Конкуренты алмаза. 
Бор и его соединения

В предыдущей главе уже упоминался карбид бора В4С как один из материалов для изготовления регулирующих стержней. Но это вещество, впервые полученное еще Анри Муассаном, нужно не только атомникам. Уже много лет его применяют для обработки твердых сплавов, потому что по твердости карбид бора превосходит почти все прочие кристаллы и лишь немного уступает алмазу.

Этим черным блестящим кристаллам не страшен разогрев. С повышением температуры их свойства почти не меняются, а плавится карбид бора лишь при 2250 °C. Более того, при температурах ниже 1000 °C он обладает исключительной химической стойкостью: в этих условиях на него не действуют ни кислород, ни хлор. Это значит, что инструмент из карбида бора может работать при высоких температурах в окислительных средах.

Причины сочетания великолепных физико-механических и химических свойств этого вещества объясняются строением атома бора и кристаллической структурой карбида бора. Чтобы пояснить их, вернемся к элементарному строению элемента № 5.

Напомним, что в атоме бора вокруг ядра вращаются пять электронов, из них три находятся на наружной оболочке. Эти три электрона способны образовывать ковалентные связи с электронами других атомов. А ковалентные связи — самые прочные из всех видов химической связи. Например, в полимерных молекулах ими соединены все атомы «скелета», поэтому так трудно разрушить связи в полимере, А поскольку в кристалле бора атомы связаны именно такой связью, то любой кристаллик элемента № 5 можно рассматривать как молекулу неорганического полимера.

Карбид бора — тоже полимер. Правильнее его формулу писать не В4С, а (В12С3)n. Элементарная ячейка таких кристаллов — ромбоэдрическая, ее каркас образуют 12 прочных, компактных (и ковалентно связанных) атомов бора. Внутри этого каркаса располагается линейная группа из трех связанных между собой атомов углерода. Ковалентные связи возникают также между «хозяевами» и «гостями». В результате получается настолько прочная конструкция, что ее очень трудно разрушить любыми воздействиями. Поэтому карбид бора и тверд, и прочен, и химически неуязвим, и термически стоек.

Кристаллы «Белого графита» и боразона. Сходство с графитом и алмазом очевидно.

Подобным образом построены и кристаллы многих боридов, причем ковалентной связью иногда соединяются атомы бора с металлами. Самый термостойкий из всех боридов — диборид гафния HfB2, который плавится только при 3250 °C. «Рекордист» по химической стойкости — диборид тантала ТаВ2, на него не действуют никакие кислоты и даже кипящая царская водка.

И, напоследок, о соединениях бора с азотом. Характерно, что сочетание элементов № 5 и 7 по существу дублирует элемент № 6. Известно вещество, которое называют неорганическим бензолом.

Налицо идентичное строение, близки физические и химические свойства; правда, в большинстве реакций боразол ведет себя активнее бензола.

ВN — таков состав вещества, которое иногда называют белым графитом. Его получают, прокаливая технический бор или окись бора в атмосфере аммиака. Это белый, похожий на тальк порошок, но сходство с тальком чисто внешнее; намного больше и глубже сходство аморфного нитрида бора с графитом. Одинаково построены кристаллические решетки, оба вещества с успехом применяют в качестве твердой высокотемпературной смазки.

После того как в условиях сверхвысоких давлений и высоких температур удалось перестроить кристаллическую решетку графита и получить искусственные алмазы подобную операцию провели и с «белым графитом». Условия опыта, в котором это удалось сделать, были такими: температура 1350 °C, давление 62 000 атмосфер. Из автоклава вынули кристаллы, внешне совершенно непривлекательные. Но эти кристаллы царапали алмаз. Правда, и он не оставался в долгу и оставлял царапину на кристаллах нитрида бора.

Это вещество назвали боразоном. Хотя твердость алмаза и боразона одинакова, последний имеет два очень значимых для техники преимущества. Во-первых, боразон более термостоек: он разлагается при температурах выше 2000° С, алмаз же загорается при 850 °C. Во-вторых, боразон лучше, чем алмаз, противостоит действию ударных нагрузок — он не столь хрупок.

Известное сходство с углеродом проявляет и сам бор, а не только его соединения с азотом. Это не должно удивлять. Бор и углерод — соседи по менделеевской таблице, оба элемента — неметаллы, мало отличаются размеры их атомов и ионов.

Коротко еще об одной причине этого сходства. На внешней электронной оболочке атома бора — на один электрон меньше, чем у атома углерода. Но одна из орбит этой оболочки свободна, и атом бора всегда готов заполучить на нее чужой электрон (поэтому, кстати, бор называют электронодефицитным элементом). При этом образуется так называемая координационная связь между атомом бора и атомом, который предоставил ему свой электрон. Таким образом, бор во многих соединениях выступает как четырехвалентный и становится совсем похожим на углерод; только, конечно, позаимствовав лишний электрон, атом бора приобретает отрицательный заряд. Отсюда берет начало другая ветвь химии бора — его многочисленные комплексные соединения. Главное следствие сходства бора и углерода — быстрое развитие химии бороводородов, которая, по мнению многих ученых, может со временем стать «новой органикой». Напомним, что просто «органика», органическая химия, это по существу химия углеводородов и их производных.