مقدمة
البورون عنصر كيميائي له الرمز B والعدد الذري 5. وهو عنصر شبه فلزي يوجد في الطبيعة في صورة مركبات، وليس في صورة حرة. يتميز البورون بعدة خصائص فريدة تجعله عنصراً مهماً في العديد من الصناعات والتطبيقات.
اكتشاف البورون
على الرغم من أن مركبات البورون كانت معروفة منذ آلاف السنين، إلا أن اكتشاف البورون كعنصر منفصل يعود إلى أوائل القرن التاسع عشر. في عام 1808، تمكن كل من الكيميائيين الفرنسيين جوزيف لويس غي-لوساك ولويس جاك تينار بشكل مستقل عن الكيميائي الإنجليزي السير همفري ديفي من عزل البورون غير النقي عن طريق تفاعل حمض البوريك مع البوتاسيوم. أطلق غي-لوساك وتينار على العنصر اسم “bore”، بينما اقترح ديفي اسم “boracium”. تم اعتماد اسم “boron” لاحقاً.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبورون
الخصائص الفيزيائية:
- الحالة: يوجد البورون في حالتين رئيسيتين: البورون المتبلور والبورون غير المتبلور. البورون المتبلور مادة صلبة سوداء لامعة وهشة، بينما البورون غير المتبلور مسحوق بني اللون.
- الكثافة: تبلغ كثافة البورون المتبلور حوالي 2.34 جرام/سم³.
- نقطة الانصهار: تبلغ نقطة انصهار البورون حوالي 2076 درجة مئوية.
- نقطة الغليان: تبلغ نقطة غليان البورون حوالي 4000 درجة مئوية.
- الصلابة: يعتبر البورون من المواد الصلبة جداً، حيث تبلغ صلادته على مقياس موس حوالي 9.3.
- التوصيل الكهربائي: البورون شبه موصل للكهرباء، أي أنه يوصل الكهرباء بشكل أضعف من الفلزات وأفضل من اللافلزات.
الخصائص الكيميائية:
- التفاعل: البورون عنصر نشط كيميائياً، ويتفاعل مع العديد من العناصر والمركبات الأخرى.
- التأكسد: يتأكسد البورون في الهواء عند درجات حرارة عالية ليعطي أكسيد البورون (B₂O₃).
- التفاعل مع الأحماض والقواعد: يتفاعل البورون مع الأحماض المؤكسدة القوية والقواعد القوية.
- المركبات: يشكل البورون العديد من المركبات الهامة، مثل حمض البوريك والبورق (بورات الصوديوم).
تواجد البورون في الطبيعة
لا يوجد البورون في الطبيعة في صورة حرة، بل يوجد في صورة مركبات، وأهمها:
- البورق (بورات الصوديوم): يوجد البورق في رواسب بحيرات الملح الجافة وفي بعض الصخور الرسوبية.
- الكيرنيت: هو معدن آخر من معادن بورات الصوديوم المائية.
- الكوليمانيت: هو معدن بورات الكالسيوم.
- الأوردوفيت: هو معدن بورات الكالسيوم المائية.
توجد رواسب كبيرة من مركبات البورون في تركيا والولايات المتحدة وروسيا والأرجنتين وتشيلي.
استخدامات البورون
يستخدم البورون ومركباته في العديد من الصناعات والتطبيقات، ومن أهمها:
- صناعة الزجاج والسيراميك: يستخدم أكسيد البورون (B₂O₃) في صناعة الزجاج البوروسيليكاتي، الذي يتميز بمقاومته العالية للحرارة والصدمات الحرارية. كما يستخدم البورون في صناعة السيراميك لتحسين خصائصه الميكانيكية والحرارية.
- المنظفات والمطهرات: يستخدم البورق (بورات الصوديوم) في صناعة المنظفات والمطهرات، حيث يساعد على تليين الماء وإزالة البقع.
- المبيدات الحشرية: تستخدم بعض مركبات البورون كمبيدات حشرية للسيطرة على الآفات الزراعية.
- الطب: يستخدم حمض البوريك كمطهر خفيف للعين والأذن. كما تستخدم بعض مركبات البورون في علاج التهاب المفاصل وهشاشة العظام.
- الطاقة النووية: يستخدم البورون-10 كممتص للنيوترونات في المفاعلات النووية للتحكم في التفاعل النووي المتسلسل.
- صناعة السبائك: يستخدم البورون في صناعة بعض السبائك لتحسين قوتها وصلابتها.
- أشباه الموصلات: يستخدم البورون كشائب في صناعة أشباه الموصلات، مثل السيليكون والجرمانيوم، لتغيير خصائصها الكهربائية.
- الألعاب النارية: تستخدم بعض مركبات البورون في الألعاب النارية لإضفاء لون أخضر.
- الوقود الدافع للصواريخ: تستخدم بعض مركبات البورون كوقود دافع للصواريخ نظراً لطاقتها العالية.
- الأسمدة: يستخدم البورون في الأسمدة الزراعية بكميات صغيرة، حيث يعتبر عنصراً أساسياً لنمو النبات.
نظائر البورون
يوجد للبورون نظيران مستقران: البورون-10 (¹⁰B) والبورون-11 (¹¹B). البورون-11 هو الأكثر وفرة في الطبيعة، حيث يشكل حوالي 80.1% من البورون الطبيعي، بينما يشكل البورون-10 حوالي 19.9%.
للبورون أيضاً عدد من النظائر المشعة، ولكنها غير مستقرة وتتحلل بسرعة.
الآثار الصحية للبورون
يعتبر البورون عنصراً أساسياً لصحة الإنسان والحيوان، ولكن بكميات صغيرة. يلعب البورون دوراً هاماً في:
- نمو العظام: يساعد البورون على تنظيم استقلاب الكالسيوم والمغنيسيوم، وهما ضروريان لنمو العظام والحفاظ عليها.
- وظائف الدماغ: تشير بعض الدراسات إلى أن البورون قد يحسن وظائف الدماغ، مثل الذاكرة والانتباه.
- صحة المفاصل: قد يساعد البورون في تخفيف أعراض التهاب المفاصل.
- إنتاج الهرمونات: قد يؤثر البورون على إنتاج بعض الهرمونات، مثل هرمون الاستروجين والتستوستيرون.
مصادر البورون الغذائية:
يمكن الحصول على البورون من مصادر غذائية مختلفة، مثل:
- الفواكه والخضروات: التفاح والكمثرى والعنب والبروكلي والسبانخ.
- المكسرات والبذور: اللوز والفول السوداني وبذور عباد الشمس.
- البقوليات: الفاصوليا والعدس.
- الحبوب الكاملة: الأرز البني والشوفان.
الجرعات الزائدة من البورون:
على الرغم من أن البورون ضروري بكميات صغيرة، إلا أن تناول جرعات كبيرة منه قد يسبب بعض الآثار الجانبية، مثل:
- الغثيان والقيء.
- الإسهال.
- الصداع.
- الطفح الجلدي.
- تلف الكلى (في حالات نادرة).
احتياطات السلامة عند التعامل مع البورون
عند التعامل مع البورون ومركباته، يجب اتخاذ بعض الاحتياطات لضمان السلامة، مثل:
- ارتداء القفازات والنظارات الواقية: لحماية الجلد والعينين من التلامس المباشر مع البورون ومركباته.
- العمل في منطقة جيدة التهوية: لتجنب استنشاق غبار البورون أو أبخرة مركباته.
- تخزين البورون ومركباته في مكان بارد وجاف: بعيداً عن مصادر الحرارة والرطوبة.
- التخلص من النفايات المحتوية على البورون بشكل صحيح: وفقاً للوائح المحلية.
خاتمة
البورون عنصر كيميائي مهم ذو خصائص فريدة واستخدامات متنوعة. يدخل البورون ومركباته في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة الزجاج والسيراميك والمنظفات والمبيدات الحشرية. كما يلعب البورون دوراً هاماً في صحة الإنسان والحيوان. على الرغم من فوائد البورون، يجب التعامل معه بحذر واتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب الآثار الجانبية المحتملة.