Van flatscreen-tv’s tot uw smartphone: het element boor verdient meer aandacht

Telkens wanneer u sport kijkt op een flatscreen-tv of een bericht verstuurt door het scherm van uw smartphone aan te raken, dankt u een onbezongen held van het periodiek systeem: boor.

Boor, vaak ten onrechte bestempeld als een “saai” element, speelt een veelzijdige rol in ons leven.

Het is het belangrijkste ingrediënt in borosilicaatglas, dat bekend staat om zijn uitzonderlijke weerstand tegen thermische veranderingen en chemicaliën, en zijn vermogen om tegen een stootje te kunnen. Dit betekent dat glazen kookgerei rechtstreeks vanuit de diepvries in een hete oven kan en dat laboratoriumapparatuur zoals bekers en reageerbuizen bestand is tegen corrosie.

Neodymiummagneten, waarin boor een rol speelt bij de vorming van de kristalstructuur en het vasthouden van de magnetisatie, behoren tot de sterkste permanente magneten die in de handel verkrijgbaar zijn. Boor wordt ook gebruikt voor de bereiding van detergenten, bufferoplossingen, insecticiden, isolatie en halfgeleiders.

De bodem van Australië kan een tekort aan boor hebben, en boorhoudende meststof wordt gebruikt om de wortelgroei en de bloei te bevorderen.

Hoewel ik boorchemie onderzoek voor energieomzetting en -opslag, heeft het element een rijke geschiedenis met vele praktische toepassingen.

Wat maakt boor zo speciaal?

Omwille van zijn reactiviteit bestaat boor van nature alleen in combinatie met andere elementen, waarbij boorzuur en anorganische zouten worden gevormd die boraten worden genoemd.

Een van de belangrijkste redenen waarom borium zo veelzijdig is, is zijn elektron-deficiënte aard, wat betekent dat het zeer geneigd is elektronen van andere elementen te accepteren en gemakkelijk vele interessante verbindingen vormt met zowel metalen als niet-metalen.

Zo hebben metaalboriden, verbindingen gevormd tussen metaal (M) en borium (B), zoals rhenium diboride, een hoge hardheid door uitgebreide B-B en M-B bindingen. Er is ook boriumcarbide, een extreem harde en lichte keramiek die wordt gebruikt in kogelvrije vesten en tankbepantsering.

Borium-10 (10B), een stabiele isotoop die kan worden geïsoleerd door uitgebreide destillatie van vluchtige boriumverbindingen, heeft geleid tot Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) waarmee lokaal invasieve kwaadaardige tumoren, zoals terugkerende hoofd-halskanker, kunnen worden behandeld.

Memoreert u dat de Nobelprijs voor scheikunde ten minste drie keer is toegekend aan wetenschappers die werkzaam zijn op het gebied van de boorchemie.

Een recente bijdrage is de “Suzuki Coupling”-reactie in 2010, die een revolutie teweegbracht in de chemische synthese en productontwikkelingen ondersteunt zoals Organic Light Emitting Display (OLED), die kan worden gebruikt voor dunne, kleurrijke tv’s.

Borium versus koolstof

Borium en koolstof zijn naburige elementen in het periodiek systeem en zijn in veel opzichten vergelijkbaar. Koolstof heeft echter aantoonbaar meer publiciteit genoten. De laatste tijd is er veel aandacht besteed aan grafeen – een atoomlaag van koolstofatomen – dat veel potentiële high-tech toepassingen heeft.

Gelijk aan koolwaterstoffen vormt boor een reeks neutrale boranen die ooit werden bestudeerd als raketbrandstof omdat ze een enorme hoeveelheid energie produceren wanneer ze reageren met zuurstof. Maar ze bleken vaak giftig en te moeilijk te controleren.

Elementair boor bestaat in 16 bekende “allotropen” – verschillende vormen van hetzelfde element. Koolstof heeft twee allotropen: diamant en grafiet.

De moeilijkheid om de vorming van de gewenste boorallotropen te beheersen, vertraagt het onderzoek. Koolstofmaterialen daarentegen kunnen gemakkelijk worden bereid en bestudeerd.

Een centrale rol in energieomzetting en -opslag

Het is opwindend om wetenschappers over de hele wereld te zien zwoegen in laboratoria, op zoek naar nieuwe manieren om dit dappere kleine element te gebruiken.

Hier zijn enkele van de grote vragen die ze aanpakken:

1. Sommige onderzoekers onderzoeken of we energie uit boor kunnen halen met behulp van aneutronische fusie – een vorm van fusie-energie waarbij verwaarloosbare hoeveelheden neutronen vrijkomen.

2. Borium als energiedrager

Samenstellingen die borium, stikstof en waterstof bevatten, kunnen waterstof effectief opslaan en overdragen. Dit is belangrijk omdat waterstof een ideale kandidaat is om energie op te slaan die door windmolenparken en zonne-energiecentrales wordt geproduceerd.

Natriumdifluoro (oxalato) boraat daarentegen kan sommige commerciële verbindingen overtreffen als een elektrolytzout voor opkomende natrium-ionbatterijen, wat een geweldige kandidaat zou kunnen zijn voor grootschalige energieopslag.

3. Boor voor warmtebehoud

Sommige zonneboiler- en zonne-energiecentrales gebruiken borosilicaatcollectorbuizen om gereflecteerde straling van spiegels te benutten, zodat de stoomturbines op een efficiëntere manier kunnen worden aangedreven.

We hebben ook gezien dat er strengere bouwnormen zijn met betrekking tot warmtebehoud, waardoor het gebruik van boraten voor glasvezelisolatie wordt bevorderd.

Impressed?

Moet borium meer in de schijnwerpers komen te staan?

Ik ben er zeker van dat borium een ster zal blijven in onze door technologie gedreven samenleving. Van kunstmest tot OLED-schermen, het staat klaar om een grote impact te hebben.