Исторические сведения. 
Бор и его соединения

" Нужно очень много знать, чтобы понять, как мало мы знаем". Вся история элемента № 5 — бора может служить подтверждением этого не слишком нового тезиса.

Было время, когда казалось, что об этом элементе известно все, что необходимо, хотя в действительности знали очень немного. А большего не требовалось: для промышленности бор не представлял интереса…

Лишь в последние десятилетия бор стал элементом первостепенной важности: и сам элемент № 5, и многие его соединения понадобились атомной и ракетной технике, металлургии, металлообработке, химической промышленности и многим другим отраслям. Сейчас бором и его соединениями занимаются в десятках научных лабораторий (и вряд ли этот интерес временный), а он задает одну загадку за другой.

С одним из соединений бора человечество знакомо более тысячи лет. Это бура — натриевая соль тетраборной кислоты Nа2В4О7· 10Н2О. Известно, что еще в восьмисотых годах нашей эры (не 1800-х, а просто 800-х) это белое кристаллическое вещество применяли в качестве плавня. Бурой пользовались алхимики; как и сама алхимия, бура пришла в Европу с востока, от арабов. Известно, что много веков назад словом «борак» арабы обозначали многие соли и другие кристаллические вещества белого цвета. По мере того, как прояснялась химическая природа веществ, понятие «борак» становилось все уже, и в конце концов его стали употреблять применительно только к одному веществу — буре. От арабского «борак» происходит латинское название буры — borах.

Несколько меньше «трудовой стаж» другого распространенного природного соединения бора — борной кислоты. В природе ее обнаружили в 1777 году, а получать из буры научились на 75 лет раньше. Самые старые соединения элемента № 5 и сейчас используются довольно широко: в медицине, в производстве эмалей, как сырье для получения других соединений бора. Конечно, не бура и не Н3ВО3 определяют нынешний интерес науки и техники к бору, но эти вещества заслуживают почтительного отношения за свою многолетнюю службу человечеству. И открывали бор именно как неизвестный компонент этих известных веществ. И бором-то его назвали в честь буры. Интересно, что у нас в начале прошлого века (1810−1815 годы) этот элемент называли на русский манер бурием и буротвором. Лишь в 1815 году известный химик В. М. Севергин ввел в русскую научную литературу нынешнее имя элемента № 5.

Бор открыт в 1808 году. Два известных французских ученых Жозеф Гей-Люссак и Луи Тенар «отняли» воду у борной кислоты и на полученный окисел подействовали металлическим калием. Новое вещество совершенно не походило на исходные продукты, химизм процесса казался очевидным: кислота -(прокаливание)-> ангидрид -(восстановление)-> элемент И с полным на то основанием Гей-Люссак и Тенар объявили об открытии нового элемента.

Спустя несколько месяцев бор открыли вторично. Английский химик Гемфри Дэви получил его при электролизе расплавленного борного ангидрида.

На этом, казалось бы, можно закончить рассказ об истории элемента № 5, но одно обстоятельство не позволяет сделать это — сопоставление характеристик элементарного бора, полученных его первооткрывателями и современной наукой: величины настолько разные, что кажется, будто речь идет о разных, и притом не очень похожих, веществах…

В рассуждениях великих химиков прошлого века все абсолютно правильно, и тем не менее открытое ими вещество никак не назовешь элементарным бором. Из-за большого сродства бора ко многим элементам, и прежде всего к кислороду, продукт, полученный Гей-Люссаком и Тенаром, не мог содержать больше 60−70% бора. То же самое и у Дэви. Это доказал Анри Муассан — выдающийся французский химик второй половины XIX века. Он же в 1892 году предложил магниетермический способ получения бора по реакции:

В2О3 + 3Mg = 3MgО + 2 В + 127 ккал.

Коричневый порошок, остававшийся после удаления окиси магния, Муассан считал элементарным бором. Но оказалось, что и этот бор — далеко не элементарный: бора в нем не больше 90%. Немецкий ученый-металлург В. Кролль усовершенствовал способ Муассана, но и он не смог поднять чистоту конечного продукта выше 93−94%.

…Помимо всего прочего, бор знаменит еще и тем, что портил нервы многим выдающимся химикам. В 1858 году Ф. Велер и А. Сент-Клер Девиль установили, что этот элемент существует в двух модификациях: кристаллической — алмазоподобной и аморфной — похожей на графит. Это положение быстро стало общепризнанным, вошло в монографии и учебники.

Но в 1876 году немецкий химик В. Гампе опубликовал статью, в которой утверждал, будто алмазоподобный бор, полученный тем же способом, что у Велера и Сент-Клер Девиля, — это не элементарный бор, а борид алюминия состава АlВ12. Через семь лет та же участь постигла графитоподобный бор. Его формулу — В48С2Аl — установил француз К. Жоли.

Результаты работ Гампе и Жоли, естественно, вызвали сомнения коллег. И дело здесь не только в авторитете Велера и Сент-Клер Девиля — выдающихся ученых и отличных экспериментаторов. Формулы, полученные Гампе и Жоли, «не лезли ни в какие ворота» (если воротами считать классические теории валентности и химической связи).

Тогда еще не знали, что атомы бора способны к образованию не только ионных, но и ковалентных связей; что они могут соединяться между собой в цепочки, каркасы, сетки; что при образовании боридов (соединений бора с металлами) происходит как бы «наложение» нескольких типов химической связи. Зная о сродстве бора к кислороду, углероду, алюминию, в то время не догадывались, насколько велико это сродство.

В 1908 году американский исследователь Э. Вейнтрауб подтвердил странную формулу кристаллического бора — АlВ12. А на следующий год, восстановив хлорид бора водородом в электрической дуге, Вейнтрауб первым получил бор 99%-ной чистоты.

Тем не менее, и сегодня ответы на вопрос о свойствах и «внешности» бора достаточно противоречивы. Например, в «Краткой химической энциклопедии» (том I, стр. 451) говорится, что кристаллический бор — порошок серовато-черного цвета, а в другой энциклопедии химических знаний — трехтомных «Основах общей химии» Б. В. Некрасова описан бор «в виде темно-бурого порошка» и, кроме того, сказано, что «очень чистый бор бесцветен» .

Где же истина? Как ни странно, и там и там. На свойства элемента влияют — и очень сильно — даже десятые и сотые доли процента примесей. «Элементарный» бор получают несколькими способами — крекингом бороводородов, восстановлением на раскаленной танталовой нити и в электрической дуге; но ни в одном случае не удается преодолеть высокое сродство бора к другим элементам, ни в одном случае не удается избежать «посторонних включений». До сих пор не получен бор чистотой больше трех девяток — 99,9%. Поэтому-то из одной авторитетной книги узнаем, что температура плавления элементарного бора — 2075° С, а из другой (не менее авторитетной) — 2300°. То же самое — с температурой кипения: в одном справочнике находим ее равной 2550° С, а в другом — 3860°. По-разному отвечают ученые и на вопрос, сколько же в действительности существует модификаций элементарного бора: одна, две. много…

Все это, однако, не помешало бору и многим его соединениям войти в число важнейших материалов современной техники. Это произошло благодаря уникальному сочетанию полезных свойств элемента № 5.