ÖNEMLİ BOR BİLEŞİKLERİ Melike YILDIRIM, Berkay İLYAS Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kurupelit / Samsun mellike_yldrm@hotmail.com, berkayilyas@gmail.com 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. Ca 2 B 6 O 11.5H 2 O + 2H 2 SO 4 + 6H 2 O 2CaSO 4. 2H 2 O + 6H 3 BO 3 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. Na 2 B 4 O 7.10H 2 O nun Kimyasal Yapısı Şekil 4. Boraksta Hidrojen Bağlı [B 4 O 5 (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 B 2 O 3 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]. B 2 O 3 + 2NH 3 2BN + 3H 2 O 4.1.HEGZANOL BOR NİTRÜR Şekil 5. Bor nitrür eldesi [2]. 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.