Bor Madeni Ve Kullanım Alanları

Bor

En yaygın bilinen türevi olan “boraks”, Araplarca “tinkal” olarak da adlandırılırdı, 16 yüzyılda ergitme işlemlerinde kullanılırdı Yaygın uygulama alanı bulunan borik asit ilk kez 1702’de Homberg tarafından hazırlanmıştır Ayrıca 1808’de Davy borik asit elektrolizinden amorf bor elde etmiş ve 1856’da Wöhler ve Sainte-Claire Deville tarafından kristalin modifikasyonu tarif edilmiştir

Bor kimyası

Borun temel cevherleri; kernit (Na2B4O74H2O), boraks (Na2B4O710H2O), kolemanit (Ca2B6O115H2O) ve uleksit (NaCaB5O98H2O) gibi boratlardır

Bor bileşiklerinin yaygın kullanımları ve borun element olarak erken tanımlanmış olmasına karşın, bor kimyası çalışmaları nispeten kısıtlı bir alanda sürdürülmüştür Bunun nedenleri; temel olarak bor bileşiklerinin hidroliz veya oksidasyona yönelik stabil olmayan nitelikleri ve malzemelerin birçoğunun kullanımındaki yapısal zorluklarıydı Nihayet Stock ünlü deneysel vakum tekniğini geliştirince bor kimyasının araştırılmasında yeni bir kapı aralandı

Grup IIIA elementlerinden sadece bor bir ametaldir Bu gruptaki diğer elementler; alüminyum, galyum, indiyum ve talyumdur

Bor, gruptaki diğer elementlerden çok daha küçük bir atomdur Bu durum, ametal bor ve metal özellikteki diğer grup elemanları arasında belirli farklılıklara neden olur

Ga, In ve Tl’un atom büyüklükleri periyodik sınıflandırmada kendilerinden hemen önce gelen elementlerin elektronik iç yapılarından etkilenir (özellikle lantanitten sonra gelen talyum örneğinde görüleceği gibi) Bu nedenle de atom yarıçapı ani şekilde veya standart olarak bu elementlerin artan atom numaralarıyla birlikte artmaz Bu elementlerin göreceli şekilde küçük oluşları gruptan aşağı inerken bile beklenen şekilde azalmayan nispeten yüksek iyonizasyon potansiyeli içermelerine neden olur

Bu elementlerin hiçbiri en ufak şekilde bile basit bir anyon oluşturma eğiliminde değillerdir Elementlerin elektronik konfigürasyonlarının da mantıklı kıldığı biçimde en sık rastlanır oksidasyon seviyesi +3’tür Nispeten yüksek olan bu değer, göreceli olarak küçük iyonik yarıçaplarla biraraya gelerek üstün polarize nitelikleri olan tipler ortaya çıkarmaktadır

Buna bağlı olarak, +3 değerli bileşiklerin elementleri baskın şekilde kovalenttir; bu kovalent nitelik ayrıca göreceli olarak elementlerin yüksek ilk üç iyonizasyon potansiyelinden de kaynaklanmaktadır İstisnai olarak kendi kimyasında ametal olan bor haricindeki diğer IIIA elementleri su çözeltisinde +3 değerlikli iyon olarak bulunurlar Bu iyonlar yüksek oranda su içerirler, ancak hidrasyon ısıları çok yüksektir

Çok yüksek sıcaklıkta (2000°C) bor birçok metalle raksiyona girerek borürler oluşturur Bu madde çok serttir, kimyasal olarak stabildir ve metalik iletkenliği gelişmiştir Bazı metalik borürlerin kristallerinde bor atomları aralıklıdır, diğerlerinde zincirler veya bor atomu katmanları (tabakaları) mevcuttur Magnezyum borür (MgB2), diğer borürlerden farklı olarak bor hidrür karışımları üretecek şekilde hidrolize formda mevcuttur

Bor, amonyak veya nitrojen ile yüksek sıcaklıklarda bor nitrür (BN) oluşturacak şekilde reaksiyona girer Bu malzeme karbonla izoelektroniktir ve grafite benzerdir, fakat farklı olarak bor ve nitrür atomları içeren kristal bir yapısı vardır Çok yüksek sıcaklık ve basınçta BN’ün bu modifikasyonu elmas türü kafes (latis) formuna dönüşür ve elmas kadar serttir

Bor; periyodik cetvelde alüminyum, galyum, indiyum ve talyum ile beraber 13grupta bulunur Bu grupta bulunan tüm elementlerin 3 valenz elektronları vardır Normalde dörtten az valenz elektronu bulunan elementler metal kafeslerde kristalleşir Bu acıdan bor istisnai bir durum sergiler, çünkü +3 yüklü serbest iyon oluşturmaz Bor atomlarının 3 valenz elektronu ve 4 valenz orbitali vardır Bu atomlar yüksek iyonizasyon enerjisi ve büyük sayılabilecek elektronegatifliğinden ötürü kovalent bağ kurma eğilimi gösterirler Bor´un komplike ve essiz yapısı atomlarındaki elektron eksikliğinden kaynaklanmaktadır Bor, oksijene olan büyük ilgisinden dolayı doğada saf olarak bulunmaz Borun stabil olmayan saf halinin yani sıra 4 allotropu bulunur ve bu yüzden maddesel halini (katı, sıvı, gaz) değiştirmeden değişik yapılara geciş yapabilir Bunun görüldüğü başka bir örnekte 2 allotropu bulunan karbon´dur (grafit, elmas)

Borun seçkin özellikleri nanoteknolojinin kullanımı ile daha da geliştirilebilir Buna en iyi örneklerden biriside NNT tarafından üretilen ve tam da aşırı sertliğinden dolayı sürtünme azaltıcı etken olarak kullanılan bor elmas tozudur (MCDP) Bu durum yalnızca kristallerin çok çok küçük olması ve yuvarlanan bilyeler gibi yüzeyi çizmeden çalışmasıyla gerçekleşebilmektedir

Bor Madeninin Özellikleri

Bor saf olmayan haliyle hemen hemen ayni zamanda birçok kimyacı tarafından 1808 yılında üretildi Fransız Kimyacılar Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850) ve Louis Jacques Thénard (1777-1857) bortrioksiti (B2O3) potasyum ile etkileşiminden elde etmişlerdir Sir Humphrey Davy in London borik asidin hidrolizinden elde etmiştir Davy bu yeni elemente ilk olarak “Boracium” adini vermiştir, bu sonra “Boron” olarak kısaltılmıştır Bor için kullanılan kimyasal simgeyi „B“ 1814 yıllında J J Berzelius teklif etmiştir Yüksek derecede saf Bor 1909 yılında Amerikalı Kimyacı W Weintraub tarafından üretilmiştir

Saf Bor´un 5 degisik kristal sekli:

• amorf (kahverengi toz),
• a-rhomboedrik (kirmizi, saydam),
• b-rhomboedrik (siyah-gri parlak),
• a-tetragonal (siyah),
• b-tetragonal (kirmizi)

Diger atomlarla olusan önemli Bor modifikasyonlari:

• Borkarbid B24C (tetragonal Borkarbid),
• Borkarbid B13C2 (a-rhomboedrik Borkarbid),
• hexagonal Bornitrür (a-Bornitrür),
• kübik Bornitrür (b-Bornitrid)

Bor ısıya karsı çok dayanıklıdır, yoğunluğu düşüktür, erime ve kaynama noktası çok yüksektir 20°C de elektrik iletkenliği düşüktür, sıcaklık arttıkça iletkenliği hızla artar, 600°C´de Oda sıcaklığındakine göre 100 kat artmış durumdadır Bor´a ait diğer bazı önemli özellikler aşağıda sıralanmıştır

Bor Madeni ve Kullanım Alanları

Saflık derecesi yüksek (99,99%) kristalize Bor, elektronik yapı elemanları ve yarı iletkenlerde kullanılırYine kristalize borun tel seklindeki kristalleri uçak sanayi ve uzay taşıtlarında bulunan sentetik malzemelerde ve hafif madenlerde (alaşım) elyaf kuvvetlendiricisi olarak kullanılmaktadır Amorf Bor havai fişeklerin karışımında veya katı roket yakıtlarında katkı maddesi olarak kullanılır Demirle alaşımı (ferrobor) sonucu sertlik derecesi çok yüksek çeliklerin imalatına olanak sağlar Bu alaşımlar Bor B10 isotopuyla beraber atom reaktörlerinde nötron absorbanı olarak da kullanimaktadir Karbon ile kullanımda borkarbit elde edilir (sertlik: 9,3), Alüminyum ile de kadretik Bor (bor elması, AIB12) elde edilir ki her ikisinin de yüksek sertlik dereceleri doğrultusunda taslama, bilyeleme malzemeleri veya aşınmaya dayanıklı parçalar olarak, örneğin kum püskürtme memesi yapımında, kullanılırlar İzolasyon (yalıtım) ve ağartma malzemeleri (Perborate) imalatlarındaki kullanımları nedeniyle bor bileşiklerinden Borik asid B2O3 ve Sodyumtetraborad Na2B4O7 (Borax) teknik açıdan önemlidirler

Elementer Bor´un kullanıldığı önemli Uygulamalar:

• Roket yakıtlarında kompozit (katkı maddesi),
• İnce taneli inşaat çeliğine alaşım ilavesi,
• Nükleer yakıtların muhafazası için kullanılan çeliğe kompozit,
• Nikel esaslı alaşımlar,
• Bakirin deoksidasyonu,
• Helikopter pervaneleri, tenis raketleri, golf sopası,
• (kristalize Bor ve borfibrin),
• Bombardıman uçaklarındaki kaplama (yetersiz radar yankısı),
• Havai fişekler ve işaret fişeklerinde (kuvvetli yeşil ışığından dolayı),
• Silisyuma p-aşılanması,
• Atom reaktörlerindeki kontrol çubuklarında (Ferrobor ve 10B),
• Radyasyona dayanıklı kıyafetlerde,
• Gübrelerde,
• Uçak yakıtlarının temizlenmesinde

Bor bileşiklerinin kullanıldığı önemli uygulamalar:

• Çamaşır tozları (Perborate),
• Termik izolasyon (Bor silisyum fibrinleri),
• Işık dalgası iletkenleri,
• Isıya dayanıklı borsilikat camlar (Pyrex, Duran),
• Seramik vernikleme (sırlama),
• Bitki koruma (haşarata karsı) malzemeleri,
• Fren ve debriyaj balataları,
• Zırh ve kursun geçirmez yelekler,
• Lehim kullanımında (borik asit),
• Tahta koruma ürünlerinde (az zehirli olusundan),
• Aleve dayanaklılığından dolayı platinlerde,
• UV isini absorberi olarak güneş yağlarında,
• Hava yastıklarında ateşleyici (Bornitrat karışımı),
• Kanser tedavisinde terapi metodu (Boron Neutron Capture Therapie, BNCT)

Bor Rezevleri

Bor mineralleri genelde yüksek oranda boroksit (B2O3) içeren minerallerdir Ticari açıdan değerli rezervler dünya genelinde mevcuttur En önemli maden isletme bölgeleri şunlardır:

• güneybati Mojave çölü (ABD),
• Türkiye’nin de dahil olduğu güney orta Asya-Alp kuşağı ve
• güney Amerika´da ki And dağları kuşağı

Ticari açıdan değerli önemli bor mineralleri:



Bor endüstrisinin en önemli mineralleri Colemanit ve tinkal´dır Tinkal büyük ölçüde Kırka (Türkiye), Boron (ABD) ve Tincalayu (Arjantin)´da çıkarılmaktadır Yine Boronda çıkarılan başka önemli bir mineralde Kernittir Türkiye dünya çapında bilinen en büyük Colemanit mevcudiyetine sahiptir Bu mineral Death Valley (ABD)de bulunur Ulexid sadece Türkiye, Cin ve güney Amerika’da bulunan And dağlarında bulunur Dünya genelinde bulunan Bor rezervlerin toplamı 885 Milyon Ton B2O3´dur Bunların Ülkelere göre dağılımı aşağıda belirtilmiştir: