Nhắc tới nguyên tố Bo có vẻ như là một nguyên tố hoá học không quá quen thuộc đối với mọi người, nhưng ngược lại nó lại là một chất vô cùng quan trọng đối với sức khỏe của con người cũng như trong nông nghiệp. Vậy nguyên tố Bo là gì? Nó có tính chất vật lý, tính chất hóa học hay những ứng dụng của nguyên tố này như thế nào trong đời sống cũng như cách điều chế nguyên tố này ra sao?
Nguyên tố Bo là gì?
Bo (được bắt nguồn từ từ tiếng Pháp bore /bɔʁ/) là tên của một nguyên tố hóa học nằm trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu B và có số hiệu nguyên tử bằng 5, nguyên tử khối bằng 11.
Cấu tạo :
- Ký hiệu hóa học: B.
- Nguyên tử khối: 10,81 g/mol
- Số đơn vị điện tích hạt nhân: Z = 5.
- Hóa trị :III
- Độ âm điện: 2,04
- Số oxi hóa: +3
- B không tạo nên cation trong dung dịch → không xác định được thế điện cực.
- B giống nhiều với Si (nhóm IVA) hơn Al và các nguyên tố cùng nhóm.
Là một nguyên tố á kim và có hóa trị +3, bo xuất hiện chủ yếu ở trong quặng borax. Có hai dạng thù hình của bo; bo vô định hình là một chất bột màu nâu, nhưng bo kim loại thì lại có màu đen. Dạng hình thù là kim loại rất cứng (9,3 trong thangon Mohs) và là một chất dẫn điện kém ở nhiệt độ phòng. Không tìm thấy bo tự do trong tự nhiên.
Lịch sử nguyên tố Bo
Các hợp chất của bo (tiếng Ả Rập buraq từ tiếng Ba Tư burah) đã được biết đến từ hàng nghìn năm trước. Ở Ai Cập cổ đại, việc ướp xác đã phụ thuộc vào quặng được biết đến như là natron, nó chứa các muối borat cũng như một số muối phổ biến khác. Các loại men sứ từ borax cũng đã được sử dụng ở Trung Quốc từ năm 300, các hợp chất của bo cũng được sử dụng trong sản xuất thủy tinh ở La Mã cổ đại.
Nguyên tố này còn được phân lập năm 1808 bởi Sir Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac và Louis Jacques Thénard, với độ tinh khiết ở khoảng 50%. Những người này đã không biết chất tạo thành như là một nguyên tố. Năm 1824 Jöns Jakob Berzelius đã xác nhận bo như là một nguyên tố; ông gọi nó là boron, một từ trong tiếng Latin và có nguồn gốc là burah trong tiếng Ba Tư. Bo nguyên chất được sản xuất lần đầu tiên bởi nhà hóa học người Mỹ W. Weintraub năm 1909.
Nguyên tố Bo trong bảng tuần hoàn
| Số nguyên tử (Z) | 5 |
|---|---|
| Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar) | 10,811(7) |
| Phân loại | á kim |
| Nhóm, phân lớp | 13, p |
| Chu kỳ | Chu kỳ 2 |
| Cấu hình electron | [He] 2s2 2p1 |
|
Mỗi lớp
|
2, 3 |
Tính chất vật lý Bo
| Màu sắc | Đen nâu |
|---|---|
| Trạng thái vật chất | Chất rắn |
| Nhiệt độ nóng chảy | 2349 K (2076 °C, 3769 °F) |
| Nhiệt độ sôi | 4200 K (3927 °C, 7101 °F) |
| Mật độ ở thể lỏng | ở nhiệt độ nóng chảy: 2,08 g·cm−3 |
| Nhiệt lượng nóng chảy | 50,2 kJ·mol−1 |
| Nhiệt bay hơi | 480 kJ·mol−1 |
| Nhiệt dung | 11,087 J·mol−1·K−1 |
Bo là một chất rắn, tồn tại dưới 1 số dạng hình thù khác nhau.
– Bo vô định hình có màu nâu; tỉ khối: 2,45.
– Bo ở dạng tinh thể có màu đen – xám vì có lẫn tạp chất borua kim loại (có dạng mặt thoi α; β và dạng tứ phương).
- Có ánh kim và có bề ngoài giống kim loại.
- Tỉ khối là 2,33; cứng gần bằng kim cương.
– Bo khó nóng chảy: nhiệt độ nóng chảy là ở 20720C và nhiệt độ sôi ở 37000C
– Rất cứng và giòn. Ở nhiệt độ phòng bo chính là một chất dẫn điện kém nhưng là chất dẫn điện tốt ở nhiệt độ cao.
– Khối lượng riêng là 2,34 g/cm3.
Tính chất hóa học Bo
– Bo là một nguyên tố phi kim có hóa trị +3.
Tác dụng với phi kim
Ở nhiệt độ cao, B sẽ phản ứng với các phi kim như nitơ, lưu huỳnh, oxi, halogen,…
Ví dụ: 4B + 3O2 → 2B2O3
2B + 3S → B2S3
Tác dụng với axit
Bo sẽ không tác dụng với các dung dịch axit loãng.
2B + 6HCl → 2BCl3 + 3H2
B + 3HNO3 (đặc, nóng) → B(OH)3 + 3NO2
Tác dụng với nước (hơi, ở nhiệt độ khoảng 700 – 8000C)
2B + 3H2O (hơi) → B2O3 + 3H2
Tác dụng với dung dịch kiềm
2B (v.đ.h) + 2NaOH(đặc) + 6H2O → 2Na[B(OH)4] + 3H2
4B + 4NaOH + 3O2 → 4NaBO2 + 2H2O
Điều chế nguyên tố Bo
– Bo là nguyên chất có thể được điều chế bằng việc khử các hợp chất của bo cùng với các halôgen dễ bay hơi bằng hiđrô ở nhiệt độ cao.
2BCl3 + 3H2 → 2B + 6HCl
Ứng dụng của nguyên tố Bo
Hợp chất có giá trị kinh tế nhất của bo chính là tetraborat decahydrat natri Na2B4O7·10H2O, hay borax, đang được sử dụng để làm lớp vỏ cách nhiệt cho cáp quang hay chất tẩy trắng perborat natri. Cùng với các ứng dụng khác là:
- Vì ngọn lửa có màu lục đặc biệt của nó, bo vô định hình dã được sử dụng trong pháo hoa.
- Axít boric cũng chính là một hợp chất quan trọng sử dụng trong các sản phẩm may mặc.
- Các hợp chất của bo đang được sử dụng nhiều trong tổng hợp các chất hữu cơ và sản xuất các thủy tinh borosilicat.
- Các hợp chất khác cũng được sử dụng như là một chất bảo quản gỗ được ưa thích do có độc tính thấp.
- Bo10 đang được sử dụng để hỗ trợ kiểm soát của các lò phản ứng hạt nhân, là lá chắn chống tia bức xạ và phát hiện neutron.
- Các sợi bo cũng chính là vật liệu nhẹ có độ cứng cao, được sử dụng chủ yếu trong các kết cấu tàu vũ trụ.
- Borohiđrit natri (NaBH4), là một chất khử hóa học thông dụng, được sử dụng (ví dụ) trong khử các alđêhit và kết tủa thành rượu.
- Hidrua bo chính là một chất bị oxi hóa dễ dàng và giải phóng ra một lượng đáng kể năng lượng. Vì thế nó đã được nghiên cứu để sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa.
Lời kết
Với những thông tin bổ ích trên mà chúng tôi đưa ra hi vọng sẽ giúp các bạn có đam mê với hóa học sẽ hiểu rõ hơn về nguyên tố Bo cũng như tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng hay cách điều chế nguyên tố trong đời sống. Bên cạnh đó, để có thể hiểu rõ hơn về 118 các nguyên tố hóa học hãy truy cập ngay mục “ Kiến Thức Chung” của chúng tôi mỗi ngày nhé!
