закрывают крышкой, замазывают и накаливают 11/2 — 2 часа при температуре около 1500°. По охлаждении растворяют алюминий в едком натре и обрабатывают остаток соляной кислотой. Полученный таким образом бор представляет просвечивающие красновато-желтые квадратные кристаллы, уд. веса 2, 68, по свойствам напоминающие алмаз; они обладают большой способностью лучепреломления и твердостью: чертят, подобно алмазу, корунд и сапфир. Известно несколько разновидностей кристаллического бора, получающихся различными способами, но все они не представляют химически чистого вещества, а содержат углерод и алюминий, другие же только углерод. По исследованиям Гампе здесь имеются определенные химические соединения, состава B48 Аl3 C2 и В12 Аl. Кристаллический бор несравненно более постоянен относительно химических деятелей, чем аморфный: он весьма трудно окисляется при накаливании в чистом кислороде; точно также он хорошо сопротивляется действию кислот, за исключением царской водки. Весьма интересны определения теплоемкости кристаллического бора (Вебер): оказывается, что она быстро возрастает с повышением температуры, подобно тому, как это наблюдается и для угля. Такого рода факт весьма важен для убеждения в общности закона Дюлонга и Пти, так как определения, сделанные при низких, сравнительно, температурах, дают для атомной теплоемкости числа. которые значительно менее требуемых законом; напр., при — 40° теплоемкость равна 0,1915, а при +233° она уже доходит до 0,3663.
В своих соединениях бор функционирует, как трехатомный элемент, на что указывает и место его в периодической системе: он помещается в третьей группе вместе с алюминием и в одном ряду с углеродом (В=11; С=12). Непосредственным соседством с этим последним элементом объясняется до известной степени существование аллотропических видоизменений бора. Таким образом, общая формула борных соединений будет ВХ3 (где Х==Сl, Вr, ОН и т.п. ). Из них, как уже упомянуто, наиболее важными, и между прочим единственными источниками для получения всех других соединений, являются борная кислота и ее соли.
Борная кислота Н3ВО3 или В(ОН)3, Acidum boricum, получена впервые в 1802 г. из буры Гомбергом, откуда ее название «Sal sedativum Hombergii»; в 1808 г. ГэйЛюссак и Тенар (и почти одновременно с ними Деви) разложили ее на бор и кислород; химический состав установлен Берцелиусом в 1824 г. В природе вещество встречается в вулканических местностях (в Тоскане, в Калифорнии), по краям небольших озер или бассейнов, образовавшихся через сгущение водяных паров, вырывающихся из трещин в земле (фумаролы или suffioni). Борная кислота летуча с парами воды, а потому увлекается ими из глубины земли и мало помалу выкристаллизовывается, по мере испарения воды из упомянутых бассейнов. Такая природная борная кислота носит у минералогов название «сассолин». Соли борной кислоты встречаются в природе в виде минералов, каковы боронатрокальцит, борнокислый кальций — натрий, борацит — борнокислый магний и др. Кроме того, борная кислота найдена в морской воде и во многих минеральных источниках. Главная масса ее добывается в Тоскане, из фумарол; здесь, как уже указано, во многих местах из трещин в земле или нарочно устроенных буровых скважин вырываются горячие водяные пары, смешанные с азотом, сернистым водородом, небольшим количеством борной кислоты (около 1/10 %), аммиаком и др. веществами Для эксплуатации этого естественного источника борной кислоты пользуются следующим способом, хорошо сообразующимся с местными условиями: над трещинами, выделяющими пары, устраивают вместилища для воды из плитняка и цемента и в такие бассейны напускают воду (высотою до 2 метр.) из близлежащих источников. Пар, с силой вырывающийся из земли, проходит через воду и отдает ей часть содержащейся в нем борной кислоты.
Через 24 часа содержание борной кислоты в воде достигает известного максимума — 1/2 процента; эту воду спускают в особую цистерну для отстаивания и вновь наполняют бассейн свежей водой: отстоявшийся слабый раствор борной кислоты выпаривают до кристаллизации, причем необходимое тепло доставляется теми же фумаролами. С этой целью над ними помещают свинцовые чрены в 125 метр. длины, 2,5 метра ширины и 20 сантиметров глубины, так чтобы действию горячих паров было подвержено все дно сосуда, поддерживаемого железными брусьями. Прозрачный раствор постоянно притекает с одного конца чрена, поставленного несколько наклонно и этот приток посредством особого приспособления регулируется таким образом, что с другого конца постоянно оттекает более концентрированный раствор, способный кристаллизоваться. Этот раствор поступает в бассейн, подогреваемый парами фумарол и после осветления охлаждается в деревянных сосудах, выложенных свинцовыми листами, где и кристаллизуется; маточный раствор отделяют и вновь сгущают, что дает новую порцию борной кислоты, уже менее чистой; различные порции смешивают и таким образом получают препарат среднего достоинства, который и составляет продажную борную кислоту. Эта последняя содержать до 25% подмесей, именно аммиачных и сернокислых солей и употребляется для приготовления буры. В Тоскане таким путем добывается свыше 2,5 миллионов килогр. борной кислоты. Причина образования внутри земли паров, содержащих борную кислоту, в настоящее время с достоверностью не известна. Дюма объясняет это нахождением на некоторой глубине в земле залежей сернистого бора B2S3, разлагающегося при действии воды на борную кислоту и сернистый водород. Варингтон, Вёлер, Девилль и Попп приписывают это разложению не сернистого, а азотистого бора, BN; Баллей и Бишоф — действию растворов нашатыря на минералы, содержащие борную кислоту. Для получения химически чистой борной кислоты к раствору 1 ч. буры в 4 ч. горячей воды прибавляют столько соляной кислоты, чтобы жидкость сильно окрашивала лакмус в красный цвет; по охлаждении почти вся борная кислота выделяется в виде тонких чешуек, которые отделяют от маточного раствора отжиманием и окончательно очищают перекристаллизацией.
