બૉરોન

બૉરોન : આવર્તક કોષ્ટકના 13મા (અગાઉના IIIજા) સમૂહનું રાસાયણિક અધાતુતત્વ. સંજ્ઞા, B. હમ્ફ્રી ડેવીએ 1807માં અને ગે-લ્યૂસૅક તથા થેનાર્ડે 1808માં બૉરિક ઍસિડમાંથી લગભગ એકીવખતે આ તત્વ શોધ્યું હતું. બૉરિક ઍસિડના અપચયન માટે ડેવીએ વિદ્યુતવિભાજનનો અને ગે-લ્યૂસૅક અને થેનાર્ડે પોટૅશિયમનો ઉપયોગ કર્યો હતો. 1892માં હેન્રિ મોઇસાંએ 98 % કરતાં વધુ શુદ્ધતાવાળું તત્વ મેળવ્યું હતું. 1909માં 99 % શુદ્ધ તત્વ મેળવી શકાયું હતું. તેના સ્રોત બૉરેક્સ અને કાર્બન સાથેના સામ્ય ઉપરથી ડેવીએ તેનું નામ બૉરોન bor(ax + carb)on સૂચવેલું.

ઉપસ્થિતિ : કુદરતમાં બૉરોન મુક્ત સ્વરૂપે મળી આવતું નથી, પરંતુ બૉરિક ઍસિડ, બૉરેક્સ અને બૉરેટ જેવાં સંયોજનો રૂપે મળી આવે છે. પૃથ્વીના પોપડામાં તેનું પ્રમાણ 0.001 % જેટલું છે. દરિયાના પાણીમાં તે એક લીટરે થોડાક મિગ્રા. જેટલું હોય છે. ઘણી માટીમાં તે સૂક્ષ્મમાત્રિક તત્વ તરીકે જ્યારે ટૂર્મલિન અને ડેટોલાઇટ જેવીં  સિલિકેટ ખનિજોમાં આવશ્યક તત્વ રૂપે રહેલું હોય છે. વનસ્પતિ માટે બૉરોન ઘણી અલ્પ માત્રામાં આવશ્યક તત્વ છે. પણ તેનું પ્રમાણ વધુ હોય તો વનસ્પતિ માટે તે વિષાક્ત બને છે.

જ્વાળામુખી-પ્રદેશોમાં બૉરોનની ખનિજો વધુ મળી આવે છે. દક્ષિણ મધ્ય અને નૈર્ઋત્ય એશિયા, એશિયામાઇનોર, ચીન, દક્ષિણ અમેરિકા, કૅલિફૉર્નિયા અને નેવાડા તથા કઝાખસ્તાન જેવા પ્રદેશોમાં બૉરેટના નિક્ષેપો મળી આવે છે. આર્જેન્ટીના, ઇટાલી અને તુર્કસ્તાન પણ બૉરેટના ઉત્પાદકો છે. તેની અગત્યની ખનિજો નીચે પ્રમાણે છે. સેસ્સોલાઇટ H₃BO₃; કોલેમનાઇટ કે ડોલેમાઇટ Ca₂B₆O₁₁·5H₂O અથવા Ca[B₃O₄(OH)₃]·H₂O; યુલેક્ઝાઇટ CaNaB₅O₉·8H₂O અથવા CaNa[B₅O₆(OH)₆]·5H₂O; કર્નાઇટ (રેઝોરાઇટ) Na₂O₉B₄O₇·4H₂O અને બોરેસાઇટ Mg₇B₁₀Cl₂O₃₀. બૉરોનની વિશ્વની અનામતો (B₂O₃ તરીકે) 31.5 કરોડ ટન જેટલી ગણાય છે, જેમાં તુર્કસ્તાન 45 %, યુ.એસ. 21 %, કઝાખસ્તાન 17 %, ચીન 8.6 % અને આર્જેન્ટીના 7.3 % ધરાવે છે. 1990માં અંદાજે 26.7 લાખ ટન જેટલા બૉરેટનું ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું છે.

ઉત્પાદન : બૉરોનના ઉત્પાદન માટે બૉરોનના ઑક્સાઇડ, હેલાઇડ, હાઇડ્રાઇડ અને અન્ય બૉરોન ધરાવતાં સંયોજનો વપરાય છે. આ પ્રકારનાં સંયોજનોમાંથી બૉરોન મેળવવા માટેની રીતોમાં વીજઉષ્મીય (electrothermic), વીજરાસાયણિક અને સીધી તાપ-અપઘટન (pyrolysis) જેવી પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. આ રીતોનું વર્ગીકરણ નીચે પ્રમાણે થઈ શકે :

(i) બૉરોન-ઑક્સિજન સંયોજનોનું સીધું ઉષ્મીય અપચયન (thermoreduction) :

B₂O₃ + 3Mg → 2B + 3MgO

આ માટે Li, Na, K, Be, Ca, Al, Fe જેવી અન્ય ધનવિદ્યુતીય ધાતુઓ પણ વાપરી શકાય છે, પણ નીપજ અસ્ફટિકમય મળે છે.

(ii) બોરોન હેલાઇડનું આલ્કલી ધાતુ વડે અપચયન :

BCl₃ + 3Na → B + 3NaCl

(iii) હેલાઇડનું હાઇડ્રોજન વડે અપચયન, દા.ત., ટેન્ટલમના તપાવેલા તાર (filament) પર BBr₃નું અપચયન :

2BBr₃ + 3H₂ → 2B + 6HBr

આ રીત દ્વારા > 99.9 % શુદ્ધ બૉરોન મળે છે. BI₃ આ માટે યોગ્ય નથી, જ્યારે BF₃ માટે 2000° સે. કરતાં ઊંચું તાપમાન જરૂરી બને છે.

(iv) બૉરેટનું કાર્બોષ્મીય (carbothermic) અપચયન :

Na₂B₄O₇ + 7C → 2Na + 7CO + 4B

(v) બૉરેન(હાઇડ્રોજન ધરાવતાં બૉરોન-સંયોજનો)નું ઉષ્મીય વિઘટન :

કોસેફ (1922) અને વૉર્થે (1923) આ પદ્ધતિ વર્ણવેલી છે.

(vi) પીગળેલા બૉરેટ અથવા બૉરોનયુક્ત સંયોજનોનું વિદ્યુત્વિભાજન :

આ પૈકી (i), (iii) અને (vi) ક્રમાંકની પદ્ધતિ બૉરોનના વ્યાપારી ઉત્પાદન માટે વપરાય છે. છેલ્લી પદ્ધતિમાં બૉરોનના B₂O₃, KBF₄ અને BF₃ જેવાં સંયોજનોને પીગળેલા KCl અને KF જેવા ક્ષારોમાં ઓગાળી વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી ભૂકા સ્વરૂપે બૉરોન મળે છે. કૂપર અને શીફરે KCl–KBF₄ કુંડિકા (bath) વાપરી બૉરોનના સતત ઉત્પાદન માટે આ પદ્ધતિ વિકસાવેલી. જોકે તેમાં બૉરોનની શુદ્ધિ 95 % જેટલી મળે છે.

ગુણધર્મો : સ્ફટિકીય બૉરોન અત્યંત કઠણ અને બરડ, ચાંદી જેવા રાખોડીથી કાળા રંગનો ઘન પદાર્થ છે. અસ્ફટિકી (amorphous) સ્વરૂપ ઓછું ઘટ્ટ અને ઘેરા-બદામીથી કાળા પાઉડર રૂપનું હોય છે. તે ઉષ્મા અને વિદ્યુતનું મંદવાહક છે. બૉરોનના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે પ્રમાણે છે :

પરમાણુભાર	10.811
પરમાણુક્રમાંક	5
ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	1s22s22p1
સમસ્થાનિકો (ભારાંક)	10 અને 11 (સ્થાયી); 8, 9 અને 12 (અસ્થાયી)
કઠિનતા (મોઝ માપક્રમ)	9.3
ઘનતા (ગ્રા./ઘસેમી.)	2.34
ગલનબિંદુ (°સે.)	2300°
ઉત્કલનબિંદુ (°સે.)	2500°
ન્યૂટ્રૉન અવશોષણ આડછેદ (બાર્ન)	3850 (10B); 0.05 (11B)
વિદ્યુત-ઋણતા	2.0

બૉરોન ત્રણ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવે છે અને ગુણે અધાત્વિક છે. બહારની કક્ષામાં ત્રણ ઇલેક્ટ્રૉન હોય તેવું તે ફક્ત એક જ અધાતુ તત્વ છે. તેનું વર્ગીકરણ ઉપધાતુ (metalloid) તરીકે થાય છે.

શુદ્ધ બૉરોન સામાન્ય તાપમાને લગભગ નિષ્ક્રિય હોય છે. ગરમ કરતાં તે હવા સાથે સંયોજાય છે, પણ પાણી સાથે સંયોજાતું નથી. 700° સે. તાપમાને હવામાં સળગીને તે બૉરોન ટ્રાયૉક્સાઇડ (B₂O₃) અને બૉરોન નાઇટ્રાઇડ (BN) આપે છે. ફ્લોરીન સાથે તે સામાન્ય તાપમાને સંયોજાય છે. બૉરોનના ત્રિહેલાઇડ રંગવિહીન બાષ્પશીલ સંયોજનો છે. ઊંચા તાપમાને તે હાઇડ્રોજન, જર્મેનિયમ, ટેલ્યુરિયમ અને ઉમદા વાયુઓ સિવાયનાં બધાં અધાતુતત્વો સાથે તેમજ લગભગ બધી ધાતુઓ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે.

ઊકળતા જલીય સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડની તેમજ પીગળેલા NaOHની (500° સુધી) તેના ઉપર અસર થતી નથી. જોકે 900° સે.એ Na₂CO₃/NaNO₃ના પીગળેલા મિશ્રણમાં તે ઓગળે છે. બિનઉપચાયક ઍસિડોની તેના પર અસર થતી નથી, જ્યારે ગરમ સાંદ્ર H₂SO₄/HNO₃ના 2 : 1 મિશ્રણમાં તે ઓગળે છે.

તેનાં બાષ્પશીલ સંયોજનો લીલી જ્યોતથી સળગે છે. ઊંચા તાપમાને વિદ્યુતભઠ્ઠીમાં ગરમ કરતાં બૉરોન Cu, Ag અને Au સિવાયની બધી ધાતુઓ સાથે અત્યંત સખત બોરાઇડ સંયોજનો આપે છે.

તે સિલિકા અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડનું અપચયન કરી સિલિકન અને કાર્બન છૂટા પાડે છે :

3SiO₂ + 4B → 2B₂O₃ + 3Si

3CO₂ + 4B → 2B₂O₃ + 3C

બૉરોન પાંચ પ્રકારનાં સંયોજનો બનાવે છે. (i) M₅Bથી માંડીને MB₆₆ સુધીના ધાતુ-બોરાઇડ; (ii) બૉરોન હાઇડ્રાઇડ અને તેમનાં વ્યુત્પન્નો; (iii) બૉરોન ટ્રાઇહેલાઇડ અને તેમનાં વ્યુત્પન્નો;

(iv) પોલિબૉરેટ, બૉરોસિલિકેટ અને પેરૉક્સોબૉરેટ જેવા ઑક્સો (oxo) સંયોજનો; (v) કાર્બબૉરોન અને B–N સંયોજનો.

નાઇટ્રોજન સાથેનાં બૉરોનનાં અનેક સંયોજનો જાણીતાં છે. નીચાં તાપમાને ડાઇબૉરેન (B₂H₆) એમોનિયા અથવા એમાઇન સાથે પ્રક્રિયા કરી એમોનિયેટ અથવા એમાઇન બૉરેન બનાવે છે. એમોનિયા અને ડાઇબૉરેનને 200° સે.થી ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે તો બોરેઝિન જેવાં બૉરોન-નાઇટ્રોજન વલયવાળાં સંયોજનો મળે છે.

બૉરોનનાં કાર્બનિક સંયોજનો આલ્કાઇલ અને ઍરાઇલ વ્યુત્પન્નો એમ બે પ્રકારનાં હોય છે. હાઇડ્રોજન સાથે તે બૉરેન તરીકે ઓળખાતાં સંયોજનોની શ્રેણી આપે છે.

બૉરોન તત્વ તરીકે વિષાક્ત નથી, પણ તેનાં સંયોજનો શરીરમાં જાય તો ચેતાતંત્રને અસર કરે છે, અને ઊલટી, અતિસાર (diarrhea) જેવાં લક્ષણો જોવા મળે છે. 15થી 20 ગ્રા. જેટલો બૉરિક ઍસિડ પુખ્ત વયના માનવીનું મૃત્યુ પણ નિપજાવી શકે છે.

ઉપયોગ : બૉરોનનાં બૉરિક ઍસિડ અને બૉરેક્સ જેવાં સંયોજનો લાંબા સમયથી કાચ, ઇનૅમલ, સિરામિક અને ખાણ-ઉદ્યોગોમાં વપરાતાં આવ્યાં છે. શુદ્ધ બૉરેક્સ વિવિધ પ્રકારના પ્રક્ષાલકો, સાબુ, પાણીને મૃદુ (soft) બનાવનાર સંયોજનો, આસંજકો, ટૅલ્કમ પાઉડર, ગ્લેઝ-પેપર વગેરેમાં વપરાય છે. પદાર્થોને અદાહ્ય બનાવવા (fire proofing), ફળફળાદિ અને લાકડાને જંતુમુક્ત બનાવવા,  અપતૃણ (weed) નિયંત્રણ માટે, જંતુનાશકોના ઉત્પાદનમાં તથા ચર્મોદ્યોગ તેમજ કાગળ અને પ્લાસ્ટિકની બનાવટમાં પણ તે વપરાય છે.

તત્વ તરીકે બૉરોન મુખ્યત્વે ધાતુઉદ્યોગમાં વપરાય છે. ધાતુક્રિયામાં તે વાયુહારક (degassifying) પદાર્થ તરીકે તથા આઘાતવર્ધનીય (malleable) લોખંડની ઉષ્મા-માવજત માટે વપરાય છે. તે મિશ્રધાતુ-પોલાદ(alloy steel)ની મજબૂતાઈ ઘણી વધારે છે. પરમાણુભઠ્ઠી તથા ઉચ્ચતાપમાન તકનીકીમાં પણ બૉરોન ઉપયોગમાં લેવાય છે. ઍલ્યુમિનિયમ તથા પ્લાસ્ટિક સાથે તે અસરકારક અને હલકાં, ન્યૂટ્રૉન-કવચકારી પદાર્થો બનાવે છે. પરમાણુભઠ્ઠીમાં બૉરોનયુક્ત પોલાદના સળિયા નિયંત્રણ-શલાકાઓ તરીકે વપરાય છે.

તેની નીચી ઘનતા (ઍલ્યુમિનિયમ કરતાં 15 % ઓછી), ઉચ્ચ કઠિનતા, ઊંચું ગલનબિંદુ અને તાંતણાના તનન-સામર્થ્યને કારણે તે મિસાઇલ અને રૉકેટની રચના માટેના પદાર્થ તરીકે વપરાય છે. બૉરોનના તાંતણા ઇપૉક્સિ કે અન્ય પ્લાસ્ટિકમાં ઉમેરવાથી ઍલ્યુમિનિયમ કરતાં 25 %થી 30 % હલકો અને લોખંડ કરતાં વધુ મજબૂત અને કડક (stiffer) સંગ્રથિત (compsite) પદાર્થ બને છે, જે વિમાન માટે ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. ટંગસ્ટનના 0.0013 સેમી. અવસ્તર પર બૉરોનના 0.01 સેમી. ધરાવતા લગભગ 600 મી. લાંબા તાર બનાવી શકાય છે. આવા તાર યુ.એસ.ના F–III પ્રકારનાં લશ્કરી વિમાનો માટે વપરાય છે.

બૉરોનનાં બૉરેટ એસ્ટર તરીકે ઓળખાતાં કાર્બનિક સંયોજનો સૌંદર્યપ્રસાધનોમાં, રબર અને આલ્કોહૉલ માટે પ્રતિઉપચાયકો (anti-oxdidants) તરીકે, ઇપૉક્સિ રેઝિનના સંસાધન(curing)માં, ઔષધકીય બનાવટોમાં, સુઘટ્યતાકારકો(plasticizers)માં, પેટ્રોલિયમમાં ઉમેરણ (additive) તરીકે તથા પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થો તરીકે વપરાય છે.

પૃથક્કરણ : બૉરોન ધરાવતા પદાર્થને કૅલ્શિયમ ફ્લોરાઇડ અને સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે મિશ્ર કરી તેમને અપ્રકાશિત (nonluminars) જ્યોતમાં ધરવાથી લીલા રંગની જ્યોત મળે છે. મુક્ત બૉરિક ઍસિડ અથવા બૉરેટના ઍસિડીકૃત દ્રાવણમાં હળધર-કાગળ(turmeric paper)ને બોળીને સૂકવતાં લાલ-બદામી (red-brown) રંગ મળે છે. આ કાગળને એમોનિયા વડે ભીંજવતાં તે થોડા સમય માટે નીલકૃષ્ણ (blue-black) રંગનો બને છે.

માત્રાત્મક પૃથક્કરણ માટે બૉરોન ધરાવતાં સંયોજનોમાંના બૉરોનને બૉરિક ઍસિડમાં ફેરવી આ ઍસિડનું અનુમાપન મેનિટોલની હાજરીમાં કરી શકાય છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ