โบรอนเป็นองค์ประกอบอเนกประสงค์ มันเป็นสารอาหารที่สำคัญสำหรับพืชองค์ประกอบสำคัญในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์และส่วนผสมหลักของของเหลวที่แปลกประหลาดที่เรียกว่าoobleck-
ตั้งอยู่ถัดจากคาร์บอนบนตารางธาตุขององค์ประกอบโบรอนเป็น metalloid ซึ่งเป็นสารที่มีคุณสมบัติทั้งโลหะและไม่ใช่โลหะ มันเป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนเช่นเดียวกับศาสตราจารย์ Artem Oganov ศาสตราจารย์ของ Stony Brook Universityบอกกับ New York Timesในปี 2009
“ โบรอนเป็นองค์ประกอบของโรคจิตเภทอย่างแท้จริง” Oganov กล่าว “ มันเป็นองค์ประกอบของความหงุดหงิดอย่างสมบูรณ์มันไม่รู้ว่ามันต้องการทำอะไรผลลัพธ์เป็นสิ่งที่ซับซ้อนอย่างน่ากลัว”
สารประกอบของโบรอนโดยเฉพาะน้ำประสานทองมนุษย์ถูกใช้มานานหลายพันปีตามสารเคมี- บอแรกซ์ (โซเดียม tetraborate) เกิดขึ้นตามธรรมชาติในระหว่างการระเหยของทะเลสาบเกลือบางแห่งตาม Azomเว็บไซต์อ้างอิงออนไลน์สำหรับชุมชนวิทยาศาสตร์และวัสดุด้านวัสดุ ในศตวรรษที่แปดโฆษณาบอแรกซ์ถูกส่งออกจากทะเลสาบทิเบตตามเส้นทางสายไหมเพื่อใช้งานโดยช่างทองชาวอาหรับและเงิน นอกจากนี้ยังใช้ในการทำแว่นตาเซรามิกจีน-
การใช้ Echo ในช่วงต้นเหล่านี้ในชื่อของ Borax (และในที่สุด Boron's) ชื่อ: คำนั้นมาจากภาษาอาหรับ "Buraq" หรือสีขาว อย่างไรก็ตามองค์ประกอบนั้นไม่ได้ถูกสกัดจนกระทั่งปี 1808 ตามราชสมาคมเคมี- ถึงกระนั้นนักเคมีก็ยังไม่สามารถรับโบรอนได้ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ เป้าหมายนั้นยังไม่ถึงจนกระทั่งหนึ่งศตวรรษต่อมาในปี 1909 เมื่อนักเคมี Ezekiel Weintraub แยกโบรอนบริสุทธิ์ 99 เปอร์เซ็นต์
เพียงแค่ข้อเท็จจริง
ตามที่เจฟเฟอร์สันแล็บคุณสมบัติของโบรอนคือ:
- จำนวนอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส): 5
- สัญลักษณ์อะตอม (บนตารางธาตุเป็นระยะ): B
- น้ำหนักอะตอม (มวลเฉลี่ยของอะตอม): 10.81
- ความหนาแน่น: 2.37 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
- เฟสที่อุณหภูมิห้อง: ดิน
- จุดหลอมเหลว: 3,767 องศาฟาเรนไฮต์ (2,075 องศาเซลเซียส)
- จุดเดือด: 7,232 องศา F (4,000 องศา C)
- จำนวนไอโซโทป (อะตอมขององค์ประกอบเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน): 6
- ไอโซโทปที่พบมากที่สุด: B-10 (ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ 19.9 เปอร์เซ็นต์) และ B-11 (ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ 80.1 เปอร์เซ็นต์)
ooky oobleck
ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของ Borax โบรอนเป็นองค์ประกอบของครัวเรือนที่พบได้บ่อยมากที่พบในผงซักฟอกหลายชนิด (เคล็ดลับสำหรับโปร: วิธีการแก้ปัญหา Borax-sugar จะฆ่ามดด้วย) นอกจากนี้ยังอยู่ในสูตรสำหรับ Goop Oobleck วิทยาศาสตร์ซึ่งเป็นของเหลวที่มีคุณสมบัติแปลก ๆ ส่วนผสมของสารละลายบอแรกซ์และกาวเหลวสร้างสารที่เป็นของเหลวเมื่อมันถูกเท แต่แข็งเมื่ออยู่ภายใต้ความกดดันOobleck เป็นของเหลวที่ไม่ใช่นิวตันซึ่งหมายความว่าความหนืดของมันขึ้นอยู่กับแรงเฉือนที่ใช้กับมัน กาวและ oobleck เข้าร่วมเพื่อสร้างโมเลกุลพอลิเมอร์ที่ยาวและบาง "แตะ" หรือแรงดันที่แข็งแกร่งบังคับให้โมเลกุลในของเหลวเข้าด้วยกันสร้างของแข็ง การเคลื่อนไหวที่ช้าเช่นการเทหรือการกระตุ้นอย่างอ่อนโยนช่วยให้โมเลกุลไหลเข้าหากันทำให้ oobleck ทำงานเหมือนของเหลว แนวคิดเดียวกันคือสิ่งที่ทำให้ Putty โง่ทั้งสามารถไหลและตีกลับได้ (oobleck สามารถทำด้วยส่วนผสมของแป้งข้าวโพดและน้ำ)
แต่โบรอนไม่ได้สนุกและเกมทั้งหมด ไอโซโทป Boron-10 เกิดขึ้นได้อย่างยอดเยี่ยมในการดูดซับนิวตรอน สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับฟิชชันนิวเคลียร์ซึ่งขับเคลื่อนโดยการดูแลนิวตรอนที่ทำให้อะตอมยูเรเนียมแยกออกจากกัน กุญแจสำคัญในกระบวนการนี้คือการปรับสมดุลเพื่อให้เหตุการณ์ฟิชชันทุกครั้งก่อให้เกิดเหตุการณ์ฟิชชันอีกหนึ่งเหตุการณ์ มิฉะนั้นปฏิกิริยาจะเร่งความเร็วเหมือนรถไฟที่หลบหนีและเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการกล่าวถึงว่าเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ข่าวร้ายรอบตัว
เพื่อให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์มีความสมดุลเครื่องปฏิกรณ์จะติดตั้งอุปกรณ์ที่เรียกว่าแท่งควบคุมซึ่งมักจะทำจากโบรอนหรือองค์ประกอบอื่น ๆคณะกรรมการกำกับดูแลนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ- โบรอนดูดซับนิวตรอนส่วนเกินป้องกันไม่ให้พวกมันอยู่ในอะตอมยูเรเนียมมากเกินไป
ใครจะรู้?
- โบรอนอาจเป็นกุญแจสำคัญในการวิวัฒนาการของชีวิตบนโลก องค์ประกอบเสถียร ribose ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ RNA โมเลกุลที่ประกอบตัวเองซึ่งอาจมีก่อนหน้า DNA (ไวรัสเป็นสิ่งสำคัญในการสำรวจ RNA strands) การศึกษาเดือนมิถุนายน 2014 พบว่ามีโบรอนอยู่ในหินที่เก่าแก่ที่สุดบนโลกซึ่งย้อนหลังไปถึง 3.8 พันล้านปี การวิจัยนี้พิสูจน์ให้เห็นว่าโลกยุคแรกมีส่วนผสมที่จำเป็นในการสร้าง RNA
- หรือบางที RNA แรกที่ได้โบรอนจากอวกาศ การศึกษาปี 2013 พบว่าอุกกาบาตดาวอังคารที่ลงจอดในแอนตาร์กติกามีโบรอน 10 เท่าของวัตถุต่างดาวใด ๆ ที่วัดก่อนหน้านี้
- โบรอนในรูปแบบผลึกของมันเป็นองค์ประกอบที่ร้อนแรงที่สุดเป็นอันดับสองที่อยู่เบื้องหลังคาร์บอน (ในรูปแบบเพชร)สารเคมี-
- ซึ่งแตกต่างจากองค์ประกอบหลายอย่างซึ่งเกิดขึ้นในปฏิกิริยาฟิวชั่นภายในดวงดาวโบรอนเกิดขึ้นหลังจากบิ๊กแบงโดยกระบวนการที่เรียกว่าCosmic Ray Spallation- ในระหว่างกระบวนการนี้การชนกันของ Cosmic จะแยกนิวเคลียสของอะตอมทำให้เกิดฟิชชัน
งานวิจัยปัจจุบัน
โบรอนไม่มีแพ็ควัฒนธรรมป๊อปมากมาย แต่วิทยาศาสตร์มีหลายสิ่งที่จะพูดเกี่ยวกับองค์ประกอบที่น่าสนใจอย่างน่าประหลาดใจนี้ ตัวอย่างเช่นนักชีววิทยาพืชรู้จักกันมานานว่าไม่มีโบรอนพืชไม่เติบโต องค์ประกอบเป็นสารอาหารที่จำเป็น
แต่ทำไม? ไม่มีใครรู้จนถึงเดือนสิงหาคม 2014 เมื่อนักวิจัยที่ University of Missouri ได้รับคำตอบ โบรอนพบว่ามีความสำคัญต่อเซลล์ต้นกำเนิดของพืช ส่วนของพืชที่เรียกว่า meristems ทำจากเซลล์ต้นกำเนิดซึ่งตัวเองสามารถก่อให้เกิดเซลล์ที่แตกต่างกันทั้งหมดที่ประกอบขึ้นเป็นพืช ไม่มีโบรอนmeristems เหล่านี้เหี่ยวแห้งนักวิจัยรายงานในวารสารเซลล์พืช ในสหรัฐอเมริกาตะวันออกเกษตรกรต้องเสริมดินด้วยโบรอนเพื่อเพิ่มผลผลิตพืชผล
โบรอนอาจเป็นประโยชน์ต่อเทคโนโลยีเช่นกัน ในเดือนกรกฎาคม 2014 นักวิจัยค้นพบ Boron "Buckyball" แรกโครงสร้าง cagelike คล้ายกับคาร์บอนบอลบอลคาร์บอนที่มีรูปลูกฟุตบอลซึ่งมักใช้ในนาโนเทคโนโลยีคาร์บอนโครงสร้างนาโน (รู้จักกันในชื่อ Fullerenes) ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1980 และพวกเขาได้รับการกระตุ้นให้เกิดการวิจัยในการตามล่าหากลุ่มอะตอมอื่น ๆ ที่น่าสนใจ
“ ถ้าคุณดูองค์ประกอบของกลุ่มหลักไม่มีจุดเริ่มต้นที่ดีไปกว่าโบรอน” Lai-Sheng Wang นักเคมีจาก Brown University ผู้ค้นพบ Boron Buckyball คนแรกกล่าว โบรอนอะตอมผูกพันกันอย่างรุนแรงวังบอกกับวิทยาศาสตร์สดและองค์ประกอบมีจุดหลอมเหลวที่สูงมาก มันเป็นเรื่องยาก
วังและเพื่อนร่วมงานของเขาเริ่มต้นด้วยการรวมกลุ่มของอะตอมโบรอนเข้าด้วยกันเพื่อดูรูปร่างที่พวกเขาต้องการในขณะที่พวกเขาผูกมัดกระบวนการที่ต้องการให้พวกเขาใช้เลเซอร์เพื่อกำจัดอิเล็กตรอนออกจากคลัสเตอร์ ความเร็วในการขับออกจากอิเล็กตรอนสามารถใช้เพื่อกำหนดว่ามันถูกผูกมัดในคลัสเตอร์อะตอมในตอนแรกช่วยให้นักวิจัยสามารถแมปโครงสร้างซึ่งพวกเขาเรียกว่า borospherene
เมื่ออะตอมโบรอน 39 หรือน้อยกว่าเชื่อมโยงกันพวกเขาจะกลายเป็นโครงสร้างแบน แต่ที่ 40,โครงสร้างกลายเป็น "กรง" ทรงกลม "นักวิจัยรายงานในวารสาร Nature Chemistry
วังและทีมของเขายังค้นพบว่าโครงสร้างแบนของโบรอนบางอย่างอาจมีประโยชน์มาก ในการวิจัยที่ตีพิมพ์ในเดือนมกราคม 2014 ในวารสาร Nature Communications นักวิทยาศาสตร์พบว่า 36 อะตอมของโบรอนจะสร้างดิสก์ที่มีรูหกเหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบตรงกลาง-การจัดเรียงที่ทฤษฎีทำให้เป็นไปได้ที่จะสร้างแผ่นโบรอนหนาหนึ่งอะตอม หากสามารถสร้างแผ่นดังกล่าวได้มันจะเป็นโบรอนที่เทียบเท่ากับกราฟีนซึ่งเป็นโมเลกุลคาร์บอนหนาอะตอมกราฟีนถือสัญญาอย่างมากสำหรับเทคโนโลยีเพราะมันเป็นตัวนำที่มีราคาถูกและมีความยืดหยุ่น
เวอร์ชัน Boron - หรือ "โบโรฟีน"ในขณะที่วังและเพื่อนร่วมงานของเขากำลังเรียกมันว่า - อาจมีแอพพลิเคชั่นที่คล้ายกันในฐานะตัวนำไฟฟ้าและความร้อน แต่นักวิจัยยังไม่แน่ใจพวกเขาจะต้องทำแผ่นโบโรฟีนจริงก่อนแล้วทดสอบคุณสมบัติของพวกเขา
“ บางครั้งเมื่อคุณไปห้องแล็บและทำสิ่งเหล่านี้ธรรมชาติมีวิธีของตัวเอง” วังกล่าว
ติดตามวิทยาศาสตร์สด@livescience-Facebook-Google+-
ทรัพยากรเพิ่มเติม
- อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทดลองที่ Brown University เพื่อสร้างไฟล์วัสดุ graphenelike โดยใช้โบรอน-
- ค้นหาข้อเท็จจริงเพิ่มเติมเกี่ยวกับโบรอนที่ราชสมาคมเคมี-
- เรียนรู้เกี่ยวกับประวัติศาสตร์แหล่งที่มาและคุณสมบัติของโบรอนจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos-
