1. Бор и его соединения.

Бор — бесцветное, серое или красное кристаллическое либо тёмное аморфное вещество. Известно более 10 аллотропных модификаций бора. В природе в свободном виде не встречается.

По твёрдости бор занимает второе [после алмаза] место среди всех природных веществ. Химически бор довольно инертен [особенно кристаллический]. Кислоты, не являющиеся окислителями, с бором не реагируют; концентрированная HNO₃ и царская водка окисляют его до борной кислоты Н₃ВО₃.

При сплавлении со щелочами на воздухе либо при взаимодействии с расплавленным Na₂O₂ или смесью KNO₃ и Na₂CO₃ бор образует бораты.

С F₂, Cl₂, Br₂, I₂ бор образует тригалогениды BHal₃ — бесцветные, дымящие на воздухе летучие соединения, которые легко гидролизуются водой, склонны к образованию комплексных соединений типа H[BHal₄].

Бор взаимодействует элементами IV, V и VI групп, главных подгрупп с образованием соответствующих соединений; при взаимодействии с кремнием выше 1000С — образуются силициды B₆Si, B₃Si и B₁₂Si — не разлагаемые водой огнеупоры для защиты ядерных реакторов.

С большинством металлов при высоких температурах бор образует бориды. Один металл может образовывать несколько боридов разного состава: М₃В, М₂В, М₃В₂, МВ, М₃В₄, МВ₄, МВ₆, МВ₁₂ и др. Бориды устойчивы к действию воды [кроме низших боридов Ве и Mg], соляной, фтористоводородной и карбоновых кислот, но легко разлагаются HNO₃ и H₂SO₄ при нагревании. При окислении на воздухе образуют оксиды металла и бора.

С Н₂ бор непосредственно не взаимодействует, бороводороды [бораны] получают косвенным путём. Бораны [бороводороды, гидриды бора] — соединения общей формулы B_nH_m, где n находится в пределах от 2 до 20, а m обычно равно n+4 или n+6.

Для молекул боранов характерен дефицит электронов, высокие координационные числа атома В [до 7], наличие мостиковых [трёхцентровых] связей В—Н—В, существование кластерных группировок из соединённых друг с другом атомов В. Атомы бора в молекулах объединены в полиэдрические группировки — фрагменты икосаэдра [В₁₂] или октаэдра [В₆].

Напрмер: в молекуле В₄Н₁₀ шесть двухцентровых связей В—Н, четыре трёхцентровые В—Н—В, образующимися в результате перекрывания sp³-гибридных орбиталей двух атомов В и s-орбитали атома Н и одна двухцентровая В—В. Молекулы В₅Н₉ и В₁₀Н₁₄, помимо связей описанных типов, содержат трёхцентровые связи В—В—В.

Бораны бесцветны, обладают резким неприятным запахом и высоко токсичны (вызывают головную боль и рвоту). С водой образуют Н₃ВО₃ и Н₂, со спиртами — алкилбораты и Н₂.

В₂Н₆ + 6Н₂О → 2Н₃ВО₃ + 6Н₂

Бораны весьма склонны к образованию соединений, содержащих анионы [BH₄]^–, [B₃H₈]^– и др. Бораны с гидридами металлов дают комплексные гидриды [борогидриды, гидридобораты], например: В₂Н₆ + 2LiH  2Li[BH₄]

Характерная реакция боранов — расщепление связи В—Н—В:

2В₄Н₁₀ + 2R₂O  2В₃Н₇·OR₂ + В₂Н₆

На воздухе бор сгорает при 700С, образуя борный ангидрид В₂О₃ — аморфную, бесцветную стекловидную гигроскопичную массу горького вкуса.

Бора оксид В₂О₃ имеет кислотный характер и растворяется в воде с образованием ортоборной кислоты:

В₂О₃ + 3Н₂О  2Н₃ВО₃ – 10 кДж

Ортоборная кислота Н₃ВО₃ — белое кристаллическое вещество, относится к очень слабым кислотам [Kа_I = 7,3·10^–10 ммоль/л].

В отличие от других кислот, её протолитические свойства связаны не с отщеплением протонов, а с присоединением ионов ОН^–:

Н₃ВО₃ + Н₂О  [B(OH)₄]^– + Н⁺

Ортоборная кислота при нагревании легко теряет воду и превращается в метаборную кислоту HBO₂, затем в тетраборную кислоту Н₂В₄О₇ и, наконец, в оксид В₂О₃.

При нейтрализации Н₃ВО₃ щелочью образуются комплексные анионы, например:

Н₃ВО₃ + ОН^–  [B(OH)₄]^–

При избытке щелочи получаются полибораты, выделяющиеся из растворов в виде кристаллогидратов, например:

4Н₃ВО₃ + 2NaOH + 3Н₂О  Na₂B₄O₇ ∙ 10H₂O

Ортобораты даже щелочных металлов не образуются, так как кислота Н₃ВО₃ очень слабая и её соли подвергаются гидролизу.

В водном растворе с многоатомными спиртами и полифенолами борная кислота реагирует по схеме [биологически важная реакция]:

Борная кислота — слабая кислота: Kа₁ = 7,3 ∙ 10^–10; Kа₂ = 4 ∙ 10^–13; Kа₃ = 4 ∙ 10^–14.

В водных растворах предполагается существование полиборных кислот общей формулы H_3m–2nB_mO_3m–n.

Бораты неорганические [оксобораты] — соли борных кислот: метаборной НВО₂, ортоборной Н₃ВО₃ и не выделенных в свободном состоянии полиборных кислот.

Структуры боратов включают борокислородные группировки — «блоки», содержащие от 1 до 6, а иногда и 9 атомов бора. Координационное число атомов бора 3 [борокислородные треугольные группировки] или 4 [тетраэдрические группировки].

Со спиртами [метиловым, этиловым и др.] в присутствии концентрированной H₂SO₄ борная кислота образует эфиры.

Основным методом определения бора является отгонка борнометилового эфира В(OCH₃)₃ из кислых растворов. Бор можно также отогнать в виде фторида. Качественно бор открывают по буро-красному окрашиванию куркумовой бумаги, а также по зелёному окрашиванию пламени при сгорании В(OCH₃)₃.

Гравиметрически бор определяют по реакции борнометилового эфира с гашёной известью. Титриметрически — в виде маннито-борной кислоты [борная кислота не может быть оттитрована обычным методом из-за низкой константы диссоциации, поэтому её титруют в присутствии многоатомных спиртов — глицерина или маннита, образующих комплекс с Н₃ВО₃, усиливающий кислотные свойства].