Хүчлийн бус цагаан эрдэс боратаас бор нэгдлүүдийг гаргаж авах — Шилийг цэвэрлэж, хайлуулж, бэхжүүлдэг цөлийн эрдэс

Бор (B, атомын дугаар 5, атомын жин 10.81) нь хамгийн хөнгөн металлоид бөгөөд металл болон металл бус элементүүдийн шинж чанарыг хоёуланг нь агуулдаг. Цэвэр элементийн хэлбэрээрээ энэ нь 2076 °C хайлах цэгтэй, маш хатуу, хар, хагас дамжуулагч хатуу бодис боловч цэвэр бор бараг тохиолддоггүй. Арилжааны хувьд чухал хэлбэрүүд нь бор оксид (B₂O₃), бура (Na₂B₄O₇·10H₂O), болон борын хүчил (H₃BO₃) юм.

Борын гол химийн шинж чанар нь хүчилтөрөгчтэй хүчтэй коваленттэй холбоо үүсгэх чадвар бөгөөд энэ нь шил болон керамикийн сүлжээнд нэгддэг BO₃ гурвалжин нэгж, BO₄ тетраэдрүүдийг үүсгэдэг. Цахиурын шилэнд нэмэгдэхэд бор оксид зарим SiO₄ тетраэдрүүдийг BO₃ гурвалжнаар сольж, илүү нээлттэй, дулааны өргөтгөл багатай сүлжээ үүсгэдэг — тийм ч учраас боросиликатын шил (Pyrex) дулааны цохилтод тэсвэртэй байдаг. Мөн оксид уусгах шинж чанар нь бурыг металл боловсруулалтын шилдэг урсгал бодис болгодог: гагнуурын температур (800+ °C) дээр хайлсан бура төмрийн исэл, зэсийн исэл болон бусад гадаргуугийн хуримтлалыг уусгаж, металлын хооронд цэвэр холбоо бүрдүүлдэг.

Хүнд бурууг эрдсийн нийлүүлэгчээс эсвэл эвапоритын ордууд бүхий нутагт шууд хуурай нуурын ёроолоос олж авна. Байгалийн боракс (tincal) нь цагаан хүртэл саарал призм хэлбэрийн моноклин талстуудаар бүтнэ, ихэвчлэн гадаргуу дээр гүйцэтгэгдсэн нунтаг цагаан tincalconite давхаргатай (пентагидрат, гадаргуугийн усгүйжилтээр үүсдэг). Арилжааны боракс ('20 Mule Team Borax' гэх мэт) аль хэдийн цэвэршүүлэгдсэн тул шууд ашиглаж болно — талсжилтын хувьд 5-р алхам руу шилжинэ үү.

Байгалийн эх үүсвэрээс авсан түүхий боракс нь шавар, элс, давс (NaCl) болон бусад эвапоритын эрдсийг бохирдуулагч болгон агуулна. Цэвэршүүлэх процесс нь боракс халуун усанд сайн уусдаг (80 °C-т 100 мл-т 25.2 г) ба хүйтэн усанд бага уусдаг (20 °C-т 100 мл-т 2.5 г) шинж чанарыг ашигладаг. Энэ 10:1 уусах харьцаа нь дахин талсжилтыг маш үр дүнтэй цэвэршүүлэх арга болгодог.

100 грамм сирий буураг жинлээд, 80–90 °C хүртэл халаасан 400 мL устай дулаанд тэсвэртэй шилэн авсаар нэмнэ. Бүх уусдаг материал уусах хүртэл эрчтэй хутгана — энэ нь 5–10 минут үргэлжилнэ. Уусмал тунгалаг эсвэл бага зэрэг бүдгэр байх ёстой. Уусдаггүй хольцууд (шавар, элс, төмрийн исэл) ёроолд утаа хэлбэрээр үлдэх эсвэл түдгэлзсэн тоосонцор хэлбэрээр үлдэнэ.

Хэрэв уусмал их өнгөтэй (төмөр эсвэл органик бодисоос шар эсвэл бор) бол бага хэмжээний (1–2 грамм) идэвхжүүлсэн нүүрс нэмж, 5 минут хутгаад, дараа нь шүүлтрүү шилжинэ. Идэвхжүүлсэн нүүрс өнгөт хольц болон органик бохирдуулагчийг шингээнэ. Уусмал тунгалаггүй болтол их нүүрс бүү нэм — хөнгөн боловсруулалт хангалттай.

Бура (борааны давс) уусмалыг шүүгчийн цаас дээр, шүүгчийг ашиглан халуун хэвээр нь, 70 °C-аас дээш байх үед шүүнэ — шүүлтийн явцад уусмал хүйтэрвэл бура цаасан дээр талстжиж, нүхийг нь бөглөж, шүүлтийг боломжгүй болгоно. Шүүхээс өмнө шүүгч болон хүлээн авах саванг халуун усаар урьдчилан дулаацуулна. Хурдан ажиллана.

Шүүгдсэн уусмал тунгалаг талст шиг цэвэр байх ёстой. Хэрэв бүрхэг хэвээр байвал шинэ шүүгчийн цаасаар дахин шүүнэ. Шүүгчийн цаасан дээрх үлдэгдэл нь уусдаггүй хольцууд бөгөөд үүнийг хаяна. Тунгалаг шүүгдсэн уусмалд цэвэр уусан бура болон түүхий материалд байсан уусдаг давсууд (голлон NaCl) агуулагдана.

Цэвэр халуун шүүлтийг цэвэр шилэн саванд шилжүүлж, тоос орохоос сэргийлэн бага зэрэг таглаад, 12–24 цагийн турш өрөөний температур хүртэл удаан хөргөнө. Уусмал хөрч байх тусам бура нь том, сайн хэлбэржсэн моноклиник призм хэлбэрээр талстжина — тунгалаг буюу цагаан, ихэвчлэн 1–3 см урттай. Удаан хөргөх нь илүү том, цэвэр талст үүсгэдэг; хурдан хөргөх нь бохирдол агуулсан жижиг, цэвэршилт багатай талст үүсгэдэг.

NaCl болон бусад уусдаг бохирдлууд уусмалд үлддэг, учир нь тэдгээрийн уусах чанар температураас ихээр хамаардаггүй. Энэ нь цэвэршүүлэх механизм юм: бура уусмалаас тунадасждаг, харин NaCl уусмалд үлддэг. Талстжилт дууссаны дараа шингэн уусмалыг (үлдсэн шингэнийг) болгоомжтойгоор асгана (декантлана). Саванд ёроол болон хажуу талд үлдсэн талстууд нь цэвэршсэн бура — Na₂B₄O₇·10H₂O.

Талстуудын гадаргуу дээр наалдсан эх шингэний үлдэгдлийг арилгахын тулд талстуудыг маш бага хэмжээний мөсөн хүйтэн усаар богино хугацаанд зайлна. Аль болох бага ус хэрэглэ — бура уусдаг тул угаах болгонд гарц буурна. 10–15 секундын хурдан зайлалт хангалттай. Угаасан талстуудыг цэвэр шүүлтүүрийн цаасан дээр тараан, өрөөний температурт хэдэн цагийн турш агаарт хатаа.

Цэвэршүүлсэн бура талстууд ил тод эсвэл цагаан, шилэн гялалзсан байх ба гадаргуугийн давхарга нь ус алдаж тинкалконит (Na₂B₄O₇·5H₂O) үүсгэснээр хэдэн өдрийн дотор аажмаар цагаан нунтаг гадаргуу үүсгэнэ. Үүнийг эфлоресценц гэх бөгөөд энэ нь хэвийн бөгөөд химийн шинж чанарт нөлөөлөхгүй. Удаан хугацаанд хадгалахын тулд битүү савд хийгээрэй. Хатаасан талстуудыг жинлээд цэвэршүүлэлтийн гарцыг тооцоолно уу.

Металл боловсруулах флюсын хэрэглээнд зориулж бура кальцинжуулах шаардлагатай — талстжилтын усыг зайлуулахын тулд халаана. 50 грамм цэвэршүүлсэн бурын талстыг шатахгүй тигельд хийж, аажмаар 350–400 °C хүртэл халаана. Бура эхлээд өөрийн талстжилтын усанд уусдаг (талстууд ойролцоогоор 75 °C-т хайлдаг мэт харагдана), дараа нь ус буцалхад эрчимтэй хөөсөрнө. Хөөс маш их байдаг тул халуун материалын эзлэхүүнээс дор хаяж гурав дахин их багтаамжтай тигель ашиглана.

Хөөс зогстол халаалтыг үргэлжлүүлж, материал нягт, шилэн цагаан хатуу бодис болтол хөгжнө — энэ бол ангидрит бура (Na₂B₄O₇), бас бурын шил эсвэл хайлсан бура гэж нэрлэгддэг. Жингийн алдагдал ойролцоогоор 47% байх ёстой (10 усны молекул нь бура декагидратын молекулын жингийн 47.2%-ийг эзэлдэг). Хөргөөд, шилэн масс нунтаг болтол бутлана. Энэ хэлбэрийг алтан эдлэлчид, мөнгөчид, цэвэрлэгч нар гагнуур ба зөөлөн гагнуурын флюс болгон ашигладаг.

50 грамм цэвэршүүлсэн буурыг 200 мL халуун усанд уусга. Уусмал pH 4–5 болтол (лакмус эсвэл pH цаасаар шалга) байнга хутгаж байхад шингэрүүлсэн давсагны хүчлийг (10% HCl) аажмаар нэм. Урвал: Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O → 4H₃BO₃ + 2NaCl. Бура нь борын хүчил болон натрийн хлорид болж хувирна.

Хүчиллэгдсэн уусмалыг өрөөний температурт аажмаар хөргөж, дараа нь хөргөгч эсвэл мөсөн ванн дотор хүйтэлгэ. Борын хүчил нь цагаан, сувдан шиг, хавтгай хавтан хэлбэртэй талстууд болж талстжина — буурын призм хэлбэртэй талстуудаас тодорхой ялгаатай. Борын хүчил хүйтэн усанд (0 °C-д 2.5 г/100 mL) NaCl-ээс (35 г/100 mL) хамаагүй бага уусдаг тул давс уусмалд үлдэх үед борын хүчил талстжина. Шүүж, мөсөн хүйтэн усаар товчхон зайлж, хатаана.

Хамгийн эцсийн функциональ туршилт: шатаасан бурхныг брезинг эсвэл ковкийн гагнуурын урсгал болгон ашигла. Исэлдсэн төмөр эсвэл зэсийн хэсэг дээр бүдэг улаан хүртэл халаасны дараа бурхны нунтгийн бага хэмжээг цацна. Бурх хайлж, тод, шилэн шингэн болж, харанхуй исэлийн хальсыг харагдахуйц уусгаж, доор цэвэр, гялалзсан металл гадаргуу үлдээнэ. Энэ бол бурхыг олон зуун жилийн турш металлчдад чухал болгосон шинж чанар юм — хүртээмжтэй температурт өөр ямар ч түгээмэл материал металлын исэлийг ийм үр дүнтэй уусгадаггүй.

Ковкийн гагнуурын туршилтын хувьд: хоёр ширхэг зөөлөн төмрийг тод шар-цагаан болтол халааж, холбогдох гадаргуу дээр бурх цацаад, хамт цохино. Бурхан урсгал нь үе дээр исэл үүсэхээс сэргийлж, бат бөх гагнуур үүсгэнэ. Урсгалгүйгээр исэлийн давхарга саад болж, гагнуур амжилтгүй болно. Ажиглагдсан зан төлөвөө — хайлах цэг, шингэнлэг, исэл уусгах хурд — тэмдэглэж, арилжааны урсгалын бүтээгдэхүүнтэй харьцуулаарай.

Бор нь химийн хамгийн тод бөгөөд онцлог дөлний өнгөнүүдийн нэг болох ярхай ногоон дөл ялгаруулдаг. Жижиг хэмжээний борны хүчлийг дулаанд тэсвэртэй аяганд метанолд (метил спирт) уусгана. Метанолыг асаахад энэ нь хүчтэй, гялалзсан ногоон дөлтэй шатна, учир нь дэгдэмхий триметил борат (B(OCH₃)₃) үүсч шатдаг. Энэ бол сонгодог 'ногоон гал'-ын үзүүлбэр бөгөөд борын агууламжийг үл маргаан батлах арга юм.

Өөр дөлний туршилт: цэвэр платин эсвэл нихромын утасны гогцоог төвлөрсөн хлорцутрагийн хүчилд, дараа нь борны хүчлийн нунтагт дүрж, хийн дөлд барина. Ногоон өнгө нь метанолын аргаас богино, сул боловч тодорхой харагдана. Ногоон дөл нь өдөөгдсөн BO₂ молекулын хэсгүүдийн ялгаралтаас үүсдэг бөгөөд энэ нь борт онцлог бөгөөд ямар ч нийтлэг бохирдуулагчаас үүсдэггүй. Борын нэгдлийг амжилттай тусгаарласныг батлах байдлаар дөлний өнгө ба эрчмийг бүртгэ.