önemli bor bileşikleri

ÖNEMLİ BOR BİLEŞİKLERİ
Melike YILDIRIM, Berkay İLYAS
Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü,
Kurupelit / Samsun
[email protected] , [email protected]
Bu çalışmada önemli bor birleşikleri incelenmekte ve ilgili bulgulara yer verilmektedir. Önemli
bor bileşiklerinden boranlar, bor nitrürler ve bor asitlerin kullanım alanları ve reaksiyonları
hakkında bilgiler verilmektedir.
1.GİRİŞ
Bor elementi periyodik tabloda “B” simgesiyle gösterilmektedir. Atom numarası 5, grubu
“3A” dır. Atom ağırlığı 10.81 g/mol’dür. Bor elementi yarı metal-yarı iletkendir. Doğada saf
olarak bulunmazlar ve yaklaşık olarak 230 çeşit minerali vardır.
Bor mineralleri, bünyelerinde değişik oranlarda bor oksit (B2O3) içeren mineraller olup,
ülkemizde yaygın olarak bulunan bor mineralleri; tinkal, kolemanit ve üleksittir. Toz deterjan
sanayisinde aktif oksijen taşıyıcısı olarak kullanılan sodyum perborat dışında, bor ürünlerinin
nihai kullanımında asıl işlev bünyelerdeki B203 içeriği olduğu için, çeşitli bor ürünlerinin
birbirlerini ikame özelliği mevcuttur[1].
Tablo 1. Bor mineralleri[1]
Bor mineralleri, ülkemiz açısından büyük stratejik öneme sahip bir doğal kaynak olmaktadır.
Bor mineralleri; hammadde, yan mamul ve mamul madde olarak cam, porselen, seramik,
tekstil, deterjan, ağartma, tarım, refrakter, metalürji, nükleer yakıt teknolojisi ve yanmayı
geciktirici malzeme gibi çok farklı sektörlerde kullanılmaktadır*1+.
Bor bileşikleri kullanım alanları ve üretim teknolojileri yönünden bor bileşikleri 2 grupta
incelenebilir;
• Büyük miktarlarda üretilen ve yaygın kullanım alanlarına sahip bor mineralleri ve
ticari boratlar.
• Özel tüketim alanları olan ve kısıtlı miktarda üretimi yapılan özellikli bor ürünleri.
2.BORİK ASİT
Borik asitin kimyasal formülü “B(OH)3” şeklindedir. Molekül ağırlığı 61.831 g/mol’dür.
Kaynama noktası 300˚C ve erime noktası 169˚C’dir. Borik asit aynı zamanda borasis asit,
otoborik asit yada acidium boryum; genellikle antiseptik, böcek ilacı ve koku gidericilerde
kullanılan beyaz kristal renkli, suda çözünen bir inorganik asit. İlk olarak Wilhelm Holmberg
tarafından bulunmuş olup, sülfürik asidin yan ürünü olarak ortaya çıkmıştır.
Türkiye’de borik asit, kolemanitten üretilmektedir. Üretimi Eti Maden İşletmeleri Müdürlüğü
yapmaktadır. Üretim prosesi Kolemanitin sülfürik asit ile reaksiyona sokulmasından ibarettir.
Ca2B6O11.5H2O + 2H2SO4 + 6H2O → 2CaSO4. 2H2O + 6H3BO3
Şekil 1. Borik Asitten bir örnek.
Borik asit; Boro silikat cam, cam elyafı, kozmetik, ağız gargarası, su sertliğini giderme, göz
damlası ve antiseptik ilaçlar olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır.
3.BORATLAR
Boratların birçok yapısal formülü vardır. Boratlar, bor asidi ile bir O2’nin birleşmesiyle oluşan
tuzlardır. Bor doğada tek başına bulunmaz. Oksijenle bağ kurmaya yatkın olduğundan pek
çok değişken bileşimi oluşturur. Basitten karmaşığa sonsuz sayıda değişik molekül yapılarına
sahip olabilen bu bor oksijen bileşimlerine bilim dünyasında borat denir.
Şekil 2. Boratlardan bir örnek
Bor minerallerinin sınıflanması kristal yapılarına, kristal yapılarındaki karmaşık bor-oksijen
polianyonlarına göre yapılmaktadır.
Şekil 3. Na2B4O7.10H2O’nun Kimyasal Yapısı
Şekil 4. Boraksta Hidrojen Bağlı [B4O5(OH)4]2-İyonun Sistemi
Tablo 2.1. Diğer bor bileşikleri ve kullanım alanları (Not: “b.y.” bilgi yok demektir.)
Tablo 2.2. Diğer bor bileşikleri ve kullanım alanları (Not: “b.y.” bilgi yok demektir.)
Tablo 3. Önemli boratların mineral adları, kimyasal formülleri ve B2O3 içeriği [1]
4.BOR NİTRÜR
Kimyasal formülü BN olan bor nitrürlerin 2 çeşidi vardır.
Bor nitrür; iki ana formu bilinen, insan yapısı bir malzemedir. Yumuşak olan form yağlayıcı
özelliği olan grafit benzeri seramik bir malzemedir (H-BN), diğeri ise neredeyse elmas kadar
sert olan bir yapıdır. Sert bor nitrürün bilinen iki kristal hali vardır. Bunlar; sfalerit benzeri bor
nitrür olarak bilinen kübik yapı ve iyice sıkıştırılmış hekzagonal yapılı würtzitik bor nitrürdür.
•
•
Kübik bor nitrür
Hegzagonal bor nitrür
Bor nitrür; Karbotermal redüksiyon yöntemiyle, Bor bileşiklerinin amonyak ile reaksiyonu ve
B ve N bileşiklerinin reaksiyonu ile elde edilmektedir [2].
B2O3 + 2NH3→ 2BN + 3H2O
Şekil 5. Bor nitrür eldesi [2].
4.1.HEGZANOL BOR NİTRÜR
HBN beyaz renkli olup alüminaya, yapısal olarak grafite benzeyen, zehirsiz, geçirimsiz ve
kaygan bir malzemedir.
Şekil 6. Hegzanol bor nitrür.
4.2.KÜBİK BOR NİTRÜR
Kübik bor nitrür ise sertlik derecesi neredeyse elmasla aynı olan, normal şartlar altında stabil
olmayan bir yapıya sahiptir. Hegzagonal bor nitrürün kimyasal bağ yapısının değiştirilmesi
yoluyla elde edilir.
Şekil 7. Kübik bor nitrür ile yapılmış bazı malzemeler.
5.ÖNEMLİ BOR BİLEŞİKLERİNİN KULLANIM ALANLARI
Aşağıdaki şekilde önemli bor bileşiklerinin kullanım alanları gösterilmiştir.
Tablo 4. Önemli bor bileşiklerinin üretim yöntemleri ve kullanım alanları*1+
Tablo 4’te görüldüğü gibi önemli bor bileşikleri birçok alanda kullanılmaktadır. Yüzdelik dilim
olarak belirtecek olursak; %24 yalıtım tipi cam elyafı, %20 tekstil tipi cam elyafı, %19.4
emaye-sır, %9,2 boroksilikat camlar, %6.7 tarım, %5.3 deterjan ve %14.4 diğer kullanım
alanlarında kullanılmaktadır.
6.TÜRKİYE’NİN ÖNEMLİ BOR BİLEŞİKLERİNDEKİ YERİ
Tablo 5. Türkiye’de ki önemli bor bileşiklerinin çıkartıldığı işletmeler, bor tuzları ve yıllık ton
miktarı [1]
KAYNAKLAR
[1] Sümer, G. – “Uluslararası Bor Sempozyumu, 23-25 Eylül 2004 Eskişehir Türkiye” Anadolu
Üniversitesi, Güzel Sanatlar Fakültesi, Seramik Bölümü, Eskişehir.
[2] Prof. Dr. Nuran AY - Bor Esaslı Seramikler (Bor Nitrür) - Savunma Sanayide Borun
Kullanımı - 14.06.2011 Savunma Sanayi Müsteşarlığı, Ankara.