Taulutelevisiosta älypuhelimeen: alkuaine boori ansaitsee enemmän huomiota

Joka kerta, kun katsot urheilua taulutelevisiosta tai lähetät viestin koskettamalla älypuhelimesi näyttöä, kiitä jaksollisen järjestelmän laulamatonta sankaria: booria.

Usein virheellisesti ”tylsäksi” alkuaineeksi leimatulla boorilla on monipuolinen rooli elämässämme.

Se on keskeinen ainesosa borosilikaattilasissa, joka tunnetaan poikkeuksellisesta lämmön- ja kemikaalienkestävyydestään sekä iskunkestävyydestään. Tämä tarkoittaa, että lasiset keittoastiat voidaan laittaa suoraan pakastimesta kuumaan uuniin ja että laboratoriolaitteet, kuten dekantterilasit ja koeputket, kestävät korroosiota.

Neodyymimagneetit, joissa boorilla on merkitystä kiderakenteen muodostumisessa ja magnetoitumisen säilyttämisessä, kuuluvat vahvimpiin kaupallisesti saatavilla oleviin kestomagneetteihin. Booria käytetään myös pesuaineiden, puskuriliuoksen, hyönteismyrkkyjen, eristeiden ja puolijohteiden valmistukseen.

Australian maaperässä voi olla boorin puutetta, ja booria sisältävää lannoitetta käytetään auttamaan juurten kasvua ja kukintaa.

Vaikka tutkin boorikemiaa energian muuntamiseksi ja varastoimiseksi, alkuaineella on rikas historia ja monia käytännöllisiä sovelluksia.

Mikä tekee boorista niin erikoisen?

Reaktiivisuutensa vuoksi booria esiintyy luonnossa vain yhdessä muiden alkuaineiden kanssa muodostaen boorihappoa ja epäorgaanisia suoloja, joita kutsutaan nimellä boraatit.

Yksi tärkeimmistä syistä, miksi boori on niin monipuolinen, on sen elektronivajeinen luonne, mikä tarkoittaa, että se on hyvin taipuvainen ottamaan vastaan elektroneja muilta alkuaineilta ja muodostaa helposti monia mielenkiintoisia yhdisteitä sekä metallien että epämetallien kanssa.

Esimerkiksi metalliborideilla, eli metallin (M) ja boorin (B) välille muodostuvilla yhdisteillä, kuten reniumdiboridilla, on laaja-alaisten B-B- ja M-B-sidoksien vuoksi suuri kovuus. On myös boorikarbidia, joka on erittäin kova ja kevyt keraaminen aine, jota käytetään luodinkestävissä liiveissä ja panssarivaunupanssareissa.

Boori-10 (10B), vakaa isotooppi, joka voidaan eristää haihtuvien booriyhdisteiden laajamittaisella tislauksella, on johtanut boorineutronikaappaushoitoon (Boron Neutron Capture Therapy, BNCT), jolla hoidetaan paikallisesti invasiivisia pahanlaatuisia kasvaimia, kuten uusiutunutta päänsyöpää.

Kemian Nobel-palkinto on myönnetty ainakin kolme kertaa boorikemian alalla työskenteleville tutkijoille.

Yksi viimeisimmistä aikaansaannoksista on ”Suzuki Coupling” -reaktio vuonna 2010, joka mullisti kemiallisen synteesin ja tukee tuotekehitystä, kuten orgaanista valoa säteilevää näyttöä (OLED), jota voidaan käyttää ohuissa, värikkäissä televisioissa.

Boori vs. hiili

Boori ja hiili ovat jaksollisessa järjestelmässä naapurialkuperäisiä alkuaineita, ja ne ovat monella tapaa samanlaisia. Hiili on kuitenkin saanut kiistatta enemmän julkisuutta. Viime aikoina on kiinnitetty paljon huomiota grafeeniin – yhteen hiiliatomeista koostuvaan atomikerrokseen – jolla on monia potentiaalisia huipputeknisiä käyttökohteita.

Hiilivetyjen tavoin boori muodostaa sarjan neutraaleja boraaneja, joita tutkittiin aikoinaan rakettipolttoaineena, koska ne tuottavat valtavan määrän energiaa reagoidessaan hapen kanssa. Ne osoittautuivat kuitenkin usein myrkyllisiksi ja liian vaikeasti hallittaviksi.

Elementtikohtaista booria on 16 tunnettua ”allotrooppia” eli saman alkuaineen eri muotoja. Hiilellä on kaksi yleistä: timantti ja grafiitti.

Vaikeus hallita haluttujen boorin allotrooppien muodostumista hidastaa tutkimusta. Sen sijaan hiilimateriaaleja voidaan valmistaa ja tutkia helposti.

Keskeinen rooli energian muuntamisessa ja varastoinnissa

On jännittävää nähdä, kuinka tutkijat ympäri maailmaa paiskivat töitä laboratorioissa ja löytävät uusia tapoja käyttää tätä rohkeaa pientä elementtiä.

Tässä on joitakin suuria kysymyksiä, joita he käsittelevät:

1. Boori energianlähteenä

Jotkut tutkijat tutkivat, voisimmeko saada boorista energiaa aneutronisen fuusion avulla, joka on fuusioenergian muoto, jossa vapautuu vähäisiä määriä neutroneja.

2. Boori energiankantajana

Booria, typpeä ja vetyä sisältävät yhdisteet voivat tehokkaasti varastoida ja siirtää vetyä. Tämä on tärkeää, koska vety on ihanteellinen ehdokas tuulivoimaloiden ja aurinkovoimaloiden tuottaman energian varastointiin.

Natriumdifluoro-(oksalato)boraatti voi toisaalta päihittää jotkin kaupalliset yhdisteet kehittyvien natriumioniakkujen elektrolyyttisuolana, joka voisi olla loistava ehdokas laajamittaiseen energiavarastointiin.

3. Boori lämmönsäilytykseen

Joissakin aurinkoenergialla lämmitettävän veden lämmittämisessä ja aurinkoenergian sähköntuottamisessa käytetään boorisilikaattisia keräinputkia, joilla voidaan hyödyntää peileistä heijastunutta säteilyä ja siten pyörittää höyryturbiinikäyttöön tarkoitettuja höyryturbiinien moottoreiden toimintaa tehokkaammin.

Olemme myös nähneet tiukentuneita rakennusstandardeja lämmönsäästön suhteen, mikä on edistänyt boraattien käyttöä lasikuitueristeissä.

Puristettu?

Pitäisikö boorin saada enemmän valokeilaan?

Olen varma, että tulemme näkemään boorin jatkossakin olevan tähti teknologiavetoisessa yhteiskunnassamme. Lannoitteista OLED-näyttöihin sillä on suuri vaikutus.

Kyllä.