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Boro

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Compuestos de metal-boro

Los boruros son compuestos de metal-boro con la fórmula generalMETRO.norteB.metroen el que el boro está polarizado negativamente. Se fabrican principalmente fusionando o sinterizando los correspondientes polvos metálicos con boro. Según su composición, se puede hacer una distinción entre boros ricos y pobres en boro, es decir, boruros ricos en metales. Los metales alcalinos y alcalinotérreos forman preferentemente compuestos ricos en boro (a menudo METRO.B.2, METRO.B.4,METRO.B.6, METRO.B.12), metales menos electropositivos, boruros bastante más ricos en metales, p. METRO.2B., METRO.B..

Sus estructuras son tan diversas como la amplitud de variación en la composición de los boruros: van desde átomos de boro aislados hasta cadenas ramificadas y no ramificadas, cadenas dobles o capas que se intercalan alternativamente entre capas de átomos metálicos, hasta estructuras de redes espaciales con formas covalentes. los vinculados B.6-Octaedros o B.12-Icosaedros, cuyos huecos están llenos de átomos metálicos.

Los boruros metálicos, que son similares a los carburos, se caracterizan generalmente por excelentes propiedades químico-físicas. Por regla general, tienen una dureza particular, altos puntos de fusión, buena conductividad eléctrica, resistencia al calor y, en algunos casos, alta estabilidad química al oxígeno y los ácidos. Por consiguiente, los boruros metálicos se utilizan, por ejemplo, en revestimientos de hornos, reactores de alta temperatura, crisoles, escudos térmicos, electrodos de alta temperatura y similares.


Tabla de contenido

Compuestos de boro (del persa bura h sobre árabe Buraq y lat. bórax "Borsaures Natron", "Borax") se conocen desde hace miles de años. En el antiguo Egipto, el mineral bicarbonato de sodio se usaba para la momificación y, entre otros compuestos, también contiene boratos. El vidrio de bórax se ha utilizado en el Imperio chino desde el siglo IV. Los compuestos de boro se utilizaron para fabricar vidrio en la antigua Roma.

No fue hasta 1808 que Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thenard produjeron boro mediante reducción con potasio y, al mismo tiempo, independientemente de esto, posteriormente Sir Humphry Davy por electrólisis de ácido bórico. En 1824, Jöns Jacob Berzelius reconoció el carácter elemental del material. El químico estadounidense W. Weintraub logró preparar boro cristalizado puro en 1909.

La implementación de B2H6 con oxígeno a B2O3 es una de las reacciones exotérmicas más poderosas que se conocen. Esto despertó el interés en el sector militar (combustible para cohetes) en particular, por lo que se llevó a cabo una intensa investigación básica en esta área, de la que disfruta la química en la actualidad. Después de 15 años, la investigación militar se interrumpió por diversas propiedades: las sustancias que intervienen en la reacción son inestables, de olor fuerte, venenosas y, sobre todo, pegajosas, por lo que no pueden utilizarse en motores.


Tabla de contenido

Compuestos de boro (del persa بوره bura h sobre árabe بورق buraq y griego βοραχου o lat. bórax "Borsaures Natron", "Borax") se conocen desde hace miles de años. En el antiguo Egipto, el mineral bicarbonato de sodio se usaba para la momificación y, entre otros compuestos, también contiene boratos. El vidrio de bórax se ha utilizado en el Imperio chino desde el siglo IV. Los compuestos de boro se utilizaron para fabricar vidrio en la antigua Roma.

No fue hasta 1808 que Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard produjeron boro reduciendo el trióxido de boro con potasio, independientemente de esto un poco más tarde Sir Humphry Davy por electrólisis del ácido bórico. En 1824 Jöns Jakob Berzelius reconoció el carácter elemental del material. El químico estadounidense W. Weintraub logró preparar boro cristalizado puro en 1909 mediante la reducción del tricloruro de boro gaseoso con hidrógeno en un arco eléctrico. [13]

Al igual que los dos elementos litio y berilio que los preceden en la tabla periódica, el boro es un elemento notablemente raro en el sistema solar. La rareza de estos tres elementos se explica por el hecho de que no son productos de las fusiones nucleares estelares que conducen a la formación de los elementos (nucleosíntesis). La quema de hidrógeno conduce a átomos de helio, la posterior quema de helio (el proceso de tres alfa) conduce a átomos de carbono. El boro solo se produce por la espalación de núcleos atómicos pesados ​​a través de rayos cósmicos.

El boro solo se encuentra en compuestos que contienen oxígeno en la tierra. Los grandes depósitos se encuentran en Bigadiç, un distrito de la provincia de Balıkesir en el oeste de Turquía, en el desierto de Mojave en los Estados Unidos y en Argentina. Las sales de potasa Staßfurt contienen pequeñas cantidades de boracita asociada.

Las minas de borato más grandes se encuentran en Boron, California (el Depósito Kramer) y en Kırka (Turquía). Se extraen los minerales bórax, kernita y colemanita.

En el agua, el boro se encuentra predominantemente como ácido bórico no disociado. [15]

El boro se encuentra en el agua de mar en una concentración de 4 a 5 mg / l. [16] [15] Se midieron 0,17 μg / m 3 en el aire del mar (OMS, 1996). [15]

Se midió un promedio de 500 μg / l de boro en agua mineral, con un rango de valores entre menos de 20 μg / ly 3,23 mg / l. [15]

El contenido en las aguas subterráneas y en las vías navegables interiores en Alemania está en el rango de 10 a 50 μg / l, con un valor de fondo (sin influencia antropogénica) en las aguas subterráneas de 50 μg / l que se supone en Baden-Württemberg. [15]

En el aire exterior en Alemania se han medido una media de 16 ng / m³ y en el agua potable se han medido valores de 10 a 210 μg / l. La concentración de bórax en el suelo está entre 88 y 177 mg / kg en base al peso seco. [17]

En Suiza, se asumen niveles naturales de boro en el agua de río de alrededor de 10 μg / ly en el agua subterránea de hasta 40 μg / l, mientras que los valores reales en ríos y lagos pueden superar los 200 μg / ly el agua potable promedio alrededor de 20 μg / ly un máximo de 60 μg / l de boro. [dieciséis]

Las plantas necesitan boro y el contenido de materia seca es de 30 a 75 ppm. Los seres humanos ingieren boro del agua potable y de los alimentos. El cuerpo tiene un nivel de alrededor de 0,7 ppm. [dieciséis]

El boro amorfo se produce mediante la reducción del trióxido de boro, B2O3, elaborado con magnesio en polvo:

El boro obtenido de esta manera tiene una pureza del 98% después de la separación de las impurezas. La pureza de la sustancia se puede aumentar cristalizando el boro como una sustancia pura a partir de una masa fundida de platino a 800-1200 ° C.

El boro cristalino también se puede producir utilizando otros métodos: el elemento generalmente se puede obtener como una sustancia pura a partir de sus haluros. Usando un alambre de tungsteno o tántalo caliente de 1000–1400 ° C, el elemento se puede producir con una pureza muy alta reduciendo el tricloruro de boro o el tribromuro de boro con hidrógeno. Para reducir el trifluoruro de boro con hidrógeno, se requerirían temperaturas de reacción de 2000 ° C, por lo que este compuesto no se usa como material de partida para la preparación.

Otra posibilidad es la descomposición térmica del diborano a 600–800 ° C o del triyoduro de boro a 800–1000 ° C en una superficie de tántalo, tungsteno o nitruro de boro. [18]

Probablemente la forma más estable termodinámicamente es la modificación β-romboédrica (β-boro). Tiene una estructura complicada con al menos 105 átomos de boro por celda unitaria, y aquí también se agregan átomos de boro, que se encuentran en capas parcialmente ocupadas. El número de átomos de boro por celda unitaria se expresa como 114 a 121 átomos. La estructura de esta modificación se puede describir con un poliedro de 60 vértices.

La modificación alotrópica más simple es la forma α-romboédrica del boro (α-boro). La unidad estructural dominante en esta modificación del boro es la B.12-Icosaedro con 12 átomos de boro en el icosaedro. Estos están dispuestos en capas similares al empaque cúbico centrado en las caras. Los icosaedros de una capa están unidos por enlaces de tres centros y los icosaedros de las capas vecinas por enlaces de dos centros.

El boro α-tetragonal (también denominado γ-boro), la forma cristalina del boro que se muestra primero, contiene 50 átomos de boro en la celda unitaria (de acuerdo con la fórmula (B.12)4B.2), pero también se puede utilizar, por ejemplo, como compuesto de inclusión B, dependiendo de las condiciones de producción.50C.2 o B.50norte2 están presentes. En el boro α-tetragonal libre de átomos extraños, un solo átomo de boro siempre conecta cuatro B.12-Icosaedro entre sí. Cada icosaedro tiene conexiones con dos átomos de boro individuales y otros diez icosaedros. Desde la primera descripción de esta estructura, nunca ha sido posible producir esta modificación en forma pura. Ahora se supone que el boro α-tetragonal puro no existe en la estructura descrita.

El boro elemental es negro, muy duro y un mal conductor a temperatura ambiente. No ocurre en la naturaleza.

Los investigadores de la ETH de Zúrich produjeron un cristal iónico a partir de boro extremadamente puro. Para ello, el material tuvo que ser expuesto a una presión de hasta 30 gigapascales y una temperatura de 1500 ° C. [19] Mientras tanto, el mismo grupo de trabajo ha publicado un apéndice según el cual describen la situación de vinculación en esta modificación como covalente.

En 2011, un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth logró identificar claramente el boro α-romboédrico como una fase termodinámicamente estable del boro. Se sintetizaron una serie de diferentes cristales de boro en laboratorios de alta presión a temperaturas de hasta 2300 Kelvin y presiones de hasta 15 gigapascales. De particular interés para la investigación y para aplicaciones industriales, como la tecnología de semiconductores, son los monocristales de α-boro. [20]

Editar propiedades físicas

Debido a la alta energía de ionización, no se conocen cationes B 3+ del boro. Las complicadas estructuras de muchos compuestos de boro y sus propiedades muestran que la descripción de las relaciones de enlace como covalentes, metálicas o iónicas es muy simplista y debe ser reemplazada por un enfoque de orbitales moleculares (MO).

La configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p 1 del boro muestra que solo los tres electrones de la segunda capa son responsables de la formación de enlaces covalentes con s-, pX-, pagy- y Pz-Los orbitales están disponibles. Esta deficiencia de electrones se compensa mediante la formación de enlaces multicéntricos, en particular un enlace de tres centros, y el comportamiento del aceptor de electrones (acidez de Lewis). Ha sido posible producir un compuesto de boro con un triple enlace boro-boro. [21]

El boro es permeable a la luz infrarroja. A temperatura ambiente muestra una conductividad eléctrica baja, que aumenta bruscamente a temperaturas más altas.

El boro tiene la resistencia a la tracción más alta de todos los elementos conocidos y la segunda dureza más alta, solo superada por el diamante de modificación de carbono. Las modificaciones de boro son física y químicamente similares a las cerámicas duras como el carburo de silicio o el carburo de tungsteno.

Propiedades químicas editar

El boro es inerte hasta 400 ° C, a temperaturas más altas se convierte en un fuerte agente reductor. A temperaturas superiores a 700 ° C se quema en el aire para formar trióxido de boro B.2O3. El boro no se ataca hirviendo ácido clorhídrico o fluorhídrico. El ácido sulfúrico concentrado con efecto oxidante solo ataca al boro a temperaturas superiores a 200 ° C, mientras que el ácido fosfórico concentrado solo ataca a temperaturas superiores a 600 ° C.

Si resuelves B2O3 en agua, se forma el ácido bórico muy débil. Sus ésteres volátiles, más claramente éster trimetílico del ácido bórico, dan a las llamas un fuerte color verde.

La capacidad del boro para formar redes espaciales estables a través de enlaces covalentes es una indicación más de la similitud química del boro con sus vecinos del período, el carbono y el silicio.

Una disciplina de investigación importante de la química inorgánica actual es la de los compuestos de boro con hidrógeno (boranos), así como con hidrógeno y nitrógeno, que son similares a los hidrocarburos (isoelectrónicos), p. B. Borazol B3norte3H6 ("Benceno inorgánico"). Se conocen varios compuestos orgánicos de boro, por ejemplo ácidos borónicos.

Se conocen un total de 13 isótopos entre 6 B y 19 B de boro. De estos, dos, los isótopos 10 B y 11 B, son estables y se encuentran en la naturaleza. El isótopo con mayor proporción de la composición isotópica natural es el 11 B con 80,1%, el 10 B tiene una proporción de 19,9%. Todos los isótopos artificiales tienen vidas medias muy cortas como máximo en el rango de milisegundos. [22]

El compuesto económicamente más importante es el bórax (tetraborato de sodio decahidratado, Na2B.4O7 · 10 H.2O) para la producción de materiales aislantes y aislantes, así como materiales blanqueadores (perboratos). Otros usos:

Boro elemental editar

    para combustibles para cohetes y boro como aditivo de aleación para aceros estructurales de grano fino y aleaciones a base de níquel
  • Agente reductor en la producción de cobre puro para eliminar el oxígeno [23]
  • El boro como refinador de granos para aleaciones de fundición de latón
  • Mezclas de nitrato de boro como detonadores para airbags
  • Boro cristalino y fibras de boro para aplicaciones con una resistencia y rigidez extremadamente altas: componentes para rotores de helicópteros, raquetas de tenis, palos de golf, cañas de pescar, armaduras y chalecos antibalas [24] [25] debido al bajo eco de radar que se utiliza en el sigilo aviones de combate F-117 y B -2. y munición trazadora (debido a la intensa llama verde)
  • dopaje p en silicio
  • Endurecimiento termoquímico de la superficie, ver boronización
  • Portaagujas para sistemas de recogida de tocadiscos de muy alta calidad, como reemplazo del aluminio
  • La fusión nuclear de núcleos atómicos 11 B con protones sería una posibilidad, técnicamente aún muy remota, de generar energía.

Compuestos de boro editar

  • Detergente (perborato)
  • Síntesis orgánica
  • Vidrio de borosilicato refractario y material de corte para mecanizado de acero (carburo de boro, nitruro de boro) para otras aplicaciones, consulte allí la producción de los imanes más fuertes. Se utilizan para tomógrafos de resonancia magnética, micromotores y discos duros (posicionamiento de los cabezales de lectura / escritura), rotores de imanes permanentes (por ejemplo, motores paso a paso y servomotores), motores lineales para ejes de posicionamiento, altavoces y auriculares de alta calidad. En comparación con los imanes de cobalto y samario, son mucho más baratos.
  • Portador de lápiz óptico para pastillas de alta calidad para discos
  • Armadura, chalecos antibalas
  • Aplicaciones nucleares de compuestos de boro, principalmente carburo de boro B4C:
    • Blindaje de neutrones debido a la sección transversal muy alta de los neutrones térmicos en la reacción nuclear 10 B (n, α < displaystyle alpha>) 7 Li (3837 barn) [23] para boro con una composición isotópica natural, aplicación de 764 barn . Por lo tanto, los compuestos de boro se añaden a la ropa y las paredes de protección contra las radiaciones, los aceros para los recipientes de almacenamiento de combustibles nucleares y la carcasa de hormigón utilizada para la protección contra las radiaciones.
        para regular y desconectar la reacción en cadena en reactores nucleares.
    • En los reactores de agua a presión, se agrega una cantidad variable de ácido bórico al agua de enfriamiento.
    • El boro es posiblemente un oligoelemento esencial que tiene una influencia positiva en el metabolismo óseo y la función cerebral, entre otras cosas. [26]

      Los seres humanos ingieren boro al beber agua y alimentos. El cuerpo tiene un nivel de alrededor de 0,7 ppm. En un estudio de 1998, la Organización Mundial de la Salud (OMS) estableció que se puede asumir una ingesta promedio de 1 a 2 mg de boro por día en todo el mundo y recomienda un valor de referencia de 2,4 mg / l de agua potable. [dieciséis]

      En ocasiones, las plantas son muy sensibles al boro, por lo que ciertas plantas sensibles (sauces, árboles frutales, alcachofas) tienen tendencia a la clorosis del boro en concentraciones superiores a 1 mg / l de boro (cuadro clínico caracterizado por una mayor formación de manchas marrones) y pueden eventualmente morir. Las plantas también son sensibles a muy poco boro; el contenido de materia seca suele estar entre 30 y 75 ppm.

      Bortezomib es el primer medicamento que contiene boro. Es el primer inhibidor del proteasoma disponible y aprobado para el tratamiento del mieloma múltiple desde 2008. La unión altamente específica y de alta afinidad al sitio catalítico del proteasoma 26S tiene lugar a través del boro. [27]

      Dado que el suministro de boro a través de los alimentos y el agua potable suele ser suficiente y no se ha demostrado un beneficio adicional de los suplementos nutricionales que contienen boro, desaconsejamos su uso en vista de los posibles riesgos. [28]

      El boro elemental no es tóxico en pequeñas dosis. No hay evidencia de efectos genotóxicos o cancerígenos para el boro La Sociedad Alemana de Nutrición no incluye un valor de referencia para el boro como ingesta recomendada. [29]

      Sin embargo, dosis superiores a 100 mg / día pueden provocar síntomas de intoxicación. La autoridad estadounidense EPA especifica un valor límite diario (RfD - dosis de referencia) de 0,2 mg por kilogramo de peso corporal para el boro y los boratos, pero no asume que sean cancerígenos. [dieciséis]

      El trióxido de boro, el ácido bórico y los boratos se han clasificado como tóxicos para la reproducción con el ATP número 30 en la UE desde el verano de 2009. Sin embargo, en el caso del ácido bórico y el bórax, este efecto solo se ha observado hasta ahora cuando se administran dosis más altas a ratones. [30] [16]

      Algunos compuestos de boro como los boranos (compuestos de hidrógeno de boro) son altamente tóxicos y deben manipularse con mucho cuidado.

      El boro se puede detectar cuantitativamente en química analítica con el método de la curcumina en forma del complejo rojo rosocianina, o con el uso adicional de ácido oxálico a través de la reacción de color a la rubrocurcumina. Para ello, se digiere por oxidación una muestra del material que contiene boro. A continuación, se puede determinar colorimétricamente el ácido bórico formado por la digestión. [31] [32] [33]


      Boro de triple coordinación como superdonante y aceptor de cromóforos cuadrupolares del infrarrojo cercano

      Se han demostrado dos nuevos cromóforos cuadrupolares A-π-D-π-A que tienen un núcleo fuertemente donante de electrones y un dimesitilborilo fuertemente aceptor de electrones (BMes2) o grupos terminales bis (2,4,6-tris (trifluorometil) fenil) borilo (B F Mes2) propio. El análisis de los compuestos mediante espectroscopía de RMN, análisis de estructura de rayos X, voltamperometría cíclica y espectroscopía de absorción o emisión UV / Vis-NIR mostró que tienen sistemas π conjugados extensos que cubren todo el B4C.8- abrazar la columna vertebral. La combinación de grupos excepcionalmente fuertes de donantes π (diboreno) y aceptores π (diarilborilo), ambos basados ​​en átomos de boro de tres coordenadas, conduce a distancias HOMO-LUMO muy pequeñas, lo que da como resultado una fuerte absorción en el infrarrojo cercano. rango con máximos de absorción en THF a 840 y 1092 nm y coeficientes de extinción muy altos de aproximadamente 120.000 m −1 cm −1. Además, ambas moléculas muestran una fluorescencia débil en el rango de IR cercano con pequeños cambios de Stokes.

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      Editar CV

      El padre de Niels Bohr, Christian Bohr, era profesor de fisiología [3]. Su madre, Ellen (de soltera Adler), procedía de una familia judía. Junto con su padre y su hermano Harald Bohr, mantuvo conversaciones y debates regulares sobre temas científicos que fortalecieron el interés de ambos hermanos en las ciencias naturales y dieron forma a su vida posterior. “Crecí en una casa con una rica vida intelectual donde las discusiones científicas eran un lugar común. De hecho, mi padre apenas distinguía entre su propio trabajo científico y su vivo interés por todos los problemas de la vida humana ”, juzgó más tarde Niels Bohr en retrospectiva sobre la casa de sus padres. Más tarde, Harald Bohr se convirtió en profesor de matemáticas, mientras que Niels Bohr se dedicó a la física. Ambos también estuvieron activos en los primeros días del fútbol en el continente europeo como futbolistas del club Akademisk Boldklub, mientras que Niels Bohr fue portero. Su hermano incluso llegó a la selección danesa y participó en el primer torneo de fútbol de los Juegos Olímpicos de verano de 1908. No se sabe si Niels Bohr fue honrado con un jugador nacional debido a las fuentes de los primeros partidos internacionales daneses fuera de los torneos olímpicos.

      Después de graduarse de la escuela secundaria en el distrito de Gammelholm de Copenhague en 1903, Niels Bohr estudió física, matemáticas, química, astronomía y filosofía en la Universidad de Copenhague. Algunos le atribuyen el "papel" de candidato en la llamada pregunta del barómetro. En 1907 recibió la medalla de oro de Real Academia de Ciencias de Dinamarca por su trabajo sobre la tensión superficial de los líquidos. Su maestría tuvo lugar en 1909 y en 1911 completó sus estudios con su tesis doctoral con Christian Christiansen sobre las propiedades magnéticas de los metales (Estudio de electrontheori de metales). En el mismo año se trasladó a Cambridge al Laboratorio Cavendish, que estaba encabezado por el premio Nobel de Física de 1906, Joseph John Thomson, y un año después a Manchester en el laboratorio de Ernest Rutherford, quien recibió el Premio Nobel de Química de 1908. tengo. Fue aquí donde Niels Bohr conoció a Margrethe Nørlund, con quien más tarde se casó. Él y ella tuvieron seis hijos, dos de los cuales murieron a una edad temprana. Su hijo Aage Niels Bohr recibió el Premio Nobel de Física en 1975.

      Desarrollo del modelo de Bohr del átomo

      Durante la Primera Guerra Mundial, Niels Bohr aceptó un puesto de profesor en Manchester en 1914 y poco después en Copenhague. Dos años más tarde se convirtió en profesor de física en la Universidad de Copenhague. Durante una estancia y conferencia en Berlín en 1920, conoció a Max Planck y Albert Einstein. Con la ayuda de las teorías que establecieron sobre la física cuántica, que combinó con las leyes de la física clásica, Bohr ya había logrado establecer el modelo atómico de Bohr en 1913, con el que se podían explicar los espectros lineales del hidrógeno. Desde la perspectiva actual, al igual que su desarrollo posterior al modelo atómico de Bohr-Sommerfeld de 1915/16, es obsoleto y reemplazado por el modelo orbital mecánico cuántico, aunque todavía se enseña en clases de física y química en escuelas y universidades.

      Sin embargo, su modelo se considera un hito en la física teórica, ya que la cuantificación se integró con éxito en un modelo atómico por primera vez a nivel atómico. Anteriormente, el modelo atómico de Rutherford solo se conocía desde 1911, según el cual los átomos no son esferas masivas, sino que consisten en un núcleo diminuto y una capa atómica que es al menos mil veces más grande.

      De 1916 a 1919 Niels Bohr fue presidente de la Sociedad Danesa de Física y desde 1917 también fue miembro de la Academia Danesa de Ciencias. En 1918 formuló el principio de correspondencia de Bohr, que explicaba la conexión entre la teoría cuántica y la física clásica y mostraba que las leyes del cuanto de acción de Planck pueden despreciarse con números cuánticos crecientes. Durante este tiempo trabajó para establecer su propio instituto en la Universidad de Copenhague, que se inauguró el 3 de marzo de 1921 como Instituto de Física Teórica. Sus conferencias de Gotinga, que dio en el verano de 1922, se hicieron conocidas internacionalmente y pasaron a la historia científica como el “Festival Bohr”. En 1922 logró explicar la estructura de la tabla periódica de los elementos a partir del modelo atómico ampliado por Arnold Sommerfeld, en el que asumió un modelo de capa. El 10 de diciembre de 1922 recibió el Premio Nobel de Física por sus investigaciones sobre la estructura atómica y la radiación emitida por los átomos. Ese mismo año nació su hijo Aage Niels Bohr, quien también recibió el Premio Nobel de Física en 1975.

      Más trabajo después del Premio Nobel editar

      En los años siguientes, el modelo atómico de Bohr y las modificaciones de la teoría atómica de Arnold Sommerfeld se expandieron aún más, hasta que la observación de la física atómica fue revolucionada por la formulación de la mecánica cuántica no relativista entre 1925 y 1927 (Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Dirac). . En 1924 Bohr publicó junto con Hendrik Anthony Kramers y John C. Slater la obra filosóficamente significativa "La teoría cuántica de la radiación" [6], en la que se cuestionaba por primera vez la estricta observancia de la ley de conservación de la energía y se reemplazaba por conservación estadística de la energía. En 1926/27 Werner Heisenberg dio una conferencia en el instituto Niels Bohr y a través de las discusiones entre los dos investigadores, el principio de incertidumbre de Heisenberg y el principio de complementariedad de Bohr se desarrollaron como las “interpretaciones de Copenhague” de la teoría cuántica, ambas publicadas en 1927. Se suponía que el principio de complementariedad garantizaba la coherencia entre las teorías formuladas y la ponderación de las observaciones reales, y más tarde también lo aplicó a principios fuera de la física.

      En los años siguientes, Bohr continuó centrándose en cuestiones de mecánica cuántica, [7] mientras que su modelo atómico ayudó a los pioneros de la investigación nuclear a comprender las propiedades elementales de los elementos químicos. El modelo ofrecía explicaciones sobre las valencias, el carácter metálico y no metálico de las sustancias, así como las propiedades iónicas. Él mismo trató de explicar las reacciones de los núcleos atómicos desencadenadas por el bombardeo con partículas e introdujo el término “núcleo compuesto” a tal efecto. En 1936 desarrolló dos nuevos modelos centrales, a los que llamó modelo de bolsa de arena y gota. Junto con John Archibald Wheeler, elaboró ​​la posibilidad de generar energía después de que Otto Hahn y Friedrich Wilhelm Straßmann llevaran a cabo la primera fisión nuclear.

      Durante la ocupación alemana de Dinamarca, Niels Bohr participó en la resistencia danesa. En 1943, él y su familia huyeron a Suecia, apoyados por los servicios secretos británicos y daneses. Allí solicitó con éxito al rey sueco y al ministro de Relaciones Exteriores asilo para sus compatriotas judíos. Luego viajó bajo el alias Nicholas Baker a Estados Unidos, donde realizó importantes trabajos teóricos preparatorios para la construcción de la bomba atómica estadounidense en Los Alamos. [8º]

      Después de la Segunda Guerra Mundial, Bohr fue parte integral de las discusiones sobre una posible cooperación europea para crear un laboratorio de física nuclear. Aunque inicialmente no estuvo de acuerdo con Pierre Auger sobre la ubicación del futuro CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire), participó en la conferencia de la UNESCO de 1952 que acogió el Consejo de Representantes de los Estados Europeos para la Planificación en el Laboratorio Internacional y la Organización de otros Formas de cooperación en investigación nuclear (Consejo de Representantes de los Estados europeos para la planificación de un laboratorio internacional y otras formas de cooperación en investigación nuclear) dio oficialmente el nombre de CERN. [9] [10]

      Después de la guerra regresó a Dinamarca y continuó su investigación sobre energía atómica en su antiguo cargo. Al mismo tiempo, sin embargo, advirtió contra su uso indebido, sobre todo en una carta abierta a las Naciones Unidas en 1950, y por lo tanto fue el ganador de 1957 de la "Premio Átomos por la Paz". Murió en Copenhague en 1962 y fue enterrado en el cementerio de asistencia.

      Su contribución más importante a la física fue el modelo atómico de Bohr, que presentó al público por primera vez en 1913. Representa un paso importante en el desarrollo de la mecánica cuántica.Otros conceptos que se pueden rastrear hasta él son el principio de correspondencia, que describe la transición de la mecánica cuántica a la mecánica clásica, y el principio de complementariedad, que establece que conocer ciertos mensurandos necesariamente significa ignorancia total de ciertos otros tamaños condicional. En su trabajo científico-crítico, Bohr consideró que lo que constituye un aparato depende de las respectivas prácticas de observación. [11]

      Además del Premio Nobel de Física en 1922, Niels Bohr recibió varios otros premios y galardones, entre ellos La Medalla Barnard en 1925 y el Premio Sonning de la Universidad de Copenhague en 1961. Fue presidente de la Real Academia de Ciencias de Dinamarca y presidente de la Comisión de Energía Atómica de Dinamarca. También fue miembro extranjero de la Royal Society en Londres, la Accademia dei Lincei en Roma, la Academia de Ciencias en Gotinga (desde 1921), la Academia Alemana de Científicos Naturales Leopoldina, [12] la Academia Nacional de Ciencias (1925) , la Royal Society of Edinburgh (1927), [13] la American Philosophical Society (1940), la American Academy of Arts and Sciences (1945), miembro correspondiente de la Bavarian Academy of Sciences (desde 1926) y la Académie des sciences ( desde 1937) [14] y otras asociaciones científicas internacionales. Además, recibió doctorados honoris causa de numerosas universidades de todo el mundo. Era el portador de la más alta orden danesa, la Orden del Elefante. Fue galardonado con la Orden de Pour le Mérite en 1954.

      Niels Bohr fue representado en el anverso del billete de 500 coronas del Banco Nacional de Dinamarca de 1997 a 2011, el cráter lunar Bohr recibió su nombre en 1964 y el asteroide (3948) Bohr en 1989.

      Das transurane, nicht natürlich vorkommende chemische Element mit der Ordnungszahl 107 wurde 1981 nachgewiesen und später Bohrium benannt als Kürzel im Periodensystem der Elemente wurde Bh festgelegt.

      Außerdem tragen zahlreiche physikalische Phänomene und Konzepte Bohrs Namen, allen voran das Bohrsche Atommodell (1913) mit den Bohrschen Bahnen. Weiterhin sind das Bohrsche Korrespondenzprinzip, der Bohr-Radius und das Bohrsche Magneton in die wissenschaftliche Terminologie eingegangen.

      Der Bohr-Effekt bei Hämoglobin ist allerdings nach seinem Vater, dem Physiologen Christian Bohr benannt.

      Das Kalium-Uranyl-Arsenat Nielsbohrit wurde im Jahr 2002 nach ihm benannt. [15]


      U. S. Army Research and Development Laboratories, Fort Belvoir, Va. 22060, USA.

      Wir danken Herrn Prof. Dr. J. Jaumann , II. Physikalisches Institut der Universität zu Köln, für die Arbeitsmöglichkeit in seinem Institut, Herrn Dipl.-Phys. H. J. Gläser , Institut für Angewandte Physik der Technischen Hochschule Clausthal, für seine Hilfe beim Dotieren und Kontaktieren und der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg, für die großzügige Unterstützung dieser Arbeit mit Sachmitteln und einem Doktorandenstipendium für einen von uns (W. K.). — Eine Reihe spezieller Bor-Proben stellte freundlicherweise die Wacker-Chemie, München, zur Verfügung.


      Ordnungszahl ZMassenzahl AAtommasse in uHäufigkeit
      in %
      Art der Strahlung
      und Energie in MeV
      Halbwertszeit
      51010,012 93919,9%
      1111,009 30580,1%

      Ähnlich wie Kohlenstoff gehört Bor zu den Nichtmetallen und tritt in mehreren Modifikationen auf. Neben dem schwarzen, glasig-amorphen Bor sind vier kristalline Modifikationen bekannt. Bor ist recht hitzebeständig und leitet den elektrischen Strom nicht. Seine Schmelz- und Siedetemperatur liegt ausgesprochen hoch. Bor ist unedel und wirkt als starkes Reduktionsmittel. Bei Zimmertemperatur ist Bor jedoch reaktionsträge. Je nach vorliegender Modifikation reagiert Bor bei höheren Temperaturen (ab 700 °C) mit Luftsauerstoff und brennt mit rötlicher Flamme. Bor reagiert mit Halogenen zu Borsalzen.


      Mit Bor und Bier Stickstoff reduziert

      Die industrielle Umwandlung von Stickstoff in Ammonium liefert Dünger für die Landwirtschaft. Würzburger Chemiker haben diese Umwandlung nun bei Raumtemperatur, niedrigem Druck und mit leichten Elementen erreicht.

      Die Menschheit ist auf das Ammonium in synthetischem Dünger angewiesen, um ihre Ernährung zu sichern. Doch die Herstellung von Ammonium aus Stickstoff ist äußerst energieintensiv und erfordert den Einsatz von Übergangsmetallen.

      Einer Forschungsgruppe der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg ist es nun gelungen, Stickstoff bei Raumtemperatur, niedrigem Druck und ohne Übergangsmetalle in Ammonium umzuwandeln. Das berichtet ein Team unter Leitung des JMU-Wissenschaftlers Professor Holger Braunschweig in der Zeitschrift Nature Chemistry.

      Ein neuer Werkzeugkasten für die Stickstoffbindung

      Die industrielle Herstellung von Ammonium, das so genannte Haber-Bosch-Verfahren, erfordert hohe Temperaturen und Drücke. Sie verbraucht schätzungsweise etwa zwei Prozent der gesamten auf der Erde erzeugten Energie. Dieser Prozess stützt sich auf Übergangsmetalle, das sind relativ schwere und reaktive Atome.

      Im Jahr 2018 gelang dem Team von Professor Braunschweig die Bindung und chemische Umwandlung von Stickstoff mit Hilfe eines Moleküls, das nur aus leichteren, nichtmetallischen Atomen besteht. Ein Jahr später demonstrierte es mit einem ähnlichen System die erste Kombination von zwei Stickstoffmolekülen im Labor. Diese Reaktion war zuvor nur in der oberen Erdatmosphäre und unter Plasmabedingungen beobachtet worden.

      Der Schlüssel zu diesen beiden Entdeckungen war die Verwendung von Bor, dem fünftleichtesten Element, als Atom, an das der Stickstoff bindet. „Nach diesen beiden Entdeckungen war klar, dass wir ein ganz besonderes System in den Händen hatten“, sagt Braunschweig.

      Einfach Wasser hinzufügen

      Obwohl dieses System Stickstoff bindet und umwandelt, fehlte noch die Hälfte der Puzzleteile.

      „Wir wussten, dass die vollständige Umwandlung von Stickstoff in Ammonium eine große Herausforderung darstellen würde, da sie eine komplexe Abfolge chemischer Reaktionen erfordert, die oft nicht miteinander kompatibel sind", erklärt der JMU-Professor.

      Der Durchbruch gelang mit einfachsten Reagenzien: Spuren von Wasser, die in einer Probe zurückblieben, reichten aus, um eine Folge von Reaktionen zu fördern, die das Team bis auf einen einzigen Schritt an das Ziel „Ammonium erzeugen“ heranbrachte. Später wurde entdeckt, dass die Schlüsselreaktionen mit einer festen Säure so durchgeführt werden konnten, dass die Reaktionen in einem einzigen Reaktionskolben bei Raumtemperatur nacheinander ablaufen konnten.

      Ammonium mit Bier herstellen

      Als das Team erkannt hatte, dass die Reaktion selbst mit einfachen Reagenzien wie Wasser zu funktionieren schien, wiederholte es sie mit dem Bier der örtlichen Brauerei Würzburger Hofbräu. Zu ihrer Freude konnten die Chemiker auch damit die Vorstufe von Ammonium erzeugen.

      „Dieses Experiment haben wir aus Spaß gemacht. Aber es zeigt, wie tolerant das System gegenüber Wasser und anderen Verbindungen ist“, erklärt Postdoc Dr. Marc-André Légaré, der die Studie initiiert hatte.

      „Die Reduktion von Stickstoff zu Ammonium ist eine der wichtigsten chemischen Reaktionen für die Menschheit. Dies ist zweifellos das erste Mal, dass sie mit Bier gemacht wurde, und es ist besonders passend, dass dies in Deutschland passiert ist", sagt Dr. Rian Dewhurst, Akademischer Oberrat und Koautor der Studie.

      Viel Arbeit zu erledigen

      Diese Ergebnisse sind zweifellos aufregend, aber noch weit von der Anwendung in der industriellen Produktion von Ammonium entfernt. Es muss noch ein Weg gefunden werden, um den gesamten Prozess energieeffizient und wirtschaftlich zu gestalten.

      Trotzdem demonstriert die Entdeckung, dass auch leichtere Elemente selbst die größten Herausforderungen in der Chemie meistern können. „Hier gibt es noch viel zu tun, aber Bor und die anderen leichten Elemente haben uns schon so oft überrascht. Sie sind eindeutig zu so viel mehr fähig“, sagt Holger Braunschweig.

      Publikation

      One-Pot, Room-Temperature Conversion of Dinitrogen to Ammonium at a Main-Group Element. Marc-André Légaré, Guillaume Bélanger-Chabot, Maximilian Rang Rian D. Dewhurst, Ivo Krummenacher, Rüdiger Bertermann, Holger Braunschweig. Nature Chemistry, 14 September 2020, DOI: 10.1038/s41557-020-0520-6 https://www.nature.com/articles/s41557-020-0520-6.

      Kontakt

      Prof. Dr. Holger Braunschweig, Institut für Anorganische Chemie und Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor, Universität Würzburg, T +49 931 31-85260, [email protected]

      Förderer

      Diese Forschungsarbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Alexander-von-Humboldt-Stiftung und dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada finanziell unterstützt.


      die Ordnungszahl eines Elementes gibt an, wieviele Protonen sich im Kern befinden. Das heisst im Atomkern eines Boratoms befinden sich 5 Protonen. Da das Element neutral ist (also eine Ladung besitzt), hat das Boratom auch 5 Elektronen. Diese sitzen aber nicht im Kern sondern in der Elektronenhülle. Elektronen sind in Schalen angeordnet. Die innerste Schale kann maximal 2 Elektronen fassen. Somit sind 2 e- in der innersten Schale und die anderen 3 befinden sich in der zweiten Schale (weshalb Bor auch in der 2. Periode befindet). Die Anzahl Neutronen, die sich wiederum im Kern befinden, variiert je nach Isotop. (hier ein nützlicher Link: http://de.wikihow.com/Die-Anzahl-an-Protonen,-Neutronen-und-Elektronen-bestimmen)

      Nun ist die Frage nach dem Gewicht von 1 Mol Bor. Dazu benutzen wir folgende Formel:

      m = n*M, wobei m das Gewicht, n die Stoffmenge in Mol und M die molare Masse ist. Wir wollen das Gewicht von 1 Mol wissen und Bor hat die molare Masse 10.81 g/mol. Somit ergibt sich folgende Rechnung:


      Video: Training. Chris Wilders First Session (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Evrawg

    Volvamos a un tema

  2. Elgine

    Esta es la excelente variante.

  3. Kigara

    Considero, que estás equivocado. Lo sugiero que debatir. Escríbeme en PM, nos comunicaremos.

  4. Sterne

    Estoy de acuerdo, si con censura :)

  5. JoJoshura

    ¡Buen post! Fue interesante para mí leer. Ahora veré tu blog aún más a menudo.

  6. Coigleach

    No es verdad.

  7. Darvin

    Considero que no estás bien. Puedo probarlo.



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