Bor Mineralleri
Bor minerallerinin sayısı oldukça fazladır. Doğada yaklaşık 230’dan fazla bor minerali bulunmaktadır. Bu minerallerin bazılarının ticari değeri oldukça yüksektir ve çeşitli sektörlerde kullanılmaktadır. Bor minerallerinin, kimyasal bileşimleri ve bulundukları yerler Çizelge 1‘de verilmiştir.
Türkiye, dünya bor rezervlerinin yaklaşık %73’üne sahip olan bir ülkedir. Bu nedenle bor mineralleri, Türkiye ekonomisi için oldukça önemlidir. Bor mineralleri, Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü tarafından çıkarılmakta ve işlenmektedir. Bor minerallerinin çıkarılması ve işlenmesi, su ve toprak kirliliğine neden olabilir.
Bu nedenle, bor minerallerinin sürdürülebilir bir şekilde kullanılması önemlidir.
Başlıca Bor Mineralleri
Tinkal (Boraks)
Sodyum borat hidrat (Na2B4O7·10H2O) olarak da bilinen tinkal, en önemli bor minerallerinden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Türkiye’de Kütahya, Emet ve Uşak’ta bol miktarda bulunur. Cam, seramik, deterjan ve ilaç üretiminde kullanılır.
Fiziksel Özellikleri
- Mohs sertliği: 2-2,5
- Özgül ağırlık: 1,7 gr/cm3
- Erime noktası: 324 °C
- Suya çözünürlüğü: 5,2 g/100 ml (25 °C)
Kimyasal Özellikleri
- Alkali bir maddedir.
- Asitlerle reaksiyona girer.
- Metallerle boratlar oluşturur.
Kullanım Alanları
- Cam: Tinkal, cam üretiminde önemli bir hammaddedir. Camın şeffaflığını ve dayanıklılığını artırır.
- Seramik: Tinkal, seramik üretiminde de kullanılır. Seramiğin sağlamlığını ve parlaklığını artırır.
- Deterjan: Tinkal, deterjanlarda leke çıkarıcı ve yumuşatıcı olarak kullanılır.
- İlaç: Tinkal, bazı ilaçların üretiminde kullanılır.
- Tarım: Tinkal, gübre olarak kullanılır. Bitkilerin büyümesini ve gelişmesini teşvik eder.
- Diğer: Tinkal, kozmetik ürünlerinde, metalurjide ve nükleer sanayide de kullanılır.
Kolemanit
Kalsiyum borat hidrat (Ca2B3O6·H2O) olarak da bilinen kolemanit, bor mineralleri arasında en yaygın bulunan minerallerden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Türkiye’de Kütahya, Eskişehir ve Balıkesir’de bol miktarda bulunur. Cam, seramik, deterjan ve ilaç üretiminde kullanılır.
Fiziksel Özellikleri
- Mohs sertliği: 3,5-4
- Özgül ağırlık: 2,4 gr/cm3
- Erime noktası: 705 °C
- Suya çözünürlüğü: 1,6 g/100 ml (25 °C)
Kimyasal Özellikleri
- Alkali bir maddedir.
- Asitlerle reaksiyona girer.
- Metallerle boratlar oluşturur.
Üleksit
Sodyum-kalsiyum borat hidrat (NaCaB5O9·8H2O) olarak da bilinen üleksit, bor mineralleri arasında en sert minerallerden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Türkiye’de Kütahya, Uşak ve Balıkesir’de bol miktarda bulunur. Cam, seramik, deterjan ve ilaç üretiminde kullanılır.
Fiziksel Özellikleri
- Üleksit, ışığa tutulduğunda camsı bir parlaklık gösterir.
- Kolayca kırılır ve ufalanır.
- Suya çözünürlüğü düşüktür.
Kimyasal Özellikleri
- Alkali bir maddedir.
- Asitlerle reaksiyona girer.
- Metallerle boratlar oluşturur.
Kernit
Sodyum borat hidrat (Na2B4O7·4H2O) olarak da bilinen kernit, bor mineralleri arasında en yüksek bor içeriğine sahip olan minerallerden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Türkiye’de Kütahya’da bol miktarda bulunur. Cam, seramik, deterjan ve ilaç üretiminde kullanılır.
Fiziksel Özellikleri
- Kernit, ışığa tutulduğunda camsı bir parlaklık gösterir.
- Kolayca kırılır ve ufalanır.
- Suya çözünürlüğü oldukça fazladır.
Kimyasal Özellikleri
- Alkali bir maddedir.
- Asitlerle reaksiyona girer.
- Metallerle boratlar oluşturur
Pandermit
Kalsiyum borat hidrat (CaB3O4(OH)3·H2O) olarak da bilinen pandermit, bor mineralleri arasında nadir bulunan minerallerden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur.
- Görünümü: Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Kristaller genellikle küme halinde bulunur ve nadir olarak iğnemsi veya prizmatik olabilir.
- Sertliği: Mohs sertliği 3-3,5’tur.
- Özgül Ağırlığı: 2,29 g/cm3
- Dilinimi: {001} mükemmel, {100} iyi
Fiziksel Özellikleri
- Pandermit, ışığa tutulduğunda camsı bir parlaklık gösterir.
- Kolayca kırılır ve ufalanır.
- Suya çözünürlüğü düşüktür.
Kimyasal Özellikleri
- Alkali bir maddedir.
- Asitlerle reaksiyona girer.
- Metallerle boratlar oluşturur.
Borasit
Sodyum borat (Na3B3O6(OH)·H2O) olarak da bilinen borasit, bor mineralleri arasında nadir bulunan minerallerden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Türkiye’de Kütahya ve Eskişehir’de bol miktarda bulunur. Cam, seramik, deterjan ve ilaç üretiminde kullanılır.
- Görünümü: Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Kristaller genellikle küme halinde bulunur ve nadir olarak iğnemsi veya prizmatik olabilir.
- Sertliği: Mohs sertliği 3,5-4’tür.
- Özgül Ağırlığı: 1,71 g/cm3
- Dilinimi: {001} mükemmel, {100} iyi
Fiziksel Özellikleri
- Parlaklık: Camsı
- Kırılganlık: Kolayca kırılır ve ufalanır
- Suda Çözünürlük: Yüksek
- Sertlik: Mohs sertliği 3,5-4
- Özgül Ağırlık: 1,71 g/cm3
- Dilinimi: {001} mükemmel, {100} iyi
- Kristal Yapısı: Monoklinik
Kimyasal Özellikleri
- Kimyasal Bileşik: Sodyum borat hidrat (Na3B3O6(OH)·H2O)
- pH: Alkali (temel)
- Asitlik: Asitlerle reaksiyona girer
- Reaktivite: Metallerle boratlar oluşturur
Szaybelit
Kalsiyum borat (CaB2O4(OH)2) olarak da bilinen szaybelit, bor mineralleri arasında nadir bulunan minerallerden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Türkiye’de Kütahya’da bol miktarda bulunur. Cam, seramik, deterjan ve ilaç üretiminde kullanılır.
- Görünümü: Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur. Kristaller genellikle küme halinde bulunur ve nadir olarak iğnemsi veya prizmatik olabilir.
- Sertliği: Mohs sertliği 3-3,5’tur.
- Özgül Ağırlığı: 2,34 g/cm3
- Dilinimi: {001} mükemmel, {100} iyi
Fiziksel Özellikleri
- Szaybelit, ışığa tutulduğunda camsı bir parlaklık gösterir.
- Kolayca kırılır ve ufalanır.
- Suya çözünürlüğü düşüktür.
Kimyasal Özellikleri
- Alkali bir maddedir.
- Asitlerle reaksiyona girer.
- Metallerle boratlar oluşturur.
Hidroborasit
Kalsiyum borat (CaB2O4·H2O) olarak da bilinen hidroborasit, bor mineralleri arasında nadir bulunan minerallerden biridir. Beyaz renkte, camsı parlaklıkta kristaller halinde bulunur.
Fiziksel Özellikleri
- Parlaklık: Camsı
- Kırılganlık: Kolayca kırılır ve ufalanır
- Suda Çözünürlük: Düşük
- Sertlik: Mohs sertliği 3-3,5
- Özgül Ağırlık: 2,29 g/cm3
- Dilinimi: {001} mükemmel, {100} iyi
- Kristal Yapısı: Monoklinik
Kimyasal Özellikleri
- Kimyasal Bileşik: Kalsiyum borat hidrat (CaB2O4·H2O)
- pH: Alkali (temel)
- Asitlik: Asitlerle reaksiyona girer
- Reaktivite: Metallerle boratlar oluşturur
Borun Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri
Atomik yapısı, kimyasal özellikleri ve fiziksel özellikleri sırasıyla Çizelge 2, Çizelge 3 ve Çizelge 4‘de gösterilmiştir. Borun morfolojisine ve tane büyüklüğüne bağlı olarak kimyasal özellikleri değişir. Amorf bor (mikron boyutunda) kolaylıkla tepkimeye girerken; kristalin bor, kolay kolay tepkimeye girmez. Mineral asitleri ile sıcaklığa ve derişimden kaynaklı yavaş veya hızlı tepkimeye girebilir ve tepkime sonucunda borik asit ana ürün olarak oluşabilir.
Bor, periyodik tablonun 3. grubunda bulunan, yarı metal ve yarı iletken özelliklere sahip bir elementtir. Atom numarası 5 ve atom ağırlığı 10,811’dir. Bor, birçok farklı allotropta bulunabilir, ancak en yaygın olanları amorf bor ve kristal bor’dur.
Çözünürlüğü oldukça düşük olan Bor, bilinen çözücülerin hiçbirinde çözünmemektedir. Kristal bor, kimyasal özelliği bakımından durağan bir yapıya sahiptir. Bor hidroklorik ve hidroflorik asitlerle kaynatıldığında kimyasal bir değişim söz konusu değildir ancak mikro boyuta getirilmiş bor, derişik nitrat asitle yavaşça oksitlenmektedir (Okur, 2008).
Fiziksel Özellikleri
- Renk: Siyah veya metalik gri
- Parlaklık: Metalik
- Sertlik: Mohs sertliği 9,5
- Eritim Noktası: 2.207 °C
- Kaynama Noktası: 2.577 °C
- Özgül Ağırlık: 2,35 g/cm3
- Ergitme Isısı: 50,7 kJ/mol
- Buharlaşma Isısı: 255 kJ/mol
- Elektriksel İletkenlik: Yarı iletken
- Isı İletkenliği: Yüksek
Elmastan sonra ametaller içinde elektropozitifliği en yüksek element olan bor, kimyasal özellikleri bakımından; karbon, silisyum, alüminyum gibi elementlere benzemektedir. Elektrik iletkenliği yüksek sıcaklıklarda oldukça iyi olan borun, oda sıcaklığında ise zayıftır.
Elektropozitiflik
Elmastan sonra ametaller içinde elektropozitifliği en yüksek element olan bor, bu özelliği sayesinde birçok kimyasal reaksiyona girer. Elektropozitifliği karbon, silisyum ve alüminyum gibi elementlerden daha yüksektir.
Kimyasal Özellikleri
- Elektropozitiflik: 1,0
- Elektron Dizilimi: [He]2s22p1
- Oksidasyon Durumları: +3, +1, -3
- Reaktivite: Metal ve ametal özellikleri gösterir.
- Asitlerle Reaksiyon: Mineral asitlerle reaksiyona girerek borik asit (H3BO3) oluşturur.
- Bazlarla Reaksiyon: Bazlarla reaksiyona girerek borat tuzları oluşturur.
- Metallerle Reaksiyon: Bazı metallerle alaşımlar oluşturur.
- Diğer Reaksiyonlar: Halogenler, oksijen ve azot ile reaksiyona girer.
Borun Allotropları
Amorf Bor
Tanımı: Mikron boyutunda, toz halinde bulunan bor allotropudur.
Görünümü: Siyah veya koyu kahverengi toz şeklindedir.
Özellikleri
- Kolayca tepkimeye girer.
- Yüksek yüzey alanına sahiptir.
- Isı ve elektrik yalıtkanıdır.
- Kimyasal olarak reaktiftir.
- Suya çözünürlüğü düşüktür.
Kristal Bor
Tanımı: Katı halde bulunan bor allotropudur.
Görünümü: Metalik parlaklıklı, siyah veya kahverengi kristaller halindedir.
Özellikleri
- Kolay kolay tepkimeye girmez.
- Düşük yüzey alanına sahiptir.
- Isı ve elektrik iletkenidir.
- Kimyasal olarak daha az reaktiftir.
- Suya çözünürlüğü düşüktür.
İyi bir indirgen olan bor elementi; kükürt, karbon ve halojenlerle bileşikler oluşturabilir ve birçok metal ile yüksek sıcaklıkta borürleri oluşturabilmektedir. İndirgeyici özelliği oldukça iyi olan bor elementi, ametal oksitlerin tümünü, metal oksitlerin de büyük bir kısmını elementel hale indirgeyebilmektedir. Bileşikleri çok kararlı olduğundan elementel olarak üretmek güçtür. Elementel bor, 650-1000 °C‘de ergimiş KCl ve KBF4 banyosunda elektroliz yöntemi ile saf kristal halde elde edilebilmektedir.
Borun tutuşma sıcaklığı yüksek olmasına rağmen yanıcı özellik gösterir. Aynı zamanda ortaya çıkan katı maddelerin kolaylıkla uzaklaştırılabilmesi ve çevreyi kirletecek etkisinin olmaması gibi özelliklere sahip olduğundan dolayı katı yakıt hücresi olarak kullanılmaktadır (Okur, 2008; Çalık, 2002).
Borun Yanıcılığı ve Katı Yakıt Hücresi Olarak Kullanımı
Bor elementi, yüksek tutuşma sıcaklığına (yaklaşık 3.800 °C) sahip olmasına rağmen, belirli koşullar altında yanıcı özellik gösterebilir. Bu durum, borun toz halinde olması veya diğer yanıcı maddelerle karıştırılmış olması gibi durumlarda görülebilir. Yanma sonucu bor oksitleri (B2O3) oluşur.
Borun yanıcı özelliği, katı yakıt hücrelerinde kullanımının önemli bir avantajıdır. Katı yakıt hücreleri, elektrik üretmek için kimyasal enerjiyi kullanan cihazlardır. Bor, bu hücrelerde yakıt olarak kullanılabilir ve yanma sonucu açığa çıkan ısı, elektrik enerjisine dönüştürülür. Borun yanmasının bazı önemli avantajları şunlardır:
- Yüksek Enerji Yoğunluğu: Bor, diğer katı yakıtlara kıyasla daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu, daha az borun kullanılarak daha fazla elektrik üretilebileceği anlamına gelir.
- Düşük Kirlilik: Borun yanması, diğer yakıtlara kıyasla daha az kirletici etkiye sahiptir. Bor oksitleri, zehirli değildir ve çevreye zarar vermez.
- Kolay Temizleme: Borun yanma ürünlerinin temizlenmesi kolaydır. Bu, katı yakıt hücrelerinin bakımlarını kolaylaştırır.
Bor elementi, toprak ve suda çokça bulunmaktadır. Toprakta yaklaşık olarak 10-80 mg/kg, tuzlu sularda 0,5- 9,6 mg/kg, tatlı sularda ise 0,001-1,5 mg/kg aralığında mevcuttur. Borun oksijen ile bağlanmış bileşikleri yani ticari maden yatakları en çok Türkiye ve ABD‘de mevcuttur (Haliova ve Özmen, 2006; Ediz ve Özday, 2001).
