Борон: қасиеттері, қолданылуы және табиғатта таралуы

Бор – 5 атомдық нөмірі бар химиялық элемент. Қасиеттері, қосылыстары (бор қышқылы, натрий бораты), және ғарыштық сәулелермен пайда болуы туралы ақпарат.

27 мин оқу

100%

Дереккөз: Boron — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Химиялық элемент
химиялық элемент

Борон – химиялық элемент; оның символы – B, атомдық нөмірі – 5. Кристалл түрінде ол жұмсақ, қара, жылтыр металлоид; аморфты түрінде – қоңыр ұнтақ. Борон тобының ең жеңіл элементі ретінде ковалентті байланыстарды қалыптастыру үшін үш валентті электроны бар, нәтижесінде бор қышқылы, минералды натрий бораты және бор карбиді мен бор нитридінің өте қатты кристалдары сияқты көптеген қосылыстар пайда болады. Борон ғарыштық сәулелер мен суперновалар арқылы толығымен синтезделеді, жұлдыздық нуклеосинтез арқылы емес, сондықтан ол Күн жүйесінде және Жер қыртысында сирек кездеседі. Ол Жер қыртысының салмағының 0,001 пайызын құрайды. Ол Жерде оның табиғи түрде кездесетін, кең таралған қосылыстары – борат минералдарының судағы ерігіштігі арқылы шоғырланған. Бұлар борак және кернит сияқты булану арқылы өндірілетін минералдар ретінде өнеркәсіптік өндірісте алынады. Ең ірі белгілі кен орындары бор минералдарын өндіруші Түркияда орналасқан. Таза борон – метеориттерде аз мөлшерде кездесетін металлоид, бірақ химиялық байланыссыз борон Жер бетінде табиғи түрде табылмайды. Өнеркәсіпте өте таза элементті көміртек немесе басқа элементтермен ластанудан тазарту қиын. Бірнеше аллотроптық түрлері бар: аморфты борон – қоңыр ұнтақ; кристалды борон – күміс түсті қара, өте қатты (Моос шкаласы бойынша шамамен 9,5) және бөлме температурасында нашар электр өткізгіш. Элементтің негізгі қолданылуы – жоғары беріктік материалдарында көміртек талшықтарына ұқсас қолданылатын борон жіптері. Борон негізінен химиялық қосылыстарда қолданылады. Әлемде өндірілгеннің жартысына жуығы жылу оқшаулағыш және құрылыс материалдары үшін шыны талшықтарына қосылатын қоспа ретінде қолданылады. Келесі маңызды қолданылуы – жоғары беріктік, жеңіл құрылымдық және жылуға төзімді материалдардағы полимерлер мен керамикада. Боросиликатты шыны, қарапайым содалы әйнекке қарағанда күштірек және жылулық соққыға төзімдірек. Натрий пербораты ретінде ағарту үшін қолданылады. Аз мөлшерде жартылай өткізгіштерде допант ретінде және органикалық химиялық заттарды синтездеуде реагент ретінде қолданылады. Бор құрамындағы органикалық дәрілік заттар қолданылады немесе зерттелуде. Табиғи борон екі тұрақты изотоптан тұрады, олардың бірі (борон-10) нейтрондарды сіңіретін зат ретінде қолданылады. Боронның биологиямен байланысы өте шамалы. Оның сүтқоректілер үшін қажеттілігі туралы бір пікірге келмейді. Бораттар сүтқоректілерде аз улы (ас тұзына ұқсас), бірақ буынтымааяқтар үшін улырақ және кейде инсектицид ретінде қолданылады. Бор құрамындағы органикалық антибиотиктер белгілі. Ол өсімдіктерге қажетті қоректік элемент, бірақ тек аз мөлшерде ғана.

Boron is a chemical element; it has symbol B and atomic number 5. In its crystalline form it is a brittle, dark, lustrous metalloid; in its amorphous form it is a brown powder. As the lightest element of the boron group it has three valence electrons for forming covalent bonds, resulting in many compounds such as boric acid, the mineral sodium borate, and the ultra hard crystals of boron carbide and boron nitride. Boron is synthesized entirely by cosmic ray spallation and supernovae and not by stellar nucleosynthesis, so it is a low abundance element in the Solar System and in the Earth's crust. It constitutes about 0.001 percent by weight of Earth's crust. It is concentrated on Earth by the water solubility of its more common naturally occurring compounds, the borate minerals. These are mined industrially as evaporites, such as borax and kernite. The largest known deposits are in Turkey, the largest producer of boron minerals. Elemental boron is a metalloid that is found in small amounts in meteoroids, but chemically uncombined boron is not otherwise found naturally on Earth. Industrially, the very pure element is produced with difficulty because of contamination by carbon or other elements that resist removal. Several allotropes exist: amorphous boron is a brown powder; crystalline boron is silvery to black, extremely hard (about 9.5 on the Mohs scale), and a poor electrical conductor at room temperature. The primary use of the element itself is as boron filaments with applications similar to carbon fibers in some high strength materials. Boron is primarily used in chemical compounds. About half of all production consumed globally is an additive in fiberglass for insulation and structural materials. The next leading use is in polymers and ceramics in high strength, lightweight structural and heat resistant materials. Borosilicate glass is desired for its greater strength and thermal shock resistance than ordinary soda lime glass. As sodium perborate, it is used as a bleach. A small amount is used as a dopant in semiconductors, and reagent intermediates in the synthesis of organic fine chemicals. A few boron containing organic pharmaceuticals are used or are in study. Natural boron is composed of two stable isotopes, one of which (boron 10) has a number of uses as a neutron capturing agent. The intersection of boron with biology is very small. Consensus on it as essential for mammalian life is lacking. Borates have low toxicity in mammals (similar to table salt) but are more toxic to arthropods and are occasionally used as insecticides. Boron containing organic antibiotics are known. Although only traces are required, it is an essential plant nutrient.

Тарих

Борон сөзі борактан шығарылған, ол оқшауланған минерал. Химиялық қасиеттері бойынша боронға ұқсас көміртек сияқты, одан сәйкестік бойынша аталған. Борак минералдық түрінде (сол кезде қалайы деп аталған) алғаш рет 300 жыл шамасында Қытайда глазурь ретінде қолданыла бастады. Шикі борактың бір бөлігі батысқа қарай саяхат етті және шамамен 700 жылы алхимик Джабир ибн Хайян оны атады. Марко Поло 13 ғасырда Италияға бірнеше глазурь әкелді. Георгиус Агрикола шамамен 1600 жылы борактың металлургияда ағын ретінде қолданылғанын хабарлады. 1777 жылы Италияның Флоренциясының жанындағы ыстық су бұлақтарында (соффиони) борик қышқылы табылды, сол кезде ол «sal sedativum» деп аталды және медициналық пайдасы бар деп есептелді. Минерал Италиядағы Сассо Пизаноның құрметіне сассолит деп аталды. Сассо 1827 жылдан 1872 жылға дейін Еуропалық борактың негізгі көзі болды, содан кейін оны американдық көздер алмастырды. Борон қосылыстары 1800 жылдардың соңына дейін, Франсис Марион Смиттың Тынық мұхиты жағалауындағы Борак компаниясы оларды алғаш рет танымал етіп, төмен бағада көптеп өндіргенге дейін сирек қолданылды. Борон 1824 жылы сэр Хамфри Дэви және Йонс Якоб Берзелиус оны элемент ретінде анықтағанға дейін элемент ретінде танылмады. Таза боронды алғаш рет 1909 жылы американдық химик Езекиел Вайнтрауб жасады.

Элементарлық борды зертханада дайындау

Элементарлық борға қол жеткізудің алғашқы жолдары борик оксидін магний немесе алюминий сияқты металдармен тотығу арқылы қышқылдануға байланысты. Дегенмен, алынған өнім көбінесе осы металдардың боридтерімен ластанады. Таза борды жоғары температурадағы көшкін борон галогенидтерін сутегімен тотығу арқылы алуға болады. Жартылай өткізгіш өнеркәсібінде қолданылатын аса таза борды диборанды жоғары температурада ыдырату арқылы, содан кейін аймақтық балқыту немесе Цохральски әдістерімен тазарту арқылы өндіреді. Борон қосылыстарын өндіру элементтік бордың түзілуін қажет етпейді, бірақ бораттардың қолжетімділігін пайдаланады.

Аллотроптар

Боронның тұрақты ковалентті байланыстағы молекулалық желілерді құру қабілеті көміртекке ұқсас. Тіпті номиналды ретсіз (аморфты) борда да тұрақты борон икосаэдрлары бар, олар бір-бірімен ұзақ аралық реті жоқ, кездейсоқ байланысады. Кристалдық борон – өте қатты, қара түсті материал, балқу температурасы 2000°C-тан жоғары. Ол төрт негізгі аллотропты құрайды: α ромбоэдрлі және β ромбоэдрлі (α R және β R), γ орторомбты (γ) және β тетрагональды (β T). Төрт фазаның барлығы да нормаль жағдайларда тұрақты, ал β ромбоэдрлі фаза ең көп таралған және тұрақты болып табылады. α тетрагональдық фаза да бар (α T), бірақ оны маңызды ластанусыз өндіру өте қиын. Фазалардың көпшілігі B12 икосаэдрларына негізделген, бірақ γ фазасын икосаэдрлар мен B2 атомдық жұптарының тас тұзы тәрізді орналасуы ретінде сипаттауға болады. Ол басқа борон фазаларын 12–20 ГПа-ға дейін қысып, 1500–1800°C-қа дейін қыздыру арқылы өндірілуі мүмкін; температура мен қысымды босатудан кейін тұрақты болып қалады. β T фазасы ұқсас қысымда, бірақ 1800–2200°C жоғары температурада пайда болады. α T және β T фазалары нормаль жағдайларда бірге болуы мүмкін, мұнда β T фазасы тұрақтырақ. Борды 160 ГПа-дан жоғары қысылғанда әлі құрылымы белгісіз борон фазасы пайда болады, және бұл фаза 6–12 K-ден төмен температурада суперөткізгіш болып табылады. Боросферлер (B40 молекулалары сияқты фуллерендер) және борофен (графен сияқты құрылым) 2014 жылы сипатталды.

Борон фазасы | α R | β R | γ | β T
---|---|---|---|---
Симметрия | Ромбоэдрлі | Ромбоэдрлі | Орторомбтық | Тетрагональды
Атомдар/бірлік жасуша | 2.46 | 2.35 | 2.52 | 2.36
Викерс қаттылығы (GPa) | 185 | 224 | 227
Энергиялық аралық (eV) | 2 | 1.6 | 2.1 | -

Химиялық қосылыстар

Ең көп таралған қосылыстарда бордың формальды тотығу дәрежесі III болады. Осыларға оксидтер, бораттар, сульфидтер, нитридтер және галоидтар кіреді.

Боран

Боран – борон мен сутегінің химиялық қосылыстары, жалпы формуласы BxHy. Бұл қосылыстар табиғатта кездеспейді. Көптеген борандар ауамен жанасқанда оңай тотығады, кейбіреулері жарылысқа ұшырайды. BH3 бастапқы мүшесі боран деп аталады, бірақ ол тек газ күйінде ғана белгілі және диборан, B2H6 құрамына димеризацияланады. Ірі борандардың барлығы полиэдрлі борон кластерлерінен тұрады, олардың кейбіреулері изомерлер түрінде кездеседі. Мысалы, B20H26 изомерлері 10 атомдық екі кластердің бірігуіне негізделген. Ең маңызды борандар – диборан B2H6 және оның екі пиролиз өнімдері, пентаборан B5H9 және декаборан B10H14. Көптеген аниондық бор гидридтері белгілі, мысалы [B12H12]2−. Борандардағы формальды тотығу саны оң болып табылады және активті металл гидридтеріндегідей сутек -1 ретінде есептеледі деген ережеге негізделген. Бордың орташа тотығу саны молекуладағы сутегі мен бордың қатынасына тең. Мысалы, диборан B2H6 үшін бордың тотығу күйі +3, ал декаборан B10H14 үшін 7/5 немесе +1.4 құрайды. Бұл қосылыстарда бордың тотығу күйі көбінесе толық сан болып келмейді.

Борон нитридтері

Борон нитридтері әртүрлі құрылымдарымен ерекшеленеді. Олар көміртегінің әртүрлі аллотроптарына ұқсас құрылымдар көрсетеді, соның ішінде графитке, алмазға және нанотүтіктерге. Алмазға ұқсас құрылымы, кубикалық борон нитриді (саудалық атауы Боразон) деп аталады, онда бор атомдары алмастағы көміртек атомдарының тетраэдрлік құрылымында орналасқан, бірақ әр төртінші BN байланысы координациялық ковалентті байланыс ретінде қарастырылуы мүмкін, мұнда азот атомы Льюис қышқылы болып табылатын бор(III) орталығына Льюис базасы ретінде әрекет етеді және екі электронды ұсынады. Кубикалық борон нитриді, басқа қолданыстармен қатар, абразив ретінде қолданылады, себебі оның қатаңдығы алмазға шамалас (екі материал бір-бірін сызып алуға қабілетті). Графиттің BN аналогы – гексагонды борон нитриді (h-BN) – әрбір жазықтықтағы оң зарядталған бор және теріс зарядталған азот атомдары келесі жазықтықтағы қарама-қарсы зарядталған атомдармен іргелес орналасқан. Осының салдарынан графит пен h-BN өте әртүрлі қасиеттерге ие, бірақ екеуі де майлау материалдары болып табылады, өйткені осы жазықтықтар бір-бірінің қатысында оңай жылғады. Дегенмен, h-BN жазықтықтағы электр және жылу өткізгіштігі төмен.

Органоборон химиясы

Көптеген органоборон қосылыстары белгілі және олардың көптегені органикалық синтезде пайдалы. Көптегендер диборанды, B2H6, қарапайым боран химиялық затын немесе карбоборацияны қолдана отырып гидроборация арқылы өндіріледі. Органоборон(III) қосылыстары әдетте тетраэдрлік немесе тригональды жазықтық болып келеді, мысалы, тетрафенилборат, [B(C6H5)4]−, трифенилбораннан, B(C6H5)3, өзгеше. Дегенмен, бір-бірімен әрекеттесетін бірнеше борон атомдары толығымен борон атомдарынан немесе әртүрлі сандағы көміртек гетероатомдарынан тұратын жаңа додекаэдрлік (12 қырлы) және икосаэдрлік (20 қырлы) құрылымдарды қалыптастыруға бейім. Органоборон химиялық заттары бор карбиді (төменде қараңыз) сияқты алуан түрлі қолданыстарда пайдаланылады, ол бор-көміртек кластерлерінің аниондары мен катиондарынан тұратын күрделі, өте қатты керамикалық материал, сондай-ақ карборандар, көміртек-бор кластерлік химия қосылыстары, оларды галогендеу арқылы карборан қышқылы сияқты суперқышқылдарды қоса алғанда, реакцияға қабілетті құрылымдар жасауға болады. Мысалы, карборандар қатерлі ісікке арналған бор нейтронды тұтқындау терапиясы үшін борлы қосылыстарды синтездеу мақсатында басқа биохимиялық заттарға қосылатын пайдалы молекулалық фрагменттерді құрайды.

B (I) және B (II) қосылыстары

Борон гидридтері кластерлерінің болжағандай, борон үштен кем формальды тотығу күйіне ие тұрақты қосылыстардың әртүрлі түрлерін құрайды. B2F4 және B4Cl4 жақсы сипатталған. Металл бордың екілік қосылыстары, металл боридтері, борды теріс тотығу күйінде қамтиды. Мысал ретінде магний дибориді (MgB2) келтіріледі. Әрбір бор атомының формальды заряды -1, ал магнийге +2 формальды заряд тағайындалады. Бұл материалда бор орталықтары үшбұрышты жазықтықта орналасқан, әрбір бор үшін қосымша қос байланыспен, графиттегі көміртекке ұқсас қабаттарды құрайды. Дегенмен, ковалентті атомдар жазықтығында электрондары жоқ гексагональды бор нитридінен айырмашылығы, магний диборидіндегі де локализацияланған электрондар оған изоэлектронды графитке ұқсас электр тогын өткізеді. 2001 жылы бұл материалдың жоғары температурадағы суперөткізгіш екені анықталды. Бұл қазіргі таңда белсенді түрде дамытылып жатқан суперөткізгіш. CERN-де MgB2 кабельдерін жасау жобасы, өте жоғары ток таратуға арналған, мысалы, Үлкен адрондық коллайдердің жоғары жарықты нұсқасында қолданылатын 20,000 амперге дейін ток өткізе алатын суперөткізгіш сынақ кабельдерін жасады. Кейбір басқа металл боридтері кесу құралдары үшін қатты материалдар ретінде арнайы қолданыс табады. Көбінесе боридтердегі бордың бөлшектік тотығу күйі болады, мысалы, кальций гексаборидінде (CaB6) -1/3. Құрылымдық тұрғыдан қарағанда, бордың ең ерекше химиялық қосылыстары – гидридтер. Бұл топқа додекаборат, декаборан (B10H14) және C2B10H12 сияқты карборандар кіреді. Сипаттамалық тұрғыдан, мұндай қосылыстар координациялық саны төрттен жоғары борды қамтиды. Экзотикалық 17B ядролық галоны көрсетеді, яғни оның радиусы сұйық тамшы моделі болжағаннан әлдеқайда үлкен. 10B изотопы термиялық нейтрондарды ұстауға пайдалы (нейтронның қимасын қараңыз #Типикалық қималар). Ядролық өнеркәсіп табиғи борды таза 10B-ге дейін байытады. Аз құнды қосалқы өнім, таза 11B.

Коммерциялық изотоптарды байыту

Жоғары нейтрондық қимасы болғандықтан, борон-10 ядролық реакторларда бөлінуді басқару үшін нейтрондарды сіңіретін зат ретінде жиі қолданылады. Өндірістік деңгейде бірнеше байыту процестері жасалған, бірақ борон трифторидінің диметил эфирімен (DME BF3) фракцияланған вакуумдық дистилляциясы және бораттардың колонкалық хроматографиясы ғана қолданылып келеді.

Байытылған борон (борон-10)

Байытылған борон немесе 10B радиациялық қорғанысқа және қатерлі ісіктің нейтронды тұтқындау терапиясында қолданылатын негізгі нуклид ретінде пайдаланылады. Соңғысында ("борон-нейтрон тұтқындау терапиясы" немесе BNCT), 10B-ны қамтитын қосылыс, қатерлі ісік және оған жақын тіндерге таңдап сіңірілетін дәрілік препаратқа енгізіледі. Науқасқа салыстырмалы түрде төмен дозада төмен энергиялы нейтрон сәулесімен ем жасалады. Бірақ нейтрондар борон-нейтрон ядролық реакциясының нәтижесінде пайда болатын энергетикалық және аз қашықтықтағы екіншілік альфа бөлшектері мен литий-7 ауыр иондық сәулеленуді тудырады, бұл иондық сәулелену ісікті, әсіресе ісік жасушаларының ішінде қосымша бомбалайды. Ядролық реакторларда 10B реактивтілікті басқару және авариялық тоқтату жүйелері үшін қолданылады. Ол борсиликатты басқару таяқшалары немесе бор қышқылы түрінде жұмыс істей алады. Қысымды су реакторларында 10B бор қышқылы, станция отынды ауыстыру үшін тоқтатылғаннан кейін реактор салқындатқышына қосылады. Станция қайта іске қосылғанда, бор қышқылы біртіндеп бірнеше ай бойы сүзіліп алынады, өйткені бөлінетін материалдар тозып, отынның реактивтілігі төмендейді. Болашақтағы экипаждық ғарыш кемелерінде 10B теориялық тұрғыдан құрылымдық материал ретінде (борон талшықтары немесе BN нанотүтіктер материалы ретінде) қолданылуы мүмкін, сонымен қатар сәулеленуден қорғау үшін де арнайы рөл атқарады. Космикалық сәулелермен жұмыс істеудегі бір қиындық, олар негізінен жоғары энергиялы протондардан тұрады, олардың араласуынан туындайтын екіншілік сәулелердің кейбіреуі жоғары энергиялы спалляциялық нейтрондар болып табылады. Мұндай нейтрондарды полиэтилен сияқты жеңіл элементтерге бай материалдар баяулатуға болады, бірақ баяулатылған нейтрондар қорғаныста белсенді түрде сіңірілмесе, сәулелену қаупін тудырады. Термиялық нейтрондарды сіңіретін жеңіл элементтердің ішінде 6Li және 10B механикалық күш беру және сәулеленуден қорғау үшін де қолданылатын ғарыш кемелерінің құрылымдық материалдары ретінде перспективалы көрінеді.

Радиациялық қатқылданған жартылай өткізгіштер

Космикалық сәулелер ғарыш кемесінің құрылымдарына тигенде екіншілік нейтрондар тудырады. Егер осы нейтрондар ғарыш кемесінің жартылай өткізгіштерінде 10B болса, оны сіңіріп алып, гамма сәулесін, альфа бөлшегін және литий ионын шығарады. Осы нәтижеде пайда болған ыдырау өнімдері жақын жердегі жартылай өткізгіш "чип" құрылымдарын сәулелендіруі мүмкін, бұл деректердің жоғалуына (биттің ауысуына немесе жекелеген оқиғаның бұзылуына) әкеледі. Сәулеленуға төзімді жартылай өткізгіштерді жобалау кезінде қолданылатын шаралардың бірі – 11B-мен байытылған және 10B-ға дерлік жоқ кемітілген борды пайдалану. Бұл тиімді, себебі 11B сәулеленудің зиянына төтеп бере алады. Кемітілген бор – ядролық өнеркәсіптің қосалқы өнімі (жоғарыда қараңыз).

NMR спектроскопиясы

10В және 11В екі жақта да ядролық спин бар. 10B ядролық спині 3, ал 11B ядролық спині 1/2 болып табылады. Сондықтан осы изотоптар ядролық магниттік резонанс спектроскопиясында пайдалы; сонымен қатар, 11B ядроларын анықтауға арналған арнайы спектрометрлер саудада қолжетімді. 10B және 11B ядролары қосылған ядролардың резонанстарында да айырылуға себеп болады.

Пайда болуы

Борон Ғаламда және Күн жүйесінде сирек кездеседі, себебі ол Ұлы жарылыс кезінде және жұлдыздарда аз мөлшерде ғана түзіледі. Ол ғарыштық сәулелердің ядролық синтезінде шамалы көлемде пайда болады және ғарыштық шаң мен метеориттік материалдарда қосылмаған күйінде табылуы мүмкін. Жердегі жоғары оттегілі ортада борон әрқашан толығымен тотығып, бораттарға айналады. Борон Жер бетінде таза элемент түрінде кездеспейді. Айдың реголитінде элементтік бордың өте аз іздері анықталған. Борон Жер қыртысында салыстырмалы түрде сирек элемент болып табылады, қыртыстың жалпы массасының тек 0,001% құрайды, бірақ судың әсерінен жоғары концентрациялануы мүмкін, себебі көптеген бораттар суда ериді. Ол табиғатта борак және бор қышқылы сияқты қосылыстарда кездеседі (кейде жанартау бұлақтарының суларында кездеседі). Шамамен жүзге жуық борат минералдары белгілі. 2017 жылдың 5 қыркүйегінде ғалымдар Curiosity марсоходының Марс планетасында Жердегі тіршілікке қажетті боронды тапқанын хабарлады. Бұл жаңалық, бұрынғы Марста су болуы мүмкін деген жаңалықтармен бірге, Марстағы Гейл кратерінің ертеде тіршілікке жарамды болуы мүмкін деген пікірді нығайтады.

Өндіріс

Боронның экономикалық маңызды көздері – колеманит, разорит (кернит), улексит және тинкал минералдары. Олардың біріктірілген үлесі борлы кеннің 90% құрайды. Әлемдегі ең ірі боракс кен орындары, олардың көпшілігі әлі игерілмеген, Орталық және Батыс Түркияда, Эскишехир, Күтахия және Балыкесир облыстарында орналасқан. Әлемдік дәлелденген борон минералдық кен қоры бір миллиард тоннадан аспайды, ал жылдық өндіріс шамамен төрт миллион тоннаны құрайды. Түркия және АҚШ борон өнімдерін өндіруші ең ірі елдер болып табылады. Түркия, «Эти Маден İşletmeleri» мемлекеттік кен өндіру және химия компаниясы арқылы, әлемдік жылдық сұраныстың шамамен жартысын қамтамасыз етеді. Бұл компания Түркияда борат минералдарының кенін өндірудегі мемлекеттік монополияға ие және әлемдегі белгілі кен орындарының 72% -сі оған тиесілі. 2012 жылы ол өзінің негізгі бәсекелесі «Rio Tinto Group» алдында, әлемдік борат минералдары өндірісінің 47% үлесіне ие болды. Әлемдік борон өндірісінің шамамен төрттен бірі (23%) Калифорния штатындағы Борон қаласының жанындағы «Rio Tinto Borax Mine» (сонымен қатар «U.S. Borax Boron Mine» деп те аталады) шахтасынан шығарылады.

Нарықтық даму

Кристалл элементтік бордың орташа құны 5 АҚШ доллары/г құрайды. Элементарлық борон негізінен борон талшықтарын жасау үшін қолданылады, онда ол вольфрам ядросына химиялық будың тұнуы арқылы жатқызылады (төменде қараңыз). Борон талшықтары жеңіл композиттік қолданыстарда, мысалы, жоғары беріктікті таспаларда пайдаланылады. Бұл боронның жалпы тұтынымының өте шағын бөлігін құрайды. Борон жартылай өткізгіштерге иондық имплантация арқылы борон қосылыстары түрінде енгізіледі. 2012 жылы боронның (көбінесе борон қосылыстары түрінде) әлемдік тұтыну көлемі шамамен 4 миллион тонна B2O3 құрады. Борак және кернит сияқты қосылыстар ретінде оның құны 2019 жылы 377 АҚШ доллары/тоннаны құрады. Боронды өндіру және қайта өңдеу қуаттары алдағы он жылда күтілетін өсім деңгейін қанағаттандыруға жеткілікті деп есептеледі. Соңғы жылдары боронды тұтыну нысаны өзгерді. Мышьяқ құрамына байланысты алаңдаушылықтар туындағаннан кейін коллекманит сияқты кендерді пайдалану азайды. Тұтынушылар ластағыштардың төменгі деңгейін қамтитын тазартылған бораттар мен бор қышқылына көшті. Бор қышқылына деген сұраныстың артуы бірқатар өндірушілерді қосымша қуаттылыққа инвестиция жасауға итермеледі. Түркияның мемлекеттік «Eti Mine Works» компаниясы 2003 жылы Эмет қаласында жылына 100 000 тонна өндірістік қуаты бар жаңа бор қышқылы зауытын ашты. «Rio Tinto Group» компаниясы бор зауытының қуатын 2003 жылы жылына 260 000 тоннадан 2005 жылдың мамырына дейін жылына 310 000 тоннаға дейін арттырды және 2006 жылы оны жылына 366 000 тоннаға дейін ұлғайтуды жоспарлап отыр. Қытайлық борон өндірушілер жоғары сапалы бораттарға деген сұраныстың тез өсуін қанағаттандыра алмады. Бұл 2000-2005 жылдар аралығында натрий тетраборат (борак) импортының жүз есеге өсуіне және сол кезеңде бор қышқылы импортының жылына 28%-ға өсуіне әкелді. Әлемдік сұраныстың өсуіне шыны талшықтар, стекловолокно және боросиликатты шыны өндірісінің жоғары деңгейде өсуі ықпал етті. Азияда күшейтілген сыныпты боронды қамтитын стекловолокноны өндірудің қарқынды өсуі, Еуропа мен АҚШ-та боронсыз күшейтілген сыныпты стекловолокноны дамытуға қарамастан, орын алды. Энергия бағасының соңғы уақытта өсуі жылу оқшаулау сапалы стекловолокноны кеңінен пайдалануға әкелуі мүмкін, нәтижесінде борон тұтынуы да артады. «Roskill Consulting Group» әлемдік боронға деген сұраныстың жылына 3,4%-ға өсіп, 2010 жылға қарай 21 миллион тоннаға жетеді деп болжайды. Сұраныстың ең жоғары өсуі Азияда күтілуде, онда сұраныс жылына орташа есеппен 5,7%-ға өседі.

The average cost of crystalline elemental boron is US$5/g. Elemental boron is chiefly used in making boron fibers, where it is deposited by chemical vapor deposition on a tungsten core (see below). Boron fibers are used in lightweight composite applications, such as high strength tapes. This use is a very small fraction of total boron use. Boron is introduced into semiconductors as boron compounds, by ion implantation. Estimated global consumption of boron (almost entirely as boron compounds) was about 4 million tonnes of B2O3 in 2012. As compounds such as borax and kernite its cost was US$377/tonne in 2019. Boron mining and refining capacities are considered to be adequate to meet expected levels of growth through the next decade. The form in which boron is consumed has changed in recent years. The use of ores like colemanite has declined following concerns over arsenic content. Consumers have moved toward the use of refined borates and boric acid that have a lower pollutant content. Increasing demand for boric acid has led a number of producers to invest in additional capacity. Turkey's state owned Eti Mine Works opened a new boric acid plant with the production capacity of 100,000 tonnes per year at Emet in 2003. Rio Tinto Group increased the capacity of its boron plant from 260,000 tonnes per year in 2003 to 310,000 tonnes per year by May 2005, with plans to grow this to 366,000 tonnes per year in 2006. Chinese boron producers have been unable to meet rapidly growing demand for high quality borates. This has led to imports of sodium tetraborate (borax) growing by a hundredfold between 2000 and 2005 and boric acid imports increasing by 28% per year over the same period. The rise in global demand has been driven by high growth rates in glass fiber, fiberglass and borosilicate glassware production. A rapid increase in the manufacture of reinforcement grade boron containing fiberglass in Asia, has offset the development of boron free reinforcement grade fiberglass in Europe and the US. The recent rises in energy prices may lead to greater use of insulation grade fiberglass, with consequent growth in the boron consumption. Roskill Consulting Group forecasts that world demand for boron will grow by 3.4% per year to reach 21 million tonnes by 2010. The highest growth in demand is expected to be in Asia where demand could rise by an average 5.7% per year.

Қолданбалар

Жер бетінен алынған борон рудасының көбі бор қышқылы мен натрий тетраборат пентагидратына тазартуға жұмсалады. АҚШ-та бордың 70% шыны және керамика өндірісіне пайдаланылады. Бор қосылыстарының ең көп қолданылатын саласы (түпкілікті қолданыстың 46%-ы) – әсіресе Азияда, бор құрамындағы жылуоқшамдағыш және құрылымдық шыны талшықтарын өндіру, оның ішінде шыны талшықтары. Бор шыны талшықтарының беріктігіне немесе балқу қасиеттеріне әсер ету үшін борак пентагидраты немесе бор оксиді түрінде шыныға қосылады. Әлемдік бор өндірісінің 10% жоғары беріктікке ие шыны ыдыстарда қолданылатын боросиликатты шыныға жұмсалады. Борон керамикасында, соның ішінде төменде сипатталатын аса қатты материалдарда, әлемдік бордың шамамен 15% қолданылады. Ауыл шаруашылығы әлемдік бор өндірісінің 11% көлемін пайдаланады, ал ағартқыштар мен жуғыш заттар шамамен 6% тұтынады.

Элементарлық борон талшығы

Борон талшықтары (борон жіптері) – жоғары беріктігі бар, жеңіл материалдар, олар негізінен композиттік материалдардың құрамдас бөлігі ретінде кеңейтілген аэроғарыш құрылымдарында, сондай-ақ шектеулі өндірістегі тұтыну және спорттық тауарларда, мысалы, гольф клубындарында және балық аулау таяқшаларында қолданылады. Талшықтар вольфрам жіпшесіне бордың химиялық бумен жабыну арқылы өндіріледі. Борон талшықтары мен миллиметрден кіші өлшемді кристалды борон серпімдері лазерлік көмекпен химиялық бумен жабыну арқылы жасалады. Лазер сәулесін бағыттау арқасында тіпті күрделі спиральді құрылымдарды да жасауға болады. Мұндай құрылымдар жақсы механикалық қасиеттерге ие (эластикалық модулі 450 ГПа, сынған кездегі деформация 3,7%, сынған кездегі кернеу 17 ГПа) және керамиканы күшейту үшін немесе микромеханикалық жүйелерде қолданылуы мүмкін.

Бороланған шыны талшықтары

Шыны талшығы – шыны талшықтарымен күшейтілген пластиктен жасалған талшықты күшейтілген полимер, көбінесе кілемге тоқылған. Материалда қолданылатын шыны талшықтары шыны талшығының қолданысына қарай әртүрлі шыныдан жасалады. Бұл шынылардың барлығында кремний немесе силикат, сондай-ақ әртүрлі мөлшерде кальций, магний және кейде бор оксидтері болады. Боры борсиликаты, борак немесе бор оксиді түрінде кездеседі және шынының беріктігін арттыру үшін немесе таза күйінде өңдеуі қиын силиканың балқу температурасын төмендету үшін флюкс ретінде қосылады, осылайша шыны талшықтарын жасау мүмкін болады. Шыны талшығында қолданылатын жоғары борлы шынылардың ішінде E шынысы бар (ол "электрлік" қолдану үшін аталған, бірақ қазір жалпы қолдану үшін ең көп таралған шыны талшығы). E шынысы – 1%-дан кем салмақтық сілтілік оксидтері бар алюминий борсиликаты шынысы, негізінен шынымен күшейтілген пластиктер үшін қолданылады. Басқа дамыған жоғары борлы шыныларға C шынысы жатады, ол шыны талшықтары мен изоляция үшін қолданылатын жоғары бор оксиді бар сілтілік-есімді шыны, сондай-ақ D шынысы, ол төмен диэлектрлік тұрақтылығы үшін аталған борсиликатты шыны. Барлық шыны талшықтары борды қамтымайды, бірақ әлемдік масштабта қолданылатын шыны талшықтарының көп бөлігі борды қамтиды. Құрылыста және изоляцияда шыны талшығының кеңінен қолданылуына байланысты, борлы шыны талшықтары әлемдік бор өндірісінің жартысын тұтынады және ең ірі коммерциялық бор нарығы болып табылады.

Боросиликатты шыны

Боросиликатты шыны, әдетте 12–15% B2O3, 80% SiO2 және 2% Al2O3 құрамында болады, жылулық кеңею коэффициенті төмен болғандықтан, жылулық соққыға жоғары төзімділікке ие. Schott AG компаниясының "Duran" және Owens Corning компаниясының тіркелген тауарлық белгісі "Pyrex" – осы шынының екі ірі бренді, олар зертханалық құрал-жабдықтарында, сондай-ақ тұтынушыларға арналған ыдыс-аяқтарда және пісіруге арналған ыдыстарда, басты назар осы төзімділікке байланысты қолданылады.

Жоғары қаттылығы және абразивті қоспалар

+ BCN қатты денелері мен ReB2 материалының механикалық қасиеттеріАлмазКүбік BC2Күбік BC5Күбік BNB4CReB2Викерс қаттылығы (GPa) 1157671623822Сындыру беріктігі (MPa m1⁄2) 5.34.59.56.83.5 Борон карбиді және кубикалық борон нитриді ұнтақтары абразивтер ретінде кеңінен қолданылады. Борон нитриді – көміртекке изоэлектронды материал. Көміртек сияқты, ол гексагонды (h BN сияқты жұмсақ графит) және кубикалық (қатты, алмаз сияқты c BN) түрлерге ие. h BN жоғары температурада қолданылатын компонент және майлау құралы ретінде пайдаланылады. c BN, сондай-ақ «боразон» коммерциялық атауымен белгілі, тамаша абразивті зат. Оның қаттылығы алмазға шамалы төмен, бірақ химиялық тұрақтылығы алмазға қарағанда жоғары. Гетеродиамант (әрі BCN деп те аталады) – бороннан жасалған тағы бір алмаз тәрізді қосылыс.

Металлургия

Борон болаттың қатаю қабілетін арттыру үшін миллионға бірнеше бөлік мөлшерінде қосылады. Боронның нейтрондарды жұту қабілетіне байланысты, ядролық өнеркәсіпте қолданылатын болаттарға одан да жоғары пайыздық мөлшерлер қосылады. Борон боридтеу процесі арқылы болаттар мен қорытпалардың беткі қатаңдығын арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, металл боридтері химиялық немесе физикалық будың тұнуы арқылы құралдарды қаптау үшін қолданылады. Иондық имплантация немесе иондық сәулемен тұну арқылы металдар мен қорытпаларға борон иондарын енгізу, беттік кедергі мен микроқаттылықты едәуір арттырады. Лазерлік қорытпалар да осы мақсатта табысты қолданылған. Бұл боридтер алмаз жалатылған құралдарға балама болып табылады, ал олардың (өңделген) беттері боридтің ішкі қасиеттерімен ұқсас. Мысалы, рений дибориді бөлме температурасы мен қысымында өндірілуі мүмкін, бірақ ренийдің құны жоғары болғандықтан қымбатқа түседі. ReB2-нің қаттылығы оның гексагонды қабатты құрылымына байланысты айқын анизотропияны көрсетеді. Оның мәні вольфрам карбиді, кремний карбиді, титан дибориді немесе цирконий диборидінің қаттылығымен шамалас.

Дитергенттік препараттар мен ағартушы заттар

Борак тұрмыстық кір жуу және тазалау өнімдерінің көптеген түрлерінде қолданылады, оның ішінде "20 Mule Team Borax" кір жууға арналған қосымша және "Boraxo" ұнтақ қол сабынында. Сонымен қатар, ол кейбір тіс ағарту формулаларында да кездеседі.

Инсектицидтер

Борикті қышқыл, әсіресе құмырсқаларға, блохаларға және тарақандарға қарсы инсектицид ретінде қолданылады.

Жартылай өткізгіштер

Борон кремний, германий және кремний карбиді сияқты жартылай өткізгіштер үшін пайдалы қоспа материал. Ол қабылдаушы атомнан бір валентті электронға кем, сондықтан тесік жасайды, нәтижесінде p-типті өткізгіштік пайда болады. Борды жартылай өткізгіштерге енгізудің дәстүрлі әдісі – жоғары температурада оның атомдық диффузиясы арқылы. Бұл процесте қатты (B2O3), сұйық (BBr3) немесе газ тәрізді бор көздері (B2H6 немесе BF3) қолданылады. Дегенмен, 1970 жылдан бастап, ол көбінесе иондық имплантациямен алмастырылды, ол негізінен бор көзі ретінде BF3-ке тәуелді. Бор трихлориді газы жартылай өткізгіш өнеркәсібінде маңызды химиялық зат, бірақ допинг үшін емес, металдар мен олардың оксидтерін плазмамен кесу үшін қолданылады. Триэтилборан да бумен шоғырландыру реакторларына бор көзі ретінде жіберіледі. Мысалдарға бор қосылған қатты көміртекті қабықшалардың плазмалық жабынуы, кремний нитриді-бор нитриді қабықшалары және алмаз қабықшасын бормен допингтеу жатады.

Магниттер

Борон - неодим магниттерінің (Nd2Fe14B) құрамына кіретін элемент, бұл магниттер – тұрақты магниттердің ең күшті түрлерінің бірі. Олар түрлі электромеханикалық және электрондық құрылғыларда қолданылады, мысалы, магниттік-резонанстық томография (МРТ) медициналық бейнелеу жүйелерінде, кішкентай және ықшам моторлар мен атқарушы механизмдерде. Компьютерлік қатты дискілер (HDD), CD (компакт-диск) және DVD (цифрлық көпқабатты диск) ойнатқыштарында неодим магниттерінің моторлары қолданылады, олар өте ықшам өлшемде жоғары айналу қуатын қамтамасыз етеді. Ал ұялы телефондарда "Neo" магниттері кішкентай динамиктерге жеткілікті дыбыс қуатын беруге мүмкіндік беретін магниттік өріс жасайды.

Ядролық реакторларда қалқалау және нейтронды сіңіру

Борон қалқаны ядролық реакторларды басқару үшін қолданылады, оның нейтрондарды ұстауға қабілеті жоғары болғандықтан. Басымды су реакторларында отынның өзгермелі реактивтілігін теңдестіру үшін салқындату суында борон қышқылының концентрациясы өзгертіліп отырады, ол нейтрондық у ретінде жұмыс істейді. Жаңа отын таяқшалары енгізілген кезде борон қышқылының концентрациясы ең жоғары деңгейде болады және реактор жұмыс істейтін кезеңде азаяды.

Фармацевтикалық және биологиялық қолдану

Борон фармацевтикалық және биологиялық салаларда маңызды рөл атқарады, өйткені ол түрлі бактериялар өндіретін антибиотиктерде, мысалы, боромициндер, аплазмомициндер, борофициндер және тартроллондарда кездеседі. Бұл антибиотиктер белгілі бір бактериялар, саңырауқұлақтар мен протозоялардың өсуіне тежегіш әсерін көрсетеді. Боронның әлеуетті дәрілік қолданылуы, оның ішінде оның биологиялық белсенді молекулаларға қосылуы, ми ісіктері үшін борон нейтронын ұстау терапиясы сияқты терапия үшін зерттеледі. Кейбір борон құрамындағы биомолекулалар жасушалардың бетінде өзара әрекеттесетін сигнал беру молекулалары ретінде әрекет етуі мүмкін, бұл жасушалық қарым-қатынаста рөл атқаратынын көрсетеді. Бори қышқылының антисептикалық, саңырауқұлаққа қарсы және вирусқа қарсы қасиеттері бар, сондықтан бассейн суын тазартуда суды тазартқыш ретінде қолданылады. Борик қышқылының жеңіл ерітіндісі көзге антисептик ретінде пайдаланылады. Бортезомиб (Velcade және Cytomib ретінде сатылады). Борон миеломаны және лимфоманың бір түрін емдеуге арналған протеазома ингибиторы деп аталатын жаңа дәрілік заттардың жаңа класы органикалық фармацевтикалық бортезомибтің белсенді элементі ретінде пайда болады (қазіргі уақытта ол басқа лимфома түрлеріне қарсы тәжірибелік сынақтарда). Бор атомы бортезомибтің каталитикалық 26S протеазомасындағы сайтына жоғары аффинділікпен және ерекшелікпен байланады. Бор-10-ды пайдаланатын бірнеше потенциалды борлы дәрілік заттар бор нейтронын ұстап алу терапиясында (BNCT) қолдануға дайындалды. Кейбір борон қосылыстары артритті емдеуде үміт береді, бірақ олардың ешқайсысы осы мақсатта әлі күнге дейін жалпы мақұлданбаған. Таваборол (Kerydin ретінде сатылады) - аяқ тырнағы саңырауқұлағын емдеуде қолданылатын аминоакилді тРНК синтетаза ингибиторы. Ол 2014 жылдың шілдесінде FDA мақұлдауына ие болды. Диоксаболанол химиясы антиденелерді немесе қызыл қан жасушаларын радиоактивті фтормен (18F) таңбалауға мүмкіндік береді, бұл рак пен қан кетудің позитрондық эмиссиялық томографиялық (ПЭТ) бейнелеуіне мүмкіндік береді. Адамның генетикалық, позитронды және флуоресцентті (HD GPF) репортер жүйесі бүкіл тышқанның геномды өзгертілген жасушаларын, мысалы, қатерлі ісік, CRISPR/Cas9 немесе CAR T жасушаларын екілік әдіспен PET және флуоресценттік кескіндеу үшін адам ақуызы, PSMA және иммуногендік емес және позитронды (боронмен байланысқан 18F) және флуоресцентті шығаратын шағын молекуланы қолданады. PSMA-ны нысанаға алған екілік шағын молекулалық әдіс адамдарда сыналды және бастапқы және метастаздық простата қатерлі ісігінің орналасуын анықтады, қатерлі ісікті флуоресценциямен алып тастады және ұлпа шеттеріндегі бір ғана қатерлі ісік жасушаларын анықтады. Нейтронды тұтқындау терапиясында (BNCT) мидың қатерлі ісіктерінде боронды іріктеп мақсат етіп, ісікті клеткаларды жою үшін қолдану зерттеуде. Мақсаты - ісік жасушаларына қоршаған қалыпты тіндерге қарағанда радиоактивті емес борон изотобының (10B) жоғары концентрациясын жеткізу. Бұл 10B құрамында жасушалар аз энергиялы термиялық нейтрондармен сәулеленетін кезде, олар ядролық тұтқындау реакциясына ұшырайды, олар α бөлшектері және литий 7 ядролары сияқты жоғары сызықтық энергияны беру (LET) бөлшектерін шектеулі жол ұзындығында босатады. Бұл жоғары LET бөлшектері жақын маңдағы қалыпты жасушаларға айтарлықтай зиян келтірмей, іргелес ісік жасушаларын жоя алады. Борон жылулық нейтрондарды сіңіру қабілетімен селективті агент ретінде әрекет етеді және алдымен мақсатты тін аймағына әсер ететін қысқа қашықтықтағы физикалық әсерлерді тудырады. Бұл екілік тәсіл ісік жасушаларын дәл өлтіруге мүмкіндік береді, ал сау тіндерді сақтайды. Борды тиімді жеткізу - борон қосылыстарын немесе оны қоршаған ұлпаға қарағанда ісіктік жасушаларда іріктеп жинақтауға қабілетті тасымалдаушыларды енгізуді қамтиды. BSH және BPA клиникалық тұрғыдан қолданылды, бірақ зерттеулер оптималды тасымалдаушыларды анықтауды жалғастыруда. Жақында реакторлық көздерге балама ретінде акселераторлық нейтрон көздері де әзірленді, бұл BNCT тиімділігін арттырып, клиникалық нәтижелерді арттырады. Борон изотоптарының қасиеттері мен мақсатты сәулелену әдістерін қолдану арқылы BNCT қатерлі ми ісіктерін емдеуге ықтимал тәсіл ұсынады. Бұл әдіс қатерлі ісік жасушаларын іріктеп өлтіріп, дәстүрлі сәулелену терапиясы келтіретін зиянды азайтады. BNCT клиникалық зерттеулерде басқа да түрлі қатерлі ісіктер, соның ішінде глиобластома, бас және мойын қатерлі ісігі, тері метастазы, бауыр қатерлі ісігі, өкпе қатерлі ісігі және емішекке жатпайтын Паже ауруында да үміт беруші нәтижелер көрсетті. Емдеуге радиоактивті емес борон 10 изотобы мен төмен энергиялы термиялық немесе жоғары энергиялы эпитермиялық нейтрондар арасындағы ядролық реакция қатысады, бұл ісік жасушаларындағы ДНК-ны селективті түрде жоятын α бөлшектері мен литий ядроларын тудырады. Басты қиындық BNCT үшін жоғары мазмұнымен және нақты нысаналық қасиеттерімен тиімді борон агенттерін әзірлеуде. Ісікке бағытталған стратегияларды BNCT-мен интеграциялау оны әртүрлі қатерлі ісіктер үшін практикалық жекелеген емдеу опциясы ретінде орнатуға мүмкіндік береді. Жүріп жатқан зерттеулер жаңа борон қосылыстарын, оңтайландыру стратегияларын, тераностикалық агенттерді және радиобиологиялық жетістіктерді шектеулерді жеңіп, пациенттердің нәтижелерін тиімді түрде жақсарту үшін зерттейді.

Boron plays a role in pharmaceutical and biological applications as it is found in various bacteria produced antibiotics, such as boromycins, aplasmomycins, borophycins, and tartrolons. These antibiotics have shown inhibitory effects on certain bacteria, fungi, and protozoa growth. Boron is also being studied for its potential medicinal applications, including its incorporation into biologically active molecules for therapies like boron neutron capture therapy for brain tumors. Some boron containing biomolecules may act as signaling molecules interacting with cell surfaces, suggesting a role in cellular communication. Boric acid has antiseptic, antifungal, and antiviral properties and, for these reasons, is applied as a water clarifier in swimming pool water treatment. Mild solutions of boric acid have been used as eye antiseptics. Bortezomib (marketed as Velcade and Cytomib). Boron appears as an active element in the organic pharmaceutical bortezomib, a new class of drug called the proteasome inhibitor, for treating myeloma and one form of lymphoma (it is currently in experimental trials against other types of lymphoma). The boron atom in bortezomib binds the catalytic site of the 26S proteasome with high affinity and specificity. A number of potential boronated pharmaceuticals using boron 10, have been prepared for use in boron neutron capture therapy (BNCT). Some boron compounds show promise in treating arthritis, though none have as yet been generally approved for the purpose. Tavaborole (marketed as Kerydin) is an Aminoacyl tRNA synthetase inhibitor which is used to treat toenail fungus. It gained FDA approval in July 2014. Dioxaborolane chemistry enables radioactive fluoride (18F) labeling of antibodies or red blood cells, which allows for positron emission tomography (PET) imaging of cancer and hemorrhages, respectively. A Human Derived, Genetic, Positron emitting and Fluorescent (HD GPF) reporter system uses a human protein, PSMA and non immunogenic, and a small molecule that is positron emitting (boron bound 18F) and fluorescence for dual modality PET and fluorescent imaging of genome modified cells, e. g. cancer, CRISPR/Cas9, or CAR T cells, in an entire mouse. The dual modality small molecule targeting PSMA was tested in humans and found the location of primary and metastatic prostate cancer, fluorescence guided removal of cancer, and detects single cancer cells in tissue margins. In neutron capture therapy (BNCT) for malignant brain tumors, boron is researched to be used for selectively targeting and destroying tumor cells. The goal is to deliver higher concentrations of the non radioactive boron isotope (10B) to the tumor cells than to the surrounding normal tissues. When these 10B containing cells are irradiated with low energy thermal neutrons, they undergo nuclear capture reactions, releasing high linear energy transfer (LET) particles such as α particles and lithium 7 nuclei within a limited path length. These high LET particles can destroy the adjacent tumor cells without causing significant harm to nearby normal cells. Boron acts as a selective agent due to its ability to absorb thermal neutrons and produce short range physical effects primarily affecting the targeted tissue region. This binary approach allows for precise tumor cell killing while sparing healthy tissues. The effective delivery of boron involves administering boron compounds or carriers capable of accumulating selectively in tumor cells compared to surrounding tissue. BSH and BPA have been used clinically, but research continues to identify more optimal carriers. Accelerator based neutron sources have also been developed recently as an alternative to reactor based sources, leading to improved efficiency and enhanced clinical outcomes in BNCT. By employing the properties of boron isotopes and targeted irradiation techniques, BNCT offers a potential approach to treating malignant brain tumors by selectively killing cancer cells while minimizing the damage caused by traditional radiation therapies. BNCT has shown promising results in clinical trials for various other malignancies, including glioblastoma, head and neck cancer, cutaneous melanoma, hepatocellular carcinoma, lung cancer, and extramammary Paget's disease. The treatment involves a nuclear reaction between nonradioactive boron 10 isotope and low energy thermal or high energy epithermal neutrons to generate α particles and lithium nuclei that selectively destroy DNA in tumor cells. The primary challenge lies in developing efficient boron agents with higher content and specific targeting properties tailored for BNCT. Integration of tumor targeting strategies with BNCT could potentially establish it as a practical personalized treatment option for different types of cancers. Ongoing research explores new boron compounds, optimization strategies, theranostic agents, and radiobiological advances to overcome limitations and cost effectively improve patient outcomes.

Ғылыми-зерттеу салалары

Магний дибориді 39 К өту температурасы бар маңызды суперөткізгіш материал болып табылады. MgB2 сымдары ұнтақпен түтікше процесі арқылы өндіріледі және суперөткізгіш магниттерде қолданылады. Аморфты бор никель-хром қорытпаларында балқу температурасын төмендету үшін қолданылады. Гексагональды бор нитриді атомдық деңгейде жұқа қабаттар түзеді, олар графен құрылғыларында электрондардың жылдамдығын арттыруға пайдаланылады. Сонымен қатар, ол жоғары беріктікке, жоғары химиялық тұрақтылыққа және жоғары жылу өткізгіштікке ие нанотүтікшелер (BNNT) құрайды. Бор ядролық синтез саласында кеңінен қолданылады. Ол көбінесе синтез реакторларының қабырғаларын жақсарту үшін қолданылады, плазмамен жанасатын компоненттер мен қабырғаларға бор жабынын жағу арқылы сутек пен қоспалардың шығарылуын азайтады. Бұдан басқа, ол синтез плазмасының шекарасындағы энергияны таратуға, қабырғаларға түсетін артық энергияның күшті ағынын және жылу жүктемесін басуға қолданылады.

Биологиялық рөлі

Борон – өсімдіктердің қажетті қоректік заты, негізінен жасуша қабырғаларының тұтастығын сақтау үшін қажет. Дегенмен, топырақтағы 1,0 ppm-нен жоғары концентрация жапырақтардың шеттері мен ұштарының некрозына, сондай-ақ жалпы өсудің нашарлауына алып келеді. 0,8 ppm деңгейі топырақтағы боронға өте сезімтал өсімдіктерде де осы симптомдарды тудырады. Көптеген өсімдіктер, тіпті топырақтағы боронға төзімділері де, топырақтағы борон мөлшері 1,8 ppm-нен жоғары болғанда, бор уыттылығының белгілерін көрсетеді. Егер бұл көрсеткіш 2,0 ppm-ден асса, азаған өсімдіктер жақсы өспейді, ал кейбіреулері тірі қалмайды. Табиғи боронды қамтитын антибиотиктер де бар. Алғашқысы – 1960 жылдары стрептомицеттерден бөліп алынған боромицин. Басқалары – 1990 жылдары миксобактерия Sorangium cellulosum-ның өсірілген ортасынан табылған тартроллондар тобы. 2013 жылы ғалымдар Марстағы өмір борон мен молибденнің қатысуымен РНҚ өндірісін катализдеу арқылы басталуы мүмкін деген гипотезаны ұсынды. Әдеттегі емес абиогенез бойынша, Марстағы өмір метеорит арқылы Жерге келген болуы мүмкін.

Адам денсаулығында

Борон жануарларда, соның ішінде адамдарда бірнеше маңызды рөл атқарады деп есептеледі, бірақ оның нақты физиологиялық функциясы толыққанды түсініксіз. Жануарларда борон тапшылығы тек шошқаларда ғана анықталған. Борон адам үшін қажетті зат ретінде жіктелмейді, себебі зерттеулер оның нақты биологиялық қызметін анықтаған жоқ. АҚШ-тың Тамақ және тамақтану жөніндегі кеңесі (FNB) қолда бар деректердің борон үшін ұсынылатын тәуліктік мөлшерді (RDA), жеткілікті мөлшерді (AI) немесе шамамен орташа қажеттілікті (EAR) анықтауға жеткіліксіз деп тапты, ал АҚШ-тың Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA) тағамдық өнімдер мен диеталық қосымшаларды таңбалау үшін боронның тәуліктік нормасын белгілемеген. Дегенмен, зерттеулер боронның көбелекке және дамуға, кальций метаболизміне, сүйек қалыптасуына, мидың жұмысына, инсулин және энергия субстраттарының метаболизміне, иммунитетке, стероид гормондарына (эстрогенді қоса) және D витаминіне жағымды әсер ететінін көрсетеді. Қоршаған ортадағы борон артритпен кері байланысты. Боронның физиологиялық әсерін тигізу механизмі толыққанды түсініксіз, бірақ оның маңызды жасушалық функцияларға қатысы бар екі зат – аденозин монофосфаты (ADP) және S-аденозилметионин (SAMe) –мен өзара әрекеттесуі мүмкін. Сонымен қатар, борон циклдік ADP-рибозаны тежейді, соның салдарынан эндоплазмалық тордан кальций иондарының шығарылуына және түрлі биологиялық процестерге әсер етеді. Адамдар боронды көбінесе боронға толы тағамдармен – жемістермен, жапырақты көкөністермен және жаңғақтармен бірге тұтынады.

Аналитикалық сандық анықтау

Тамақ немесе материалдардағы бордың мөлшерін анықтау үшін колориметриялық куркумин әдісі қолданылады. Бор бор қышқылына немесе бораттарға түрлендіріледі және қышқыл ерітіндіде куркуминмен реакцияласу нәтижесінде қызыл түсті бор хелат кешені – розоцианин пайда болады.

Денсаулыққа қатысты мәселелер және уыттылық

Элементарлық борон, борон оксиді, борин қышқылы, бораттар және көптеген органоборон қосылыстары адамдар мен жануарлар үшін салыстырмалы түрде уытты емес (улылығы ас тұзының улылығына ұқсас). Жануарлар үшін LD50 (дене салмағының 1 кг-на шамамен 6 г) – 50% өлімге әкелетін доза. LD50 2 г/кг-дан жоғары заттар уытты емес деп есептеледі. Борин қышқылының күніне 4 г-ға дейін қабылдауы туралы ешқандай жағдай тіркелмеген, бірақ одан көп мөлшерде бірнеше рет қабылдау улы болып саналады. 50 күн бойы күніне 0,5 граммнан астам қабылдау шағын ас қорыту және басқа да уыттылық белгілеріне әкелуі мүмкін. Нейтрон тұтқындау терапиясы үшін 20 г борин қышқылының бір реттік медициналық дозасы аса зиянды емес деп танылды. Борин қышқылы сүтқоректілерге қарағанда жәндіктерге көбірек зиянды, сондықтан ол инсектицид ретінде кеңінен қолданылады. Бор өсімдіктердің өсуі үшін қажет, бірақ оның артық мөлшері өсімдіктерге зиянды, әсіресе қышқыл топырақта. Бұл ең ескі жапырақтардың ұшынан ішке қарай сарғаю және арпа жапырақтарындағы қара дақтар түрінде көрінеді, бірақ оны басқа өсімдіктердегі магний жетіспеушілігі сияқты басқа да стресстермен шатастыруға болады.