Boron (Jawi: بورون) adalahunsur kimia dalamjadual berkala yang mempunyai simbolB dannombor atom 5. Ia juga unsurmetaloid, dan ia wujud dengan banyaknya dalam bijihtingkal (dinamakan sekias unsurkarbon turunanLatin:borax dari namaArab tingkalبَوْرَقbawraq serapan lanjutParsi:بوره,rumi: bōra[1]). Terdapat beberapaalotrop boron; boron amorfus ialah sejenis serbuk berwarna perang, logam boron pula berwarna hitam. Jenis boron logam adalah keras (9.3 pada skala Mohs) dan pengalir yang tak baik pada suhu bilik. Ia tidak pernah dijumpai dalam bentuk tulen dalam alam semulajadi.Hablur boron wujud dalam kebanyakanpolimorf. Dua jenis bentukrombohedral, α-boron dan β-boron masing-masing mengandungi 12 dan 106.7 atom-atom dalam sel unit rombohedral, bersama dengan borontetragonal beratom 50, ialah tiga jenis bentuk hablur yang paling diperincikan.
Boron ialah unsur yang kurang elektron, dan mempunyaip-orbital yang kosong. Ia bersifatelectrofilik. Sebatian boron sering berkelakuan sepertiasid Lewis, iaitu sedia untuk terikat dengan bahan kaya elektron untuk memenuhi kecenderungan boron untuk mendapatkan elektron.
Ciri-ciri optik unsur ini termasuklah penghantaran cahayainframerah. Pada suhu piawai boron adalahpengalir elektrik yang tidak baik tetapi pengalir yang baik pada suhu yang tinggi.
Boron nitrida boleh digunakan untuk menghasilkan bahan sekerasberlian. Nitrida juga berperanan sebagai penebatelektrik tetapi mengalirkan haba sama sepertilogam. Unsur ini juga mempunyai sifatpelincir sama sepertigrafit. Boron juga sama sepetikarbon denga kemampuannya untuk membentuk rangkaian molekulikatan kovalen yang stabil.
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 strukturaeroangkasa maju sebagai komponenbahan komposit.
Sebatian boron sedang dikaji untuk penggunaan yang lebih meluas, termasuklah komponen dalam membran telap gula, pengesankarbohidrat danbiokonjugat. Penggunaan dalam bidang perubatan sedang diteroka seperi dalam terapitawanan neutron boron dan penghantarandrug. Sebatian boron lain sedan dikaji dan dijumpai mempunyai kemungkinan cerah dalam perawatan penyakitartritis.
Sebatian boron (Bahasa ArabBuraq daripadaBahasa ParsiBurah) telah diketahui semenjak berkurun-kurun lamanya. Pada zaman Mesir awal,pengawetan mayat bergantung kepada sejenis bijih yang dipanggilnatron, yang mengandungi borat dan juga lain-lain kandungan garam. Licauan tingkal pernah digunakan diChina sejak 300 AD, dan sebatian boron digunakan dalam pembuatan kaca pada zaman Rom lama.
Unsur ini tidak pernah diasingkan sehinggalah pada1808 oleh SirHumphry Davy,Joseph Louis Gay-Lussac, danLouis Jacques Thénard, sehingga mencapai ketulenan sebanyak 50 peratus. Para saintis ini tidak menganggap bahan ini sebagai unsur. HanyalahJöns Jakob Berzelius pada 1824 yang telah mengenal pasti boron sebagai sejenis unsur. Boron tulen pertama dihasilkan oleh ahli kimia W. Weintraub dalam tahun 1909.
Amerika Syarikat danTurki ialah pengeluar boron terbesar di dunia. Boron tidak wujud dalam bentuk aslinya dalam alam semulajadi, tetapi dijumpai dalam bentuk campuran dalamboraks,asid borik,colemanit,kernit,uleksit danborat. Asid borik kadang kala dijumpai dalm mata airgunung berapi. Ulexite ialah garam galian borat yang secara semulajadinya mempunyai sifat sepertigentian optik.
Sunber penting dari segi ekonomi adalah daripada bijih rasorite (kernite) dan tincal (bijih boraks) yang dijumpai diGurun Mojave diCalifornia iaitu boraks ialah 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 antaraborik oksida dengan logam sepertimagnesium ataualuminium. Akan tetapi hasil ini seringkali dicemari dengan logamborida. (Tindak balas tersebut agak menakjubkan). Boron tulen boleh disediakan dengan menurunkan Halogenida boron yang mudah meruap denganhidrogen pada suhu tinggi.
Dalam tahun 1997hablur boron (99% tulen) bernilai sebanyakUS$5 pergram dan boronamorfus bernilai sebanyak US$2 per gram.
Boron mempunyai duaisotop yang stabil dan terhasil secara semulajadi,11B (80.1%) dan10B (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 ialah7B yang mereput melaluipancaran proton danreputan alfa. Ia mempunyaiseparuh hayat 3.26500x10-22s. Pemeringkatan isotop boron dikawal melalui tindak balas penukargantian spesis boron B(OH)3 dan B(OH)4. Pemeringkatan isotop boron juga berlaku dalam penghabluran garam galian, semasa fasa H2O berubah dalam sistemhidrotermal, dan semasa perubahan hidrotermabatuan. Perubahan hidroterma memberi kesan kepada kecenderungan pengeluaran spesision10B(OH)4 ke dalam tanah liat lalu mengakibatkan kandungan larutan yang kaya dengan11B(OH)3, mungkin juga penyebab kepada pengayaan11B dalam air laut berbanding dengan teras dasarlautan dan terasbenua; perbezaan ini boleh bertindak sebagaipengenalan isotop.
Isotop boron-10 berkesan dalam penawananneutron terma daripadasinaran kosmik atau dalamPWR (Reaktor Air bertekanan, -PressurizedWaterReactor- sejenis reaktor janakuasa nuklear). Ia kemudiannya menjalanipembelahan - menghasilkansinar gama, satuzarah alfa, dan ionlitium. Apabila ini berlaku dalam sebuahlitar bersepadu, hasil pembelahan mungkin akan membuang cas ke struktur cip berdekatan, menyebabkan kehilangan data (singkapan bit (bit flipping), atauperistiwa keterbalikan tunggal(single event upset)). Dalam rekaansemikonduktor kritikal,boron susut - yang terdiri daripada hampir semuanya boron-11 - digunakan, untuk mengelakkan kesan ini, sebagai salah satu langkahpengerasan sinaran. Boron-11 ialah hasil sampingan dalamindustri nuklear.
Boron mempunyai kerana kemampuanmengikat ganda molekul stabil sepertikarbon, bahkan boron yangtidak teratur mengandung boronikosahedra biasa yang terikat secara acak satu sama lain tanpa urutan jarak jauh.[2][3] Hablur boron sangat keras dengan titik lebur melebihi 2000 °C. Ia membentuk empatalotrop utama: α-rombohedron dan β-rombohedron (α-R dan β-R), γ-ortorombik (γ), dan β-tetragon (β-T). Keempat-empat fasa ini stabil padasuhu dan tekanan piawai terutamanya β-rombohedron. Fasa α-tetragon (α-T) juga wujud tetapi sangat sukar dihasilkan dari mula secara tulen tanpa pencemaran persekitaran yang signifikan. Sebagian besar fasa tersebut didasarkan pada ikosahedra B12, tetapi fasa γ dapat digambarkan sebagai susunan tipegaram batu dari pasangan atom ikosahedra dan B2.[4] Ia dapat diproduksi dengan mengompresi fasa boron lainnya hingga 12–20 GPa dan memanaskannya hingga suhu 1500–1800 °C; ia tetap stabil setelah melepaskan suhu dan tekanan. Fasa β-T dihasilkan pada tekanan yang sama, tetapi pada suhu yang lebih tinggi, yaitu 1800–2200 °C. Fasa α-T dan β-T mungkin kowujud berdampingan pada kondisi sekitar, dengan fasa β-T menjadi yang lebih stabil.[4][5][6] Mengompresi boron di atas 160 GPa akan menghasilkan fasa boron dengan struktur yang belum diketahui, dan fasa ini merupakan sebuahadipengalir pada suhu di bawah 6–12 K.[7]Borosferena (molekul B40 yang berbentuk sepertifulerena) danborofena (struktur yang berbentuk sepertigrafena yang diusulkan) telah dijelaskan pada tahun 2014.
Boron elemental jarang dan kurang dipelajari kerana bahan murninya sangat sulit untuk disiapkan. Sebagian besar studi mengenai "boron" melibatkan sampel yang mengandung sejumlah kecil karbon. Perilaku kimia boron lebihmenyerupaisilikon daripadaaluminium. Boron kristal secara kimiawi lengai dan tahan terhadap serangan dariasid fluorida atauklorida yang mendidih. Ketika dibahagi halus, ia diserang secara perlahan olehhidrogen peroksida pekat panas,asid nitrat pekat panas, asid sulfat panas, atau campuran panas asid sulfat dankromat.[16]
Tahap kelajuan pengoksidaan boron tergantung pada kepenghabluran, ukuran zarah, tahap ketulenan unsur asal dan suhu. Boron tidak bertindak balas dengan udara pada suhu bilik, tetapi pada suhu yang lebih tinggi ia akan terbakar dan membentukboron trioksida:[17]
4 B + 3 O2 → 2 B2O3
Model bola dan tongkat anion tetraborat, [B4O5(OH)4]2−, seperti yang terjadi pada kristal boraks, Na2[B4O5(OH)4]·8H2O. Atom boron berwarna merah muda, dengan oksigen penghubung berwarna merah, dan empat hidrogen hidroksil berwarna putih. Perhatikan dua boron merupakan sp2 yang terikat secara trigonal tanpa muatan formal, sedangkan dua boron lainnya merupakan sp3 yang terikat secara tetrahedral, masing-masing membawa muatan formal −1. Nombor pengoksidaan semua boron adalah III. Campuran bilangan koordinasi boron dan muatan formal ini merupakan karakteristik mineral boron alam.
Boron mengsemulajadi halogenasi untuk menghasilkan trihalida; misalnya,
2 B + 3 Br2 → 2 BBr3
Triklorida dalam praktek biasanya terbuat dari oksida.[17]
Boron merupakan unsur paling ringan yang memiliki elektron dalamorbital-p dalam keadaan dasarnya. Namun, tidak seperti kebanyakanunsur-p lainnya, ia jarang mematuhikaedah oktet dan biasanya hanya menempatkan enam elektron[18] (dalam tigaorbital molekul) padakulit valensinya. Boron merupakan purbarupakumpulan boron (kumpulan IUPAC 13), meskipun anggota lain dari golongan ini merupakan logam dan unsur-p yang lebih khas (hanya aluminium yang sampai batas tertentu berbagi keengganan boron terhadap kaidah oktet).
Dalam sebatian yang paling dikenal, boron memiliki bilangan pengoksidaan formal III. Mereka termasuk oksida, sulfida, nitrida, dan halida.[17]
Trihalida membentuk struktur trigonal planar. Sebatian ini merupakanasid Lewis yang siap membentukaduk dengan donor pasangan elektron, yang disebutbasa Lewis. Misalnya, fluorida (F−) danboron trifluorida (BF3) digabungkan untuk menghasilkan aniontetrafluoroborat, BF4−. Boron trifluorida digunakan dalam industri petrokimia sebagai katalis. Halida ini bertindak balas dengan air dan membentukasid borat.[17]
Ia ditemukan di alam di Bumi hampir seluruhnya sebagai berbagai oksida B(III), sering dikaitkan dengan unsur-unsur lain. Lebih dari seratusmineral borat mengandung boron dalam bilangan pengoksidaan +3. Mineral ini menyerupai silikat dalam beberapa hal, meskipun sering ditemukan tidak hanya dalam koordinasi tetrahedral dengan oksigen, tetapi juga dalam konfigurasi trigonal planar. Tidak seperti silikat, mineral boron tidak pernah mengandungnya dengan bilangan koordinasi lebih besar dari empat. Motif khas telah dicontohkan oleh anion tetraborat dari mineral umumboraks, yang ditunjukkan di sebelah kiri. Muatan negatif formal dari pusat borat tetrahedral diseimbangkan oleh kation logam dalam mineral, seperti natrium (Na+) dalam boraks.[17] Golongan turmalin borat-silikat juga merupakan golongan mineral pembawa boron yang sangat penting, dan sejumlah borosilikat juga diketahui wujud secara semulajadi.[19]
Borana merupakan sebatian kimia boron dan hidrogen, dengan rumus umum BxHy. Sebatian-sebatian ini tidak wujud semulajadi. Banyak borana mudah teroksida saat terdedah kepada udara, beberapa dengan keras. BH3 yang merupakan anggota induk disebut borana, tetapi ia hanya diketahui dalam bentuk gas, dan dimerisasi untuk membentuk diborana, B2H6. Borana yang lebih besar semuanya terdiri dari gugus boron yang polihedral, beberapa di antaranya wujud sebagai isomer. Misalnya, isomer B20H26 didasarkan pada fusi dua gugus 10 atom.
Borana yang paling penting adalah diborana B2H6 dan dua produk pirolisisnya, pentaborana B5H9 dan dekaborana B10H14. Sejumlah besar boron hidrida anionik telah diketahui, misalnya [B12H12]2−.
Nombor pengoksidaan formal dalam boran adalah positif, dan didasarkan pada asumsi bahwa hidrogen dihitung sebagai −1 seperti pada hidrida logam aktif. Nombor pengoksidaan rata-rata untuk boron kemudian hanyalah nsibah hidrogen terhadap boron dalam molekul. Sebagai contoh, dalam diborana B2H6, bilangan pengoksidaan boron adalah +3, tetapi dalam dekaborana B10H14, biloksnya7/5 atau +1,4. Dalam sebatian ini bilangan pengoksidaan boron seringkali bukan bilangan bulat.
Boron nitrida terkenal kerana berbagai struktur yang mereka adopsi. Mereka menunjukkan struktur analog dengan berbagaialotrop karbon, termasuk grafit, intan, dan tabung nano. Dalam struktur seperti intan, yang disebut boron nitrida kubik (nama dagangBorazon), atom boron ada dalam struktur tetrahedral atom karbon dalam intan, tetapi satu dari setiap empat ikatan B-N dapat dilihat sebagaiikatan kovalen koordinasi, di mana dua elektron disumbangkan oleh atom nitrogen yang bertindak sebagai bes Lewis pada ikatan ke pusat asid Lewis boron(III). Boron nitrida kubik, di antara aplikasi lain, digunakan sebagai bahan pengesat, kerana memiliki kekerasan yang sebanding dengan intan (kedua zat tersebut mampu menghasilkan goresan satu sama lain). Dalam sebatian BN analog grafit, boron nitrida heksagonal (h-BN), atom boronbercas positif dan nitrogen bercas negatif di setiap bidang terletak berdekatan dengan atom bermuatan berlawanan di bidang berikutnya. Akibatnya, grafit dan h-BN memiliki sifat yang sangat berbeda, meskipun keduanya adalah pelumas, kerana bidang-bidang ini mudah tergelincir satu sama lain. Namun, h-BN merupakan pengalir elektrik dan suhu yang relatif lemah dalam arah planar.[21][22]
Sejumlah besar sebatian organoboron telah diketahui dan banyak dari mereka yang berguna dalamsintesis organik. Banyak yang dihasilkan darihidroborasi, yang menggunakandiborana, B2H6, sebuah bahan kimia simpleborana sederhana. Organoboron(III) biasanya berbentuk tetrahedral atau trigonal planar, misalnya,tetrafenilborat, [B(C6H5)4]− vs.trifenilborana, B(C6H5)3. Namun, beberapa atom boron yang bertindak balas satu sama lain memiliki kecenderungan untuk membentuk struktur dodekahedral (12-sisi) dan ikosahedral (20-sisi) baru yang tersusun sepenuhnya dari atom boron, atau dengan jumlah heteroatom karbon yang bervariasi.
Kimia organoboron telah digunakan dalam penggunaan yang beragam, sepertiboron karbida (lihat di bawah), sebuah keramik kompleks yang sangat keras yang terdiri dari anion dan kation gugus boron-karbon, hinggakarborana, sebatian kimiagugus karbon-boron yang dapat dihalogenasi untuk membentuk struktur reaktif termasukasid karborana, sebuahsuperasid. Sebagai salah satu contoh, karborana membentuk bagian molekul yang berguna yang menambahkan sejumlah besar boron ke biokimia lain untuk menyintesis sebatian yang mengandung boron compounds untuk digunakan dalamterapi penangkapan neutron boron untuk pengobatan kanker.
Seperti yang dijangkakan olehgugus hidridanya, boron membentuk berbagai sebatian stabil dengan bilangan pengoksidaan formal kurang dari tiga.B2F4 dan B4Cl4 telah dikarakterisasi dengan baik.[23]
Model bola dan tongkat dari superkonduktor magnesium diborida. Atom boron terletak pada lapisan seperti grafit aromatik heksagonal, dengan muatan −1 pada setiap atom boron. Ion magnesium(II) terletak di antara lapisan
Sebatian boron logam duaan, borida logam, mengandung boron dalam bilangan pengoksidaan negatif. Rajah sebelah molekulmagnesium diborida (MgB2) tediri dari susunan atom boron yang memiliki cas formal −1 dan atom magnesium diberi cas formal +2. Dalam bahan ini, pusat boron adalah trigonal planar dengan ikatan rangkap tambahan untuk setiap boron, membentuk lembaran yang mirip dengan karbon dalamgrafit. Namun, tidak seperti boron nitrida heksagonal, yang kekurangan elektron pada petala atom kovalen, elektron terserak dalam magnesium diborida memungkinkannya mutu pengaliran arus elektrik yang mirip dengan grafit isoelektronik. Pada tahun 2001, bahan ini ditemukan sebagaiadipengalir suhu tinggi.[24][25] Ia merupakan sebuah superkonduktor dalam pengembangan aktif. Sebuah proyek diCERN untuk membuat kabel MgB2 telah menghasilkan kabel uji superkonduktor yang mampu membawa 20,000ampere untuk tujuan penyebaran arus yang sangat tinggi, seperti versi kependaran tinggi yang dimaksudkan dariPelanggar Hadron Besar.[26]
Borida logam tertentu lainnya memiliki aplikasi khusus sebagai bahan utama keras yang sesuai menukang bilah alat pemotong.[27] Seringkali boron dalam borida memiliki bilangan pengoksidaan pecahan, seperti −1/3 dalamkalsium heksaborida (CaB6).
Dari perspektif struktural, sebatian kimia boron yang paling khas adalah hidrida. Yang termasuk ke dalam deret ini adalah sebatian gugusdodekaborat (B12H2− 12),dekaborana (B10H14), dankarborana seperti C2B10H12. Secara karakteristik, sebatian tersebut mengandung boron dengan bilangan koordinasi lebih besar dari empat.[17]
Unsur boron dan borat tidak beracun dan oleh sebab itu tidak memerlukan pengawasan istimewa semasa pengendalian. Sesetengah jenis sebatian yang agak jarang ditemui sepertiboron hidrogen, pulaadalah toksik dan juga sangat mudah terbakar dan dengan itu memerlukan pengendalian khusus.
de Menten de Horne, Pierre (2013). "bore".Dictionnaire de chimie: Une approche étymologique et historique (dalam bahasa Perancis). De Boeck. m/s. 71.ISBN978-2-8041-8175-8.
Levey, Martin (1962). "Mediaeval Arabic Bookmaking and Its Relation to Early Chemistry and Pharmacology".Transactions of the American Philosophical Society.52 (4): 23.doi:10.2307/1005932.
^Delaplane, R.G.; Dahlborg, U.; Graneli, B.; Fischer, P.; Lundstrom, T. (1988). "A neutron diffraction study of amorphous boron".Journal of Non-Crystalline Solids.104 (2–3): 249–252.Bibcode:1988JNCS..104..249D.doi:10.1016/0022-3093(88)90395-X.
^R.G. Delaplane; Dahlborg, U.; Howells, W.; Lundstrom, T. (1988). "A neutron diffraction study of amorphous boron using a pulsed source".Journal of Non-Crystalline Solids.106 (1–3): 66–69.Bibcode:1988JNCS..106...66D.doi:10.1016/0022-3093(88)90229-3.
^Solozhenko, V. L.; Kurakevych, O. O.; Oganov, A. R. (2008). "On the hardness of a new boron phase, orthorhombic γ-B28".Journal of Superhard Materials.30 (6): 428–429.arXiv:1101.2959.doi:10.3103/S1063457608060117.S2CID15066841.
^abcZarechnaya, E. Yu.; Dubrovinsky, L.; Dubrovinskaia, N.; Filinchuk, Y.; Chernyshov, D.; Dmitriev, V.; Miyajima, N.; El Goresy, A.; dll. (2009). "Superhard Semiconducting Optically Transparent High Pressure Phase of Boron".Phys. Rev. Lett.102 (18): 185501.Bibcode:2009PhRvL.102r5501Z.doi:10.1103/PhysRevLett.102.185501.PMID19518885.
^Nelmes, R. J.; Loveday, J. S.; Allan, D. R.; Hull, S.; Hamel, G.; Grima, P.; Hull, S. (1993). "Neutron- and x-ray-diffraction measurements of the bulk modulus of boron".Phys. Rev. B.47 (13): 7668–7673.Bibcode:1993PhRvB..47.7668N.doi:10.1103/PhysRevB.47.7668.PMID10004773.
^Madelung, O., penyunting (1983).Landolt-Bornstein, New Series.17e. Berlin: Springer-Verlag.
^Laubengayer, A. W.; Hurd, D. T.; Newkirk, A. E.; Hoard, J. L. (1943). "Boron. I. Preparation and Properties of Pure Crystalline Boron".Journal of the American Chemical Society.65 (10): 1924–1931.doi:10.1021/ja01250a036.
^abcdefHolleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Bor".Lehrbuch der Anorganischen Chemie (dalam bahasa Jerman) (ed. 91–100). Walter de Gruyter. m/s. 814–864.ISBN978-3-11-007511-3.
^Greim, Jochen & Schwetz, Karl A. (2005). "Boron Carbide, Boron Nitride, and Metal Borides".Boron Carbide, Boron Nitride, and Metal Borides, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH: Weinheim.doi:10.1002/14356007.a04_295.pub2.ISBN978-3527306732.
^Jones, Morton E. & Marsh, Richard E. (1954). "The Preparation and Structure of Magnesium Boride, MgB2".Journal of the American Chemical Society.76 (5): 1434–1436.doi:10.1021/ja01634a089.
^Cardarelli, François (2008)."Titanium Diboride".Materials handbook: A concise desktop reference. m/s. 638–639.ISBN978-1-84628-668-1.Diarkibkan daripada yang asal pada 8 Januari 2017. Dicapai pada15 Aug 2022.
