बोरॉन

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बोरॉन एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक B और परमाणु क्रमांक 5 है। अपने क्रिस्टलीय रूप में यह एक भंगुर, गहरा, चमकदार उपधातु (metalloid) है; अपने अक्रिस्टलीय (amorphous) रूप में यह एक भूरा चूर्ण है। बोरॉन समूह के सबसे हल्के तत्व के रूप में, इसमें सहसंयोजक बंध (covalent bonds) बनाने के लिए तीन संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कई यौगिक बनते हैं जैसे कि बोरिक एसिड, खनिज सोडियम बोरेट, और बोरॉन कार्बाइड तथा बोरॉन नाइट्राइड के अति-कठोर क्रिस्टल।

बोरॉन का संश्लेषण पूरी तरह से कॉस्मिक रे स्पैलेशन (cosmic ray spallation) और सुपरनोवा द्वारा होता है, न कि तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस (stellar nucleosynthesis) द्वारा, इसलिए यह सौर मंडल और पृथ्वी की पपड़ी (Earth's crust) में कम प्रचुरता वाला तत्व है।[1] यह पृथ्वी की पपड़ी के वजन का लगभग 0.001 प्रतिशत है।[2] यह पृथ्वी पर अपने अधिक सामान्य प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले यौगिकों, बोरेट खनिजों की जल-विलेयता के कारण केंद्रित होता है। इनका औद्योगिक रूप से वाष्पीकरण (evaporites) के रूप में खनन किया जाता है, जैसे कि बोरेक्स और केर्नाइट। सबसे बड़े ज्ञात भंडार तुर्की में हैं, जो बोरॉन खनिजों का सबसे बड़ा उत्पादक है।

तत्व बोरॉन उल्कापिंडों (meteoroids) में कम मात्रा में पाया जाता है, लेकिन रासायनिक रूप से संयुक्त न होने वाला बोरॉन पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से नहीं पाया जाता है।

बोरॉन के कई अपरूप (allotropes) मौजूद हैं: अक्रिस्टलीय बोरॉन एक भूरा चूर्ण है; क्रिस्टलीय बोरॉन चांदी जैसा सफेद से काला, अत्यधिक कठोर (खनिज कठोरता के मोह पैमाने पर 9.3), और कमरे के तापमान पर एक खराब विद्युत चालक (1.5 × 10−6 Ω−1 cm−1 कमरे के तापमान पर विद्युत चालकता) है।[3] तत्व का प्राथमिक उपयोग बोरॉन फिलामेंट्स के रूप में होता है, जिसके अनुप्रयोग कुछ उच्च-शक्ति वाली सामग्रियों में कार्बन फाइबर के समान होते हैं।

बोरॉन का उपयोग मुख्य रूप से रासायनिक यौगिकों में किया जाता है। विश्व स्तर पर उत्पादित कुल बोरॉन का लगभग आधा हिस्सा इन्सुलेशन और संरचनात्मक सामग्रियों के लिए फाइबरग्लास में एक योजक (additive) के रूप में उपयोग किया जाता है। अगला प्रमुख उपयोग उच्च-शक्ति, हल्के संरचनात्मक और अग्निरोधक (heat-resistant) सामग्रियों में पॉलिमर और सिरेमिक में होता है। बोरोसिलिकेट ग्लास को साधारण सोडा लाइम ग्लास की तुलना में इसकी अधिक मजबूती और थर्मल शॉक प्रतिरोध के लिए पसंद किया जाता है। सोडियम परबोरेट के रूप में, इसका उपयोग ब्लीच के रूप में किया जाता है। थोड़ी मात्रा का उपयोग सेमीकंडक्टर में डोपेंट के रूप में और कार्बनिक रसायनों के संश्लेषण में अभिकर्मक मध्यवर्ती के रूप में किया जाता है। कुछ बोरॉन-युक्त कार्बनिक फार्मास्यूटिकल्स का उपयोग किया जाता है या उन पर अध्ययन चल रहा है। प्राकृतिक बोरॉन दो स्थिर समस्थानिकों से बना है, जिनमें से एक (बोरॉन-10) का न्यूट्रॉन-कैप्चरिंग एजेंट के रूप में कई उपयोग हैं।

बोरेट स्तनधारियों में कम विषाक्त होते हैं (टेबल साल्ट के समान) लेकिन आर्थ्रोपोड (कीटों) के लिए अधिक विषाक्त होते हैं और कभी-कभी कीटनाशक के रूप में उपयोग किए जाते हैं। बोरॉन-युक्त कार्बनिक एंटीबायोटिक्स ज्ञात हैं। हालांकि केवल सूक्ष्म मात्रा की आवश्यकता होती है, बोरॉन एक आवश्यक पादप पोषक तत्व है।

इतिहास

'बोरॉन' शब्द 'बोरेक्स' से लिया गया था, वह खनिज जिससे इसे अलग किया गया था, 'कार्बन' के सादृश्य पर, जिसके साथ बोरॉन रासायनिक रूप से समानता रखता है।[4]:139

बोरेक्स अपने खनिज रूप में (तब इसे टिंकल के रूप में जाना जाता था) पहली बार 300 ईस्वी के आसपास चीन में ग्लेज़ के रूप में उपयोग किया गया था। कुछ कच्चा बोरेक्स पश्चिम की ओर यात्रा कर गया, और स्पष्ट रूप से 700 ईस्वी के आसपास कीमियागर जाबिर इब्न हयान द्वारा इसका उल्लेख किया गया था। मार्को पोलो 13वीं शताब्दी में इटली में कुछ ग्लेज़ वापस लाए। जॉर्जियस एग्रीकोला ने 1600 के आसपास धातु विज्ञान में फ्लक्स के रूप में बोरेक्स के उपयोग की सूचना दी। 1777 में, फ्लोरेंस, इटली के पास गर्म झरनों (सोफियोनी) में बोरिक एसिड की पहचान की गई, जिस बिंदु पर इसे 'साल सेडेटिवम' के रूप में जाना जाने लगा, जिसके कथित चिकित्सा लाभ थे। खनिज का नाम इटली में सैसो पिसानो के नाम पर सैसोलाइट रखा गया था। सैसो 1827 से 1872 तक यूरोपीय बोरेक्स का मुख्य स्रोत था, जब अमेरिकी स्रोतों ने इसकी जगह ले ली।[5][6] बोरॉन यौगिकों का उपयोग शायद ही कभी किया जाता था जब तक कि 1800 के दशक के अंत में फ्रांसिस मैरियन स्मिथ की पैसिफिक कोस्ट बोरेक्स कंपनी ने पहली बार उन्हें कम लागत पर बड़ी मात्रा में लोकप्रिय और उत्पादित नहीं किया।[7]

बोरॉन को तब तक एक तत्व के रूप में मान्यता नहीं मिली जब तक कि इसे सर हम्फ्री डेवी और जोसेफ लुई गे-लुसाक तथा लुई जैक्स थेनार्ड द्वारा अलग नहीं किया गया। 1808 में, डेवी ने देखा कि बोरेट के घोल के माध्यम से भेजी गई विद्युत धारा ने इलेक्ट्रोड में से एक पर भूरा अवक्षेप (precipitate) उत्पन्न किया। अपने बाद के प्रयोगों में, उन्होंने इलेक्ट्रोलेसिस के बजाय बोरिक एसिड को अपचयित (reduce) करने के लिए पोटेशियम का उपयोग किया। उन्होंने एक नए तत्व की पुष्टि करने के लिए पर्याप्त बोरॉन का उत्पादन किया और इसका नाम 'बोरेसियम' रखा। गे-लुसाक और थेनार्ड ने उच्च तापमान पर बोरिक एसिड को अपचयित करने के लिए लोहे का उपयोग किया। हवा के साथ बोरॉन को ऑक्सीकृत करके, उन्होंने दिखाया कि बोरिक एसिड इसका ऑक्सीकरण उत्पाद है।[8] जोंस जैकब बर्ज़ेलियस ने 1824 में इसे एक तत्व के रूप में पहचाना।[9] शुद्ध बोरॉन का उत्पादन संभवतः पहली बार 1909 में अमेरिकी रसायनज्ञ एजेकील वेनट्रॉब द्वारा किया गया था।[10][11][12]

तत्व की विशेषताएं

समस्थानिक

बोरॉन के दो प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले और स्थिर समस्थानिक (isotopes) हैं, 11B (80.1%) और 10B (19.9%)। द्रव्यमान अंतर के परिणामस्वरूप δ11B मानों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है, जिसे 11B और 10B के बीच आंशिक अंतर के रूप में परिभाषित किया जाता है और पारंपरिक रूप से प्रति हजार भागों में व्यक्त किया जाता है, जो प्राकृतिक जल में -16 से +59 तक होता है। बोरॉन के 13 ज्ञात समस्थानिक हैं; सबसे कम समय तक जीवित रहने वाला समस्थानिक 7B है जो 3.5×10−22 सेकंड के अर्ध-आयु (half-life) के साथ प्रोटॉन उत्सर्जन और अल्फा क्षय के माध्यम से क्षय होता है। बोरॉन का समस्थानिक विखंडन बोरॉन प्रजातियों B(OH)3 और [B(OH)4]− की विनिमय प्रतिक्रियाओं द्वारा नियंत्रित होता है। बोरॉन समस्थानिकों का विखंडन खनिज क्रिस्टलीकरण के दौरान, हाइड्रोथर्मल प्रणालियों में H2O चरण परिवर्तनों के दौरान, और चट्टान के हाइड्रोथर्मल परिवर्तन के दौरान भी होता है। बाद वाला प्रभाव मिट्टी पर [10B(OH)4]− आयन को हटाने का कारण बनता है। इसके परिणामस्वरूप 11B(OH)3 से समृद्ध समाधान प्राप्त होते हैं और इसलिए यह महासागरीय पपड़ी और महाद्वीपीय पपड़ी दोनों के सापेक्ष समुद्री जल में बड़े 11B संवर्धन के लिए जिम्मेदार हो सकता है; यह अंतर एक समस्थानिक हस्ताक्षर (isotopic signature) के रूप में कार्य कर सकता है।[13]

विदेशी 17B एक परमाणु हेलो (nuclear halo) प्रदर्शित करता है, यानी इसकी त्रिज्या तरल बूंद मॉडल (liquid drop model) द्वारा अनुमानित त्रिज्या से काफी बड़ी है।[14]

NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी

10B और 11B दोनों में परमाणु स्पिन (nuclear spin) होता है। 10B का परमाणु स्पिन 3 है और 11B का 3/2 है। इसलिए ये समस्थानिक परमाणु चुंबकीय अनुनाद (nuclear magnetic resonance) स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोगी हैं, और बोरॉन-11 नाभिक का पता लगाने के लिए विशेष रूप से अनुकूलित स्पेक्ट्रोमीटर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। 10B और 11B नाभिक जुड़े हुए नाभिकों के अनुनाद (resonances) में विभाजन का कारण भी बनते हैं।[15]

अपरूप

मुख्य लेख: बोरॉन के अपरूप

बोरॉन चार प्रमुख अपरूप (allotropes) बनाता है: α-रॉम्बोहेड्रल[16] और β-रॉम्बोहेड्रल[17] (α-R और β-R), γ-ऑर्थोरोम्बिक[18] (γ), और β-टेट्रागोनल[19] (β-T)। चारों चरण मानक तापमान और दबाव (ambient conditions) पर स्थिर हैं। β-रॉम्बोहेड्रल सबसे स्थिर और सबसे आम है। एक α-टेट्रागोनल चरण भी मौजूद है (α-T) लेकिन महत्वपूर्ण संदूषण के बिना इसका उत्पादन करना कठिन है। अधिकांश चरण B12 इकोसाहेड्रा पर आधारित हैं, लेकिन γ चरण को इकोसाहेड्रा और B2 परमाणु जोड़े की रॉकसॉल्ट-प्रकार की व्यवस्था के रूप में वर्णित किया जा सकता है।[20] इसे अन्य बोरॉन चरणों को 12–20 GPa तक संकुचित करके और 1500–1800 °C तक गर्म करके उत्पादित किया जा सकता है; यह तापमान और दबाव जारी करने के बाद स्थिर रहता है। β-T चरण समान दबावों पर उत्पादित होता है, लेकिन 1800–2200 °C के उच्च तापमान पर। α-T और β-T चरण परिवेश की स्थितियों में सह-अस्तित्व में हो सकते हैं, जिसमें β-T चरण अधिक स्थिर होता है।[20][21][22] बोरॉन को 160 GPa से ऊपर संकुचित करने से अभी तक अज्ञात संरचना वाला एक बोरॉन चरण उत्पन्न होता है, और यह चरण 6–12 K से नीचे के तापमान पर एक सुपरकंडक्टर है।[23][24]

बोरॉन चरण α-R β-R γ β-T
समरूपता रॉम्बोहेड्रल रॉम्बोहेड्रल ऑर्थोरोम्बिक टेट्रागोनल
परमाणु/यूनिट सेल[20] 12 ~105 28
घनत्व (g/cm3)[25][26][27][28] 2.46 2.35 2.52 2.36
विकर्स कठोरता (GPa)[29][24] 42 45 50–58
बल्क मापांक (GPa)[24][30] 185 224 227
बैंडगैप (eV)[24][31] 2 1.6 2.1

परमाणु संरचना

परमाणु बोरॉन सबसे हल्का तत्व है जिसमें अपनी जमीनी अवस्था में p-कक्षक में एक इलेक्ट्रॉन होता है। इसकी पहली तीन आयनन ऊर्जा (ionization energies) भारी समूह III तत्वों की तुलना में अधिक हैं, जो इसके इलेक्ट्रोपॉजिटिव चरित्र को दर्शाती हैं।[4]:144

तत्व का रसायन

मुख्य लेख: बोरॉन यौगिक

तैयारी

तत्व बोरॉन दुर्लभ है और इसका अध्ययन कम किया गया है क्योंकि शुद्ध सामग्री तैयार करना अत्यंत कठिन है। "बोरॉन" के अधिकांश अध्ययनों में ऐसे नमूने शामिल होते हैं जिनमें थोड़ी मात्रा में कार्बन होता है। अत्यधिक शुद्ध बोरॉन कठिनाई से उत्पादित होता है क्योंकि कार्बन या अन्य तत्वों द्वारा संदूषण होता है जिन्हें हटाना मुश्किल होता है।[32]

तत्व बोरॉन के कुछ शुरुआती मार्गों में मैग्नीशियम या एल्युमीनियम जैसी धातुओं के साथ बोरिक ऑक्साइड का अपचयन शामिल था। हालाँकि, उत्पाद अक्सर उन धातुओं के बोराइड से दूषित होता था।[33] शुद्ध बोरॉन को उच्च तापमान पर हाइड्रोजन के साथ वाष्पशील बोरॉन हैलाइड्स को अपचयित करके तैयार किया जा सकता है। सेमीकंडक्टर उद्योग में उपयोग के लिए अल्ट्राप्योर बोरॉन का उत्पादन उच्च तापमान पर डिबोरेन के अपघटन द्वारा किया जाता है और फिर ज़ोन मेल्टिंग या चोक्रालस्की प्रक्रिया द्वारा इसे और शुद्ध किया जाता है।[34]

तत्व की प्रतिक्रियाएं

क्रिस्टलीय बोरॉन 2000 °C से ऊपर के गलनांक वाला एक कठोर, काला पदार्थ है। क्रिस्टलीय बोरॉन रासायनिक रूप से निष्क्रिय है और उबलते हाइड्रोफ्लोरिक एसिड या हाइड्रोक्लोरिक एसिड द्वारा हमले के प्रति प्रतिरोधी है। जब इसे बारीक विभाजित किया जाता है, तो यह गर्म केंद्रित हाइड्रोजन पेरोक्साइड, गर्म केंद्रित नाइट्रिक एसिड, गर्म सल्फ्यूरिक एसिड, या सल्फ्यूरिक और क्रोमिक एसिड के गर्म मिश्रण द्वारा धीरे-धीरे हमला किया जाता है।[11]

चूंकि तत्व बोरॉन दुर्लभ है, इसलिए इसकी रासायनिक प्रतिक्रियाएं बहुत कम महत्व की हैं। तत्व रूप का उपयोग आमतौर पर यौगिकों के अग्रदूत के रूप में नहीं किया जाता है। इसके बजाय, बोरॉन यौगिकों का उत्पादन बोरेट्स से किया जाता है।[35]

जब हवा के संपर्क में आता है, सामान्य परिस्थितियों में, बोरॉन की सतह पर एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड परत बन जाती है, जो आगे के क्षरण को रोकती है।[36] बोरॉन के ऑक्सीकरण की दर क्रिस्टलीयता, कण आकार, शुद्धता और तापमान पर निर्भर करती है। उच्च तापमान पर बोरॉन जलकर बोरॉन ट्राइऑक्साइड बनाता है:[37]

4 B + 3 O2 → 2 B2O3

रासायनिक यौगिक

मुख्य लेख: बोरॉन यौगिक

सामान्य रुझान

कुछ मायनों में, बोरॉन स्थिर सहसंयोजक बंध (covalently bonded) आणविक नेटवर्क बनाने की अपनी क्षमता में कार्बन के बराबर है (यहां तक कि नाममात्र अव्यवस्थित (अक्रिस्टलीय) बोरॉन में भी बोरॉन इकोसाहेड्रा होते हैं, जो दीर्घ-श्रेणी क्रम (long-range order) के बिना एक-दूसरे से बेतरतीब ढंग से बंधे होते हैं।[38][39])। रासायनिक व्यवहार के संदर्भ में, बोरॉन यौगिक अपने विकर्ण संबंध (diagonal relationship) के कारण सिलिकॉन के समान होते हैं। एल्युमीनियम, बोरॉन का भारी सजातीय तत्व, बोरॉन के अनुरूप व्यवहार नहीं करता है: यह अधिक इलेक्ट्रोपॉजिटिव है, यह बड़ा है, और यह होमोएटॉमिक Al-Al बंध नहीं बनाता है। सबसे परिचित यौगिकों में, बोरॉन की औपचारिक ऑक्सीकरण अवस्था III है। इनमें सामान्य ऑक्साइड, सल्फाइड, नाइट्राइड और हैलाइड, साथ ही कार्बनिक डेरिवेटिव शामिल हैं।[37]

बोरॉन यौगिक अक्सर ऑक्टेट नियम का उल्लंघन करते हैं।[40][4]:139

हैलाइड

बोरॉन ट्राइहैलाइड्स की पूरी श्रृंखला बनाता है, यानी BX3 (X = F, Cl, Br, I)। ट्राइफ्लोराइड का उत्पादन बोरेट लवणों को हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ उपचारित करके किया जाता है, जबकि ट्राइक्लोराइड का उत्पादन क्लोरीन गैस की उपस्थिति में बोरॉन ऑक्साइड के कार्बोथर्मिक अपचयन द्वारा किया जाता है:[35][37]

B2O3 + 3 C + 6 Cl2 -> 2 BCl3 + 3 CO

ट्राइहैलाइड्स समतलीय त्रिकोणीय संरचनाएं अपनाते हैं, जो एल्युमीनियम ट्राइहैलाइड्स के व्यवहार के विपरीत है। सभी आवेश-तटस्थ बोरॉन हैलाइड्स ऑक्टेट नियम का उल्लंघन करते हैं; इसलिए, वे आमतौर पर लुईस एसिड होते हैं। उदाहरण के लिए, बोरॉन ट्राइफ्लोराइड (BF3) टेट्राफ्लोरोबोरेट आयन, BF4− देने के लिए फ्लोराइड स्रोतों के साथ उत्सुकता से जुड़ता है। बोरॉन ट्राइफ्लोराइड का उपयोग पेट्रोकेमिकल उद्योग में उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है। हैलाइड्स बोरिक एसिड बनाने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।[37] अन्य बोरॉन हैलाइड्स में B-B बंध वाले शामिल हैं, जैसे B2F4 और B4Cl4।[4] बड़े पॉलीहेड्रल बोरॉन(I) हैलाइड्स भी मौजूद हैं, जैसे B7Br7, B8Cl8 और B9I9।

ऑक्साइड व्युत्पन्न

बोरॉन-युक्त खनिज विशेष रूप से B(III) के ऑक्साइड के रूप में मौजूद होते हैं, जो अक्सर अन्य तत्वों के साथ जुड़े होते हैं। सौ से अधिक बोरेट खनिज ज्ञात हैं। ये खनिज कुछ मामलों में सिलिकेट्स के समान होते हैं, हालाँकि यह अक्सर न केवल ऑक्सीजन के साथ चतुष्फलकीय (tetrahedral) समन्वय में, बल्कि त्रिकोणीय समतलीय (trigonal planar) विन्यास में भी पाए जाते हैं। बोरेट्स को दो वर्गों में विभाजित किया जा सकता है: निर्जल (anhydrous) और कहीं अधिक सामान्य हाइड्रेट्स। हाइड्रेट्स में B-OH समूह और कभी-कभी क्रिस्टलीकरण का जल होता है। एक विशिष्ट मोटिफ को सामान्य खनिज बोरेक्स के टेट्राबोरेट आयनों द्वारा दर्शाया गया है। चतुष्फलकीय बोरेट केंद्र का औपचारिक ऋणात्मक आवेश सोडियम (Na+) द्वारा संतुलित होता है।[37] बोरेट्स की कुछ जटिलता को जिंक बोरेट्स की सूची द्वारा दर्शाया गया है, जो सामान्य लकड़ी परिरक्षक (wood preservative) और अग्नि मंदक (fire retardant) हैं:[41] 4ZnO·B2O3·H2O, ZnO·B2O3·1.12H2O, ZnO·B2O3·2H2O, 6ZnO·5B2O3·3H2O, 2ZnO·3B2O3·7H2O, 2ZnO·3B2O3·3H2O, 3ZnO·5B2O3·14H2O, और ZnO·5B2O3·4.5H2O.[42]

जैसा कि पूर्ववर्ती उदाहरणों द्वारा दर्शाया गया है, बोरेट आयन B-O-B बंधों के निर्माण द्वारा संघनित (condense) होते हैं। बोरोसिलिकेट्स (B-O-Si के साथ) और बोरोफॉस्फेट्स (B-O-P लिंकेज के साथ) भी खनिजों और सिंथेटिक यौगिकों दोनों में अच्छी तरह से मौजूद हैं।[43]

ऑक्साइड से संबंधित अल्कोक्साइड और बोरोनिक एसिड हैं, जिनका सूत्र क्रमशः B(OR)3 और R2BOH है। बोरॉन ऐसे धातु-कार्बनिक यौगिकों की एक विस्तृत विविधता बनाता है, जिनमें से कुछ का उपयोग फार्मास्यूटिकल्स के संश्लेषण में किया जाता है। इन विकासों, विशेष रूप से सुजुकी प्रतिक्रिया (Suzuki reaction), को अकीरा सुजुकी के लिए 2010 के रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार के साथ मान्यता दी गई थी।[44]

हाइड्राइड्स

मुख्य लेख: Boranes

[45]

बोरेन और बोरोहाइड्राइड बोरॉन और हाइड्रोजन के यौगिक हैं जो क्रमशः तटस्थ और आयनिक होते हैं। सोडियम बोरोहाइड्राइड बोरेन का जनक है। सोडियम बोरोहाइड्राइड ट्राइमिथाइलबोरेट के हाइड्रोजनीकरण (hydrogenation) द्वारा प्राप्त किया जाता है:[35]

B(OCH3)3 + 4 Na + 2H2 -> NaBH4 + 3 NaOCH3

सोडियम बोरोहाइड्राइड एक सफेद, काफी वायु-स्थिर नमक है, और यह बोरॉन ट्राइफ्लोराइड के साथ उपचार द्वारा डाइबोरेन में परिवर्तित हो जाता है:[35]

3 NaBH4 + 4 BF3 -> 2 (BH3)2 + 3 NaBF4

डाइबोरेन जनक बोरेन (BH3) का डाइमर है। एथेन (C2H6) के समान सूत्र होने के बावजूद, डाइबोरेन एक स्पष्ट रूप से अलग संरचना अपनाता है, जिसमें H परमाणुओं का एक सेतु (bridging) युग्म होता है। यह असामान्य संरचना, जिसे केवल 1940 के दशक में समझा गया था, बोरॉन रसायन विज्ञान की जटिलता का एक प्रारंभिक संकेत था।[35]

डाइबोरेन के पायरोलिसिस से बोरॉन हाइड्राइड क्लस्टर जैसे पेंटाबोरेन(9) B5H9 और डेकाबोरेन B10H14 प्राप्त होते हैं।[4] बड़ी संख्या में आयनिक बोरॉन हाइड्राइड्स भी ज्ञात हैं, उदा. [B3H8]− और [B12H12]2−। इन क्लस्टर यौगिकों में, बोरॉन की समन्वय संख्या (coordination number) चार से अधिक होती है।[37] जब कम से कम एक बोरॉन परमाणु को दूसरे तत्वों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो हेटरोबोरेन्स बनते हैं। उनकी संरचना उनके मूल बोरेन के समान होती है। इन पॉलीहेड्रा क्लस्टरों में बंधन के विश्लेषण ने विलियम एन. लिप्सकॉम्ब को 1976 का रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार दिलाया, जो "बोरेन की संरचना पर अध्ययन के लिए था जिसने रासायनिक बंधन की समस्याओं को स्पष्ट किया"। न केवल उनकी संरचनाएं असामान्य हैं, बल्कि कई बोरेन अत्यधिक प्रतिक्रियाशील भी हैं। उदाहरण के लिए, पेंटाबोरेन के लिए एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया बताती है कि यह "हवा में अनायास ही प्रज्वलित या विस्फोटित हो जाएगा"।[46]

ऑर्गनोबोरॉन यौगिक

मुख्य लेख: Organoboron chemistry

बड़ी संख्या में ऑर्गनोबोरॉन यौगिक, B-C बंधों वाली प्रजातियां, ज्ञात हैं। कई ऑर्गनोबोरॉन यौगिक हाइड्रोबोरोनेशन से उत्पन्न होते हैं, जो C\dC और C\tC बंधों में B-H बंधों का योग है।[47] डाइबोरेन का उपयोग पारंपरिक रूप से ऐसी प्रतिक्रियाओं के लिए किया जाता है, जैसा कि ट्राईऑक्टाइलबोरेन की तैयारी द्वारा दर्शाया गया है:[48]

B2H6 + 6 H2C\dCH(CH2)5CH3 -> 2 B((CH2)7CH3)3

यह रेगियोकेमिस्ट्री - यानी टर्मिनल कार्बन से जुड़ने की B की प्रवृत्ति - बोरेन में बंधों के ध्रुवीकरण द्वारा समझाई जाती है, जिसे Bδ+-Hδ- के रूप में इंगित किया जाता है।[4]

हाइड्रोबोरोनेशन ने कई बाद की प्रतिक्रियाओं के द्वार खोल दिए, जिनमें से कई जटिल कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण में उपयोगी हैं।[49] इन विधियों के महत्व को 1979 में एच. सी. ब्राउन को रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार प्रदान करके मान्यता दी गई थी। यहाँ तक कि जटिल बोरॉन हाइड्राइड्स, जैसे डेकाबोरेन, भी हाइड्रोबोरोनेशन से गुजरते हैं।[4]:181 वाष्पशील बोरेन की तरह, एल्काइल बोरेन हवा में अनायास ही प्रज्वलित हो जाते हैं।

1950 के दशक में, कई अध्ययनों ने जेट ईंधन के लिए ऊर्जा-बढ़ाने वाले "ज़िप ईंधन" (Zip fuel) एडिटिव्स के रूप में बोरेन के उपयोग की जांच की।[50]

ट्राईऑर्गनोबोरॉन(III) यौगिक त्रिकोणीय समतलीय होते हैं और कमजोर लुईस अम्लता (Lewis acidity) प्रदर्शित करते हैं। परिणामी एडक्ट्स (adducts) चतुष्फलकीय होते हैं। यह व्यवहार ट्राईऑर्गनोएल्युमिनियम यौगिकों (देखें ट्राइमिथाइलएल्युमिनियम) के विपरीत है, जो सेतु एल्काइल समूहों के साथ चतुष्फलकीय होते हैं।[51][52]

B≡C ट्रिपल बॉन्ड वाला एक यौगिक पहली बार 2025 में संश्लेषित किया गया था।[53]

नाइट्राइड्स

मुख्य लेख: Boron nitride

बोरॉन-नाइट्राइड्स B-B और N-N बंधों से बचने के पैटर्न का पालन करते हैं; सामान्यतः केवल B-N बंधन देखा जाता है। बोरॉन नाइट्राइड ग्रेफाइट, हीरा और नैनोट्यूब सहित कार्बन के विभिन्न अपरूपों (allotropes) के अनुरूप संरचनाएं प्रदर्शित करते हैं। यह समानता इस तथ्य को दर्शाती है कि B और N में आठ वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जैसा कि कार्बन परमाणुओं के एक जोड़े में होता है। क्यूबिक बोरॉन नाइट्राइड (ट्रेडनेम बोराज़ोन) में, बोरॉन और नाइट्रोजन परमाणु चतुष्फलकीय होते हैं, बिल्कुल हीरे में कार्बन की तरह। क्यूबिक बोरॉन नाइट्राइड का उपयोग, अन्य अनुप्रयोगों के अलावा, एक अपघर्षक (abrasive) के रूप में किया जाता है, क्योंकि इसकी कठोरता हीरे के बराबर है। हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (h-BN) ग्रेफाइट का BN एनालॉग है, जिसमें वैकल्पिक B और N परमाणुओं की परतें होती हैं। ये परतें परतों के बीच बोरॉन और नाइट्रोजन के साथ व्यवस्थित होती हैं। ग्रेफाइट और h-BN के गुण स्पष्ट रूप से भिन्न हैं, हालाँकि दोनों स्नेहक (lubricants) हैं, क्योंकि ये तल एक-दूसरे पर आसानी से फिसल जाते हैं। हालाँकि, h-BN समतलीय दिशाओं में अपेक्षाकृत खराब विद्युत और तापीय चालक है।[54][55] बोरॉन नाइट्राइड्स के आणविक एनालॉग बोराज़ीन, (BH)3(NH)3 द्वारा दर्शाए जाते हैं।[4]:167

कार्बाइड्स

[56] बोरॉन कार्बाइड एक सिरेमिक सामग्री है। यह एक इलेक्ट्रिक भट्टी में B2O3 के कार्बोथर्मल रिडक्शन द्वारा प्राप्त किया जाता है:[57]

2 B2O3 + 7 C → B4C + 6 CO

बोरॉन कार्बाइड की संरचना केवल इसके सूत्र B4C में लगभग परिलक्षित होती है, और यह इस सुझाए गए स्टोइकोमेट्रिक अनुपात से कार्बन की स्पष्ट कमी को दर्शाता है। यह इसकी जटिल संरचना के कारण है। पदार्थ को अनुभवजन्य सूत्र (empirical formula) B12C3 के साथ देखा जा सकता है (अर्थात, B12 डोडेकाहेड्रा एक मोटिफ के रूप में), लेकिन कम कार्बन के साथ, क्योंकि सुझाए गए C3 इकाइयों को C-B-C श्रृंखलाओं के साथ बदल दिया जाता है, और कुछ छोटे (B6) ऑक्टाहेड्रा भी मौजूद होते हैं (संरचनात्मक विश्लेषण के लिए बोरॉन कार्बाइड लेख देखें)। बोरॉन कार्बाइड की दोहराव वाली बहुलक प्लस अर्ध-क्रिस्टलीय संरचना इसे वजन के हिसाब से बहुत अधिक संरचनात्मक शक्ति प्रदान करती है।

बोराइड्स

बाइनरी धातु-बोरॉन यौगिक, धातु बोराइड्स, में केवल बोरॉन और एक धातु होती है। वे धात्विक, असाधारण रूप से कठोर और उच्च गलनांक (melting points) वाले होते हैं। TiB2, ZrB2, और HfB2 का गलनांक 3000 °C से ऊपर होता है।[55] बोराइड्स को मोटे तौर पर बोरॉन-समृद्ध या धातु-समृद्ध के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, उदाहरण के लिए एक चरम पर YB66 से लेकर दूसरे पर Nd2Fe14B तक। सामान्यतः स्वीकृत परिभाषा यह है कि यदि बोरॉन परमाणुओं का धातु परमाणुओं से अनुपात 4:1 या अधिक है, तो यौगिक बोरॉन-समृद्ध है; यदि यह कम है, तो यह धातु-समृद्ध है। कुछ धातु बोराइड्स काटने के उपकरणों के लिए कठोर सामग्री के रूप में विशेष अनुप्रयोग पाते हैं।[58]

प्राप्ति

मुख्य लेख: Borate minerals

Borate minerals

बोरॉन ब्रह्मांड और सौर मंडल में दुर्लभ है। बिग बैंग में निर्मित बोरॉन की मात्रा नगण्य थी। बोरॉन तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस (stellar nucleosynthesis) के सामान्य पाठ्यक्रम में उत्पन्न नहीं होता है, और तारकीय आंतरिक भागों में नष्ट हो जाता है।[59]

पृथ्वी की सतह के उच्च ऑक्सीजन वातावरण में, बोरॉन हमेशा बोरेट के रूप में पूरी तरह से ऑक्सीकृत पाया जाता है। बोरॉन पृथ्वी पर मौलिक रूप में प्रकट नहीं होता है। चंद्र रेगोलिथ में मौलिक बोरॉन के अत्यंत सूक्ष्म निशान पाए गए थे।[60][61]

हालाँकि बोरॉन पृथ्वी की पपड़ी में एक अपेक्षाकृत दुर्लभ तत्व है, जो पपड़ी के द्रव्यमान का केवल 0.001% है, इसे पानी की क्रिया द्वारा अत्यधिक केंद्रित किया जा सकता है, जिसमें कई बोरेट्स घुलनशील होते हैं। यह प्राकृतिक रूप से बोरेक्स और बोरिक एसिड (कभी-कभी ज्वालामुखी झरने के पानी में पाया जाता है) जैसे यौगिकों में संयुक्त पाया जाता है। सौ से अधिक बोरेट खनिज ज्ञात हैं।[62][63]

उत्पादन

बोरॉन के आर्थिक रूप से महत्वपूर्ण स्रोत कोलेमनाइट, रासोराइट (केर्नाइट), उलेक्सिट और टिंकल खनिज हैं। कुल मिलाकर, ये खनन किए गए बोरॉन-युक्त अयस्क का 90% हिस्सा हैं। सबसे बड़े ज्ञात वैश्विक बोरेक्स भंडार, जिनमें से कई अभी भी अप्रयुक्त हैं, मध्य और पश्चिमी तुर्की में हैं, जिसमें एस्किसेहिर, कुताह्या और बालिकेसिर प्रांत शामिल हैं।[64][65][66] वैश्विक सिद्ध बोरॉन खनिज खनन भंडार एक बिलियन मीट्रिक टन से अधिक है, जबकि वार्षिक उत्पादन लगभग चार मिलियन टन है।[67]

तुर्की और संयुक्त राज्य अमेरिका बोरॉन उत्पादों के सबसे बड़े उत्पादक हैं। तुर्की एटी माइन वर्क्स (Eti Maden İşletmeleri) के माध्यम से वैश्विक वार्षिक मांग का लगभग आधा उत्पादन करता है, जो एक तुर्की राज्य-स्वामित्व वाली खनन और रसायन कंपनी है जो बोरॉन उत्पादों पर केंद्रित है। इसके पास तुर्की में बोरेट खनिजों के खनन पर सरकारी एकाधिकार है, जिसके पास दुनिया के ज्ञात भंडारों का 72% हिस्सा है।[68] 2012 में, इसकी वैश्विक बोरेट खनिजों के उत्पादन में 47% हिस्सेदारी थी, जो इसके मुख्य प्रतियोगी, रियो टिंटो ग्रुप से आगे थी।[69]

वैश्विक बोरॉन उत्पादन का लगभग एक चौथाई (23%) रियो टिंटो बोरेक्स माइन (जिसे यू.एस. बोरेक्स बोरॉन माइन के रूप में भी जाना जाता है) type:landmark_globe:earth_region:US-CA से आता है, जो बोरोन, कैलिफोर्निया के पास स्थित है।[70][71]

बाजार का रुझान

2008 में क्रिस्टलीय मौलिक बोरॉन की औसत लागत US$5/g थी।[72] मौलिक बोरॉन का मुख्य रूप से बोरॉन फाइबर बनाने में उपयोग किया जाता है, जहाँ इसे टंगस्टन कोर पर रासायनिक वाष्प जमाव (chemical vapor deposition) द्वारा जमा किया जाता है (नीचे देखें)। बोरॉन फाइबर का उपयोग हल्के मिश्रित अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि उच्च शक्ति वाले टेप।[73] यह उपयोग कुल बोरॉन उपयोग का एक छोटा सा हिस्सा है। बोरॉन को आयन प्रत्यारोपण (ion implantation) द्वारा बोरॉन यौगिकों के रूप में अर्धचालकों में पेश किया जाता है।[74]

2012 में बोरॉन की अनुमानित वैश्विक खपत (लगभग पूरी तरह से बोरॉन यौगिकों के रूप में) B2O3 के लगभग 4 मिलियन टन थी। 2019 में बोरेक्स और केर्नाइट जैसे बोरॉन यौगिकों की लागत संचयी रूप से US$377/टन थी।[75]

बोरिक एसिड की बढ़ती मांग ने कई उत्पादकों को अतिरिक्त क्षमता में निवेश करने के लिए प्रेरित किया है। तुर्की की राज्य-स्वामित्व वाली एटी माइन वर्क्स ने 2003 में एमेट में 100,000 टन प्रति वर्ष की उत्पादन क्षमता वाला एक नया बोरिक एसिड संयंत्र खोला। रियो टिंटो ग्रुप ने अपने बोरॉन संयंत्र की क्षमता 2003 में 260,000 टन प्रति वर्ष से बढ़ाकर मई 2005 तक 310,000 टन प्रति वर्ष कर दी, और 2006 में इसे 366,000 टन प्रति वर्ष तक बढ़ाने की योजना है।

वैश्विक मांग में वृद्धि ग्लास फाइबर, फाइबरग्लास और बोरोसिलिकेट कांच के उत्पादन में उच्च विकास दर से प्रेरित है। एशिया में सुदृढीकरण-ग्रेड बोरॉन-युक्त फाइबरग्लास के निर्माण में तेजी से वृद्धि ने यूरोप और अमेरिका में बोरॉन-मुक्त सुदृढीकरण-ग्रेड फाइबरग्लास के विकास की भरपाई की है। ऊर्जा की कीमतों में हालिया वृद्धि से इन्सुलेशन-ग्रेड फाइबरग्लास का अधिक उपयोग हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बोरॉन की खपत में वृद्धि होगी। रोस्किल कंसल्टिंग ग्रुप का अनुमान है कि बोरॉन की विश्व मांग 2010 तक 21 मिलियन टन तक पहुंचने के लिए प्रति वर्ष 3.4% की दर से बढ़ेगी। मांग में सबसे अधिक वृद्धि एशिया में होने की उम्मीद है जहाँ मांग प्रति वर्ष औसतन 5.7% बढ़ सकती है।[76][77]

अनुप्रयोग

पृथ्वी से निकाला गया लगभग सारा बोरॉन अयस्क बोरिक एसिड और सोडियम टेट्राबोरेट पेंटाहाइड्रेट के रूप में परिष्कृत किया जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, 70% बोरॉन का उपयोग कांच और सिरेमिक के उत्पादन के लिए किया जाता है।[78][79] बोरॉन यौगिकों का प्रमुख वैश्विक औद्योगिक-स्तरीय उपयोग (अंतिम-उपयोग का लगभग 46%) बोरॉन-युक्त इन्सुलेटिंग और संरचनात्मक फाइबरग्लास के लिए ग्लास फाइबर के उत्पादन में है, विशेष रूप से एशिया में। बोरॉन को कांच के रेशों की मजबूती या फ्लक्सिंग गुणों को प्रभावित करने के लिए बोरेक्स पेंटाहाइड्रेट या बोरॉन ऑक्साइड के रूप में कांच में मिलाया जाता है।[80] वैश्विक बोरॉन उत्पादन का अन्य 10% बोरोसिलिकेट ग्लास के लिए है जैसा कि उच्च शक्ति वाले कांच के बर्तनों में उपयोग किया जाता है। वैश्विक बोरॉन का लगभग 15% बोरॉन सिरेमिक में उपयोग किया जाता है, जिसमें नीचे चर्चा की गई सुपर-हार्ड सामग्री शामिल है। कृषि वैश्विक बोरॉन उत्पादन का 11% उपभोग करती है। ब्लीच और डिटर्जेंट लगभग 6% का उपभोग करते हैं।[81]

बोरोनेटेड फाइबरग्लास

मुख्य लेख: Fiberglass

फाइबरग्लास, एक फाइबर प्रबलित बहुलक, में कभी-कभी बोरोसिलिकेट, बोरेक्स या बोरॉन ऑक्साइड होता है जिसे कांच की मजबूती बढ़ाने के लिए जोड़ा जाता है। अत्यधिक बोरोनेटेड ग्लास, ई-ग्लास ("इलेक्ट्रिकल" उपयोग के लिए नामित), एल्युमिनो-बोरोसिलिकेट ग्लास है। एक अन्य सामान्य उच्च-बोरॉन ग्लास, सी-ग्लास, में भी उच्च बोरॉन ऑक्साइड सामग्री होती है और इसका उपयोग ग्लास स्टेपल फाइबर और इन्सुलेशन के लिए किया जाता है। डी-ग्लास एक बोरोसिलिकेट ग्लास है जिसे इसके कम ढांकता हुआ स्थिरांक (dielectric constant) के लिए नामित किया गया है।[82]

निर्माण और इन्सुलेशन में फाइबरग्लास के सर्वव्यापी उपयोग के कारण, बोरॉन-युक्त फाइबरग्लास बोरॉन के वैश्विक उत्पादन का आधे से अधिक उपभोग करते हैं और यह सबसे बड़ा एकल वाणिज्यिक बोरॉन बाजार है।[83]

बोरोसिलिकेट ग्लास

मुख्य लेख: Borosilicate glass

बोरोसिलिकेट ग्लास, जो आमतौर पर 12–15% B2O3, 80% SiO2, और 2% Al2O3 होता है, का तापीय विस्तार गुणांक (coefficient of thermal expansion) कम होता है, जिससे इसे थर्मल शॉक के प्रति अच्छा प्रतिरोध मिलता है। शॉट एजी (Schott AG) का "डुरान" और ओवेन्स-कॉर्निंग का ट्रेडमार्क पाइरेक्स इस कांच के लिए दो प्रमुख ब्रांड नाम हैं, जिनका उपयोग प्रयोगशाला कांच के बर्तनों और उपभोक्ता कुकवेयर और बेकवेयर दोनों में मुख्य रूप से इसी कारण से किया जाता है।[84]

मौलिक बोरॉन फाइबर

बोरॉन फाइबर (बोरॉन फिलामेंट्स) उच्च-शक्ति, हल्के पदार्थ हैं जिनका उपयोग मुख्य रूप से उन्नत एयरोस्पेस संरचनाओं में कम्पोजिट सामग्री के एक घटक के रूप में किया जाता है, साथ ही सीमित उत्पादन वाले उपभोक्ता और खेल के सामान जैसे गोल्फ क्लब और फिशिंग रॉड में भी इनका उपयोग होता है।[85][86] इन फाइबरों का उत्पादन टंगस्टन फिलामेंट पर बोरॉन के रासायनिक वाष्प जमाव (chemical vapor deposition) द्वारा किया जा सकता है।[87][88]

बोरॉन फाइबर और उप-मिलीमीटर आकार के क्रिस्टलीय बोरॉन स्प्रिंग्स का उत्पादन लेजर-सहायता प्राप्त लेजर रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा किया जाता है। केंद्रित लेजर बीम के स्थानांतरण से जटिल हेलिकल संरचनाओं का उत्पादन संभव होता है। ऐसी संरचनाएं अच्छे यांत्रिक गुण (प्रत्यास्थता मापांक 450 GPa, फ्रैक्चर स्ट्रेन 3.7%, फ्रैक्चर स्ट्रेस 17 GPa) प्रदर्शित करती हैं और इन्हें सिरेमिक के सुदृढीकरण या माइक्रोमैकेनिकल सिस्टम में लागू किया जा सकता है।[89]

बोरॉन कार्बाइड सिरेमिक

मुख्य लेख: Boron carbide

बोरॉन कार्बाइड की लंबी अवधि तक रहने वाले रेडियोन्यूक्लाइड बनाए बिना न्यूट्रॉन को अवशोषित करने की क्षमता (विशेष रूप से जब अतिरिक्त बोरॉन-10 के साथ डोप किया जाता है) इस सामग्री को परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पन्न होने वाले न्यूट्रॉन विकिरण के अवशोषक के रूप में आकर्षक बनाती है।[90] बोरॉन कार्बाइड के परमाणु अनुप्रयोगों में शील्डिंग, कंट्रोल रॉड्स और शट-डाउन पेलेट्स शामिल हैं। कंट्रोल रॉड्स के भीतर, बोरॉन कार्बाइड को अक्सर इसके सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए पाउडर के रूप में उपयोग किया जाता है।[91]

उच्च-कठोरता और अपघर्षक यौगिक

मुख्य लेख: Superhard materials
BCN ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुण[92] और ReB2[93]
सामग्री विकर्स कठोरता (GPa) फ्रैक्चर कठोरता (MPa⋅m1⁄2)
हीरा 115.0 5.3
क्यूबिक-BC2N 76.0 4.5
क्यूबिक-BC5 71.0 9.5
क्यूबिक-BN 62.0 6.8
B4C 38.0 22.0
ReB2 3.5

बोरॉन कार्बाइड और क्यूबिक बोरॉन नाइट्राइड पाउडर का व्यापक रूप से अपघर्षक (abrasives) के रूप में उपयोग किया जाता है। बोरॉन नाइट्राइड एक ऐसी सामग्री है जो कार्बन के आइसोइलेक्ट्रॉनिक है। कार्बन के समान, इसके हेक्सागोनल (नरम ग्रेफाइट जैसा h-BN) और क्यूबिक (कठोर, हीरे जैसा c-BN) दोनों रूप होते हैं। h-BN का उपयोग उच्च तापमान वाले घटक और स्नेहक के रूप में किया जाता है। c-BN, जिसे व्यावसायिक नाम बोराज़ोन के तहत भी जाना जाता है, एक बेहतर अपघर्षक है। इसकी कठोरता हीरे की तुलना में थोड़ी कम है, जबकि इसकी रासायनिक स्थिरता अधिक है।[94] हेटरोडायमंड (जिसे BCN भी कहा जाता है) एक और हीरे जैसा बोरॉन यौगिक है।[95]

धातु विज्ञान

मुख्य लेख: Boron steel, Boriding

हार्डनेबिलिटी (hardenability) बढ़ाने के लिए बोरॉन स्टील में कुछ पार्ट्स प्रति मिलियन (ppm) के स्तर पर बोरॉन मिलाया जाता है। बोरॉन की न्यूट्रॉन अवशोषण क्षमता के कारण परमाणु उद्योग में उपयोग किए जाने वाले स्टील्स में उच्च प्रतिशत मिलाया जाता है।[96]

बोरॉन बोराइडिंग के माध्यम से स्टील्स और मिश्र धातुओं की सतह की कठोरता को भी बढ़ा सकता है। इसके अतिरिक्त, धातु बोराइड्स का उपयोग रासायनिक वाष्प जमाव या भौतिक वाष्प जमाव के माध्यम से कोटिंग टूल्स के लिए किया जाता है। आयन प्रत्यारोपण (ion implantation) या आयन बीम जमाव के माध्यम से धातुओं और मिश्र धातुओं में बोरॉन आयनों का प्रत्यारोपण, सतह प्रतिरोध और सूक्ष्म कठोरता में शानदार वृद्धि करता है। लेजर मिश्रधातु का भी इसी उद्देश्य के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है। ये बोराइड्स हीरे की कोटिंग वाले टूल्स का एक विकल्प हैं, और उनकी सतहों के गुण थोक बोराइड के समान होते हैं।[97]

उदाहरण के लिए, रेनियम डिबोराइड का उत्पादन परिवेश के दबाव पर किया जा सकता है, लेकिन रेनियम की लागत के कारण यह काफी महंगा है। ReB2 की कठोरता अपनी हेक्सागोनल स्तरित संरचना के कारण काफी एनिसोट्रॉपी (anisotropy) प्रदर्शित करती है। इसका मान टंगस्टन कार्बाइड, सिलिकॉन कार्बाइड, टाइटेनियम डिबोराइड, या ज़िरकोनियम डिबोराइड के बराबर है।[93] इसी तरह, AlMgB14 + TiB2 कंपोजिट में उच्च कठोरता और घिसाव प्रतिरोध होता है और इनका उपयोग थोक रूप में या उच्च तापमान और घिसाव भार के संपर्क में आने वाले घटकों के लिए कोटिंग के रूप में किया जाता है।[98]

डिटर्जेंट फॉर्मूलेशन और ब्लीचिंग एजेंट

बोरेक्स का उपयोग विभिन्न घरेलू लॉन्ड्री और सफाई उत्पादों में किया जाता है।[99] यह कुछ दांतों को सफेद करने वाले फॉर्मूलों में भी मौजूद होता है।[79]

सोडियम परबोरेट कई डिटर्जेंट, लॉन्ड्री डिटर्जेंट, सफाई उत्पादों, और लॉन्ड्री ब्लीच में सक्रिय ऑक्सीजन का एक स्रोत है। हालाँकि, अपने नाम के बावजूद, "बोरेटिम" (Borateem) लॉन्ड्री ब्लीच में अब कोई बोरॉन यौगिक नहीं होता है, इसके बजाय यह ब्लीचिंग एजेंट के रूप में सोडियम परकार्बोनेट का उपयोग करता है।[100]

कीटनाशक और एंटीफंगल

जिंक बोरेट्स और बोरिक एसिड, जिन्हें अग्नि मंदक (fire retardants) के रूप में लोकप्रिय बनाया गया है, का व्यापक रूप से लकड़ी के संरक्षक और कीटनाशकों के रूप में उपयोग किया जाता है। बोरिक एसिड का उपयोग घरेलू कीटनाशक के रूप में भी किया जाता है।[101][102][103]

सेमीकंडक्टर

बोरॉन सिलिकॉन, जर्मेनियम और सिलिकॉन कार्बाइड जैसे सेमीकंडक्टर के लिए एक उपयोगी डोपेंट है। होस्ट परमाणु की तुलना में एक कम वैलेंस इलेक्ट्रॉन होने के कारण, यह एक होल दान करता है, जिसके परिणामस्वरूप p-टाइप चालकता होती है। सेमीकंडक्टर को बोरॉन के साथ डोप करने की पारंपरिक विधि उच्च तापमान पर परमाणु प्रसार (atomic diffusion) के माध्यम से है। यह प्रक्रिया ठोस (B2O3), तरल (BBr3), या गैसीय बोरॉन स्रोतों (B2H6 या BF3) का उपयोग करती है। हालाँकि, 1970 के दशक के बाद, इसे ज्यादातर आयन प्रत्यारोपण द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया, जो मुख्य रूप से बोरॉन स्रोत के रूप में BF3 पर निर्भर करता है।[104] बोरॉन ट्राइक्लोराइड गैस धातुओं और उनके ऑक्साइड की प्लाज्मा नक्काशी (plasma etching) के लिए सेमीकंडक्टर उद्योग में भी एक महत्वपूर्ण रसायन है।[105] ट्राइएथिलबोरेन को भी बोरॉन स्रोत के रूप में वाष्प जमाव रिएक्टरों में इंजेक्ट किया जाता है।[106] इसके उदाहरणों में बोरॉन युक्त कठोर कार्बन फिल्मों, सिलिकॉन नाइट्राइड-बोरॉन नाइट्राइड फिल्मों का प्लाज्मा जमाव, और बोरॉन के साथ डायमंड फिल्म की डोपिंग शामिल है।[107]

चुंबक

बोरॉन नियोडिमियम चुंबक (Nd2Fe14B) का एक घटक है, जो स्थायी चुंबक के सबसे मजबूत प्रकारों में से एक है। ये चुंबक विभिन्न इलेक्ट्रोमैकेनिकल और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में पाए जाते हैं, जैसे कि मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग (MRI) मेडिकल इमेजिंग सिस्टम में और कॉम्पैक्ट और अपेक्षाकृत छोटे मोटर्स और एक्चुएटर्स में। उदाहरण के तौर पर, कंप्यूटर हार्ड डिस्क ड्राइव, CD, और DVD प्लेयर कॉम्पैक्ट पैकेज में तीव्र रोटरी पावर देने के लिए नियोडिमियम चुंबक मोटर्स पर निर्भर करते हैं। मोबाइल फोन में, "नियो" चुंबक चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करते हैं जो छोटे स्पीकर को पर्याप्त ऑडियो पावर देने की अनुमति देते हैं।[108]

परमाणु रिएक्टरों में शील्डिंग और न्यूट्रॉन अवशोषक

बोरॉन शील्डिंग का उपयोग परमाणु रिएक्टर के नियंत्रण के रूप में किया जाता है, जो न्यूट्रॉन कैप्चर के लिए इसके उच्च न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन का लाभ उठाता है।[109]

प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर में, ईंधन की परिवर्तनशील प्रतिक्रियाशीलता (reactivity) की भरपाई करने के लिए कूलिंग वॉटर में बोरॉन एसिड की परिवर्तनशील सांद्रता का उपयोग न्यूट्रॉन पॉइजन के रूप में किया जाता है। जब नई रॉड्स डाली जाती हैं, तो बोरॉन एसिड की सांद्रता अधिकतम होती है। फिर इसके जीवनकाल के दौरान इसे कम कर दिया जाता है।[110]

अन्य गैर-चिकित्सीय उपयोग

फार्मास्युटिकल और जैविक अनुप्रयोग

बोरॉन फार्मास्युटिकल और जैविक अनुप्रयोगों में एक भूमिका निभाता है क्योंकि यह बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित विभिन्न एंटीबायोटिक दवाओं में पाया जाता है, जैसे कि बोरोमाइसिन, एप्लास्मोमाइसिन, बोरोफाइसीन, और टार्टरोलोन। इन एंटीबायोटिक दवाओं ने कुछ बैक्टीरिया, कवक और प्रोटोजोआ के विकास पर निरोधात्मक प्रभाव दिखाया है। बोरॉन का अध्ययन इसके संभावित औषधीय अनुप्रयोगों के लिए भी किया जा रहा है, जिसमें मस्तिष्क के ट्यूमर के लिए बोरॉन न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी जैसी चिकित्सा के लिए जैविक रूप से सक्रिय अणुओं में इसका समावेश शामिल है। कुछ बोरॉन युक्त जैव-अणु कोशिका सतहों के साथ बातचीत करने वाले सिग्नलिंग अणुओं के रूप में कार्य कर सकते हैं, जो कोशिकीय संचार में भूमिका का सुझाव देते हैं।[122]

बोरिक एसिड और इसके लवण, जिन्हें बोरेट के रूप में जाना जाता है, का व्यापक रूप से क्लीनर और उर्वरकों में उपयोग किया जाता है। बोरिक एसिड कुछ त्वचा उपचारों का एक प्रमुख घटक है; हालाँकि, बोरॉन की उच्च सांद्रता के संपर्क में आने से गंभीर प्रतिकूल स्वास्थ्य प्रभाव हो सकते हैं, जिसमें मृत्यु भी शामिल है, विशेष रूप से जब त्वचा क्षतिग्रस्त हो। बोरिक एसिड का सेवन पेट दर्द, उल्टी और दस्त का कारण भी बन सकता है। रसायन जठरांत्र प्रणाली द्वारा अवशोषित किया जाता है।[123] बोरिक एसिड के हल्के घोल का उपयोग नेत्र एंटीसेप्टिक्स के रूप में किया गया है।[124]

बोरॉन कार्बनिक फार्मास्युटिकल बोर्टेज़ोमिब में एक सक्रिय तत्व के रूप में दिखाई देता है, जो मायलोमा और लिम्फोमा के एक रूप के इलाज के लिए प्रोटीसोम अवरोधक (proteasome inhibitor) नामक दवा का एक वर्ग है। बोर्टेज़ोमिब में बोरॉन परमाणु 26S प्रोटीसोम की उत्प्रेरक साइट को बांधता है।[125]

  • बोरॉन न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी (BNCT) में उपयोग के लिए बोरॉन-10 का उपयोग करके कई संभावित बोरोनेटेड फार्मास्यूटिकल्स तैयार किए गए हैं।[126]
  • कुछ बोरॉन यौगिक गठिया के इलाज में आशाजनक हैं, हालांकि अभी तक किसी को भी इस उद्देश्य के लिए सामान्य रूप से अनुमोदित नहीं किया गया है।[127]

टावाबोरोल एक अमीनोएसाइल tRNA सिंथेटेस अवरोधक है जिसका उपयोग पैर के नाखून के कवक (toenail fungus) के इलाज के लिए किया जाता है। इसे जुलाई 2014 में FDA की मंजूरी मिली।[128]

डायोक्साबोरोलेन (Dioxaborolane) रसायन विज्ञान एंटीबॉडी या लाल रक्त कोशिकाओं की रेडियोधर्मी फ्लोराइड (18F) लेबलिंग को सक्षम बनाता है, जो कैंसर[129] और रक्तस्राव (hemorrhages)[130] की पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (PET) इमेजिंग की अनुमति देता है। एक मानव-व्युत्पन्न, आनुवंशिक, पॉज़िट्रॉन-उत्सर्जक और फ्लोरोसेंट (HD-GPF) रिपोर्टर प्रणाली एक मानव प्रोटीन, PSMA (जो गैर-प्रतिरक्षाजनक है) और एक छोटे अणु का उपयोग करती है जो पॉज़िट्रॉन-उत्सर्जक (बोरॉन से बंधा 18F) और फ्लोरोसेंट होता है, ताकि पूरे चूहे में जीनोम-संशोधित कोशिकाओं, जैसे कैंसर, CRISPR/Cas9, या CAR T-कोशिकाओं की दोहरी पद्धति (dual modality) PET और फ्लोरोसेंट इमेजिंग की जा सके।[131] PSMA को लक्षित करने वाले इस दोहरी-पद्धति वाले छोटे अणु का मनुष्यों में परीक्षण किया गया और इसने प्राथमिक तथा मेटास्टेटिक प्रोस्टेट कैंसर के स्थान का पता लगाया, कैंसर को हटाने में फ्लोरोसेंस-निर्देशित सहायता प्रदान की, और ऊतक मार्जिन में एकल कैंसर कोशिकाओं का पता लगाया।[132]

अनुसंधान

MgB2

मैग्नीशियम डाइबोराइड (MgB2) 39 K के संक्रमण तापमान वाला एक अतिचालक (superconductor) है।[133][134] MgB2 तार पाउडर-इन-ट्यूब प्रक्रिया से बनाए जाते हैं और अतिचालक चुंबकों में उपयोग किए जाते हैं।[134][135] CERN में MgB2 केबल बनाने की एक परियोजना के परिणामस्वरूप ऐसे अतिचालक परीक्षण केबल बने हैं जो 20,000 एम्पीयर तक की धारा ले जाने में सक्षम हैं, जिनका उपयोग अत्यधिक उच्च धारा वितरण अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है, जैसे कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर का प्रस्तावित उच्च-ल्यूमिनोसिटी संस्करण।[136]

वाणिज्यिक समस्थानिक संवर्धन

अपने उच्च न्यूट्रॉन क्रॉस-सेक्शन के कारण, बोरॉन-10 का उपयोग अक्सर परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन-कैप्चरिंग पदार्थ के रूप में विखंडन को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।[137] औद्योगिक-स्तर की कई संवर्धन प्रक्रियाएं विकसित की गई हैं; हालाँकि, केवल बोरॉन ट्राइफ्लोराइड (DME-BF3) के डाइमिथाइल ईथर एडक्ट का आंशिक वैक्यूम आसवन और बोरेट्स का कॉलम क्रोमैटोग्राफी ही उपयोग में है।[138][139]

विकिरण-कठोर अर्धचालक (Radiation-hardened semiconductors)

ब्रह्मांडीय विकिरण (Cosmic radiation) जब अंतरिक्ष यान की संरचनाओं से टकराता है तो द्वितीयक न्यूट्रॉन उत्पन्न करता है। यदि अंतरिक्ष यान के अर्धचालक (semiconductors) में 10B मौजूद हो, तो ये न्यूट्रॉन उसमें अवशोषित हो जाते हैं, जिससे एक गामा किरण, एक अल्फा कण, और एक लिथियम आयन उत्पन्न होता है। ये परिणामी क्षय उत्पाद पास के अर्धचालक "चिप" संरचनाओं को विकिरणित कर सकते हैं, जिससे डेटा हानि (बिट फ्लिपिंग, या सिंगल इवेंट अपसेट) हो सकती है। विकिरण-कठोर अर्धचालक डिजाइनों में, एक उपाय 'क्षयित बोरॉन' (depleted boron) का उपयोग करना है, जो 11B में अत्यधिक समृद्ध होता है और जिसमें लगभग कोई 10B नहीं होता है। यह उपयोगी है क्योंकि 11B विकिरण क्षति के प्रति काफी हद तक प्रतिरक्षित है। क्षयित बोरॉन परमाणु ऊर्जा उद्योग का एक उप-उत्पाद है (ऊपर देखें)।[140]

प्रोटॉन-बोरॉन संलयन

11B अन्यूट्रोनिक संलयन (aneutronic fusion) के लिए ईंधन के रूप में भी एक उम्मीदवार है। जब यह लगभग 500 keV ऊर्जा वाले प्रोटॉन से टकराता है, तो यह तीन अल्फा कण और 8.7 MeV ऊर्जा उत्पन्न करता है। हाइड्रोजन और हीलियम से जुड़ी अधिकांश अन्य संलयन प्रतिक्रियाएं मर्मज्ञ न्यूट्रॉन विकिरण उत्पन्न करती हैं, जो रिएक्टर संरचनाओं को कमजोर करती हैं और दीर्घकालिक रेडियोधर्मिता को प्रेरित करती हैं, जिससे परिचालन कर्मियों को खतरा होता है। 11B संलयन से प्राप्त अल्फा कणों को सीधे विद्युत शक्ति में बदला जा सकता है, और रिएक्टर बंद होते ही सारा विकिरण रुक जाता है।[141]

संवर्धित बोरॉन (बोरॉन-10)

10B समस्थानिक तापीय न्यूट्रॉन (thermal neutrons) को पकड़ने के लिए उपयोगी है (देखें न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन)। परमाणु ऊर्जा उद्योग प्राकृतिक बोरॉन को लगभग शुद्ध 10B में समृद्ध करता है। कम मूल्यवान उप-उत्पाद, क्षयित बोरॉन, लगभग शुद्ध 11B होता है।[142]

संवर्धित बोरॉन या 10B का उपयोग विकिरण परिरक्षण में किया जाता है और यह कैंसर की न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी में उपयोग किया जाने वाला प्राथमिक न्यूक्लाइड है। बाद वाले ("बोरॉन न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी" या BNCT) में, 10B युक्त एक यौगिक को एक दवा में शामिल किया जाता है जिसे चुनिंदा रूप से एक घातक ट्यूमर और उसके पास के ऊतकों द्वारा ग्रहण किया जाता है। फिर रोगी का उपचार अपेक्षाकृत कम न्यूट्रॉन विकिरण खुराक पर कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन की एक किरण के साथ किया जाता है। न्यूट्रॉन ऊर्जावान और कम दूरी के द्वितीयक अल्फा कण और लिथियम-7 भारी आयन विकिरण को ट्रिगर करते हैं जो बोरॉन-न्यूट्रॉन परमाणु प्रतिक्रिया के उत्पाद हैं, और यह आयन विकिरण ट्यूमर पर, विशेष रूप से ट्यूमर कोशिकाओं के अंदर से बमबारी करता है।[143][144][145][126]

परमाणु रिएक्टरों में, 10B का उपयोग प्रतिक्रियाशीलता नियंत्रण और आपातकालीन शटडाउन प्रणालियों में किया जाता है। यह बोरोसिलिकेट नियंत्रण छड़ों के रूप में या बोरिक एसिड के रूप में कार्य कर सकता है। दबावयुक्त जल रिएक्टरों (pressurized water reactors) में, संयंत्र को ईंधन भरने के लिए बंद करने के बाद रिएक्टर शीतलक में 10B बोरिक एसिड मिलाया जाता है। जब संयंत्र को फिर से शुरू किया जाता है, तो जैसे-जैसे विखंडनीय सामग्री का उपयोग होता है और ईंधन कम प्रतिक्रियाशील होता जाता है, बोरिक एसिड को कई महीनों में धीरे-धीरे फ़िल्टर कर दिया जाता है।[140]

परमाणु संलयन

परमाणु संलयन अनुसंधान में संभावित अनुप्रयोगों के लिए बोरॉन की जांच की गई है। इसका उपयोग आमतौर पर संलयन रिएक्टरों में दीवारों को कंडीशन करने के लिए किया जाता है, जिसमें सतहों से हाइड्रोजन और अशुद्धियों के उत्सर्जन को कम करने के लिए प्लाज्मा-सामना करने वाले घटकों और दीवारों पर बोरॉन कोटिंग्स जमा की जाती हैं।[146] इसका उपयोग संलयन प्लाज्मा सीमा में ऊर्जा के अपव्यय के लिए भी किया जा रहा है ताकि दीवारों पर अत्यधिक ऊर्जा विस्फोटों और ऊष्मा प्रवाह को दबाया जा सके।[147][148]

न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी

घातक मस्तिष्क ट्यूमर के लिए न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी (NCT) में, ट्यूमर कोशिकाओं को चुनिंदा रूप से लक्षित करने और नष्ट करने के लिए बोरॉन का उपयोग करने पर शोध किया जा रहा है। लक्ष्य ट्यूमर कोशिकाओं में आसपास के सामान्य ऊतकों की तुलना में गैर-रेडियोधर्मी बोरॉन समस्थानिक (10B) की उच्च सांद्रता पहुंचाना है। जब इन 10B-युक्त कोशिकाओं को कम-ऊर्जा वाले तापीय न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित किया जाता है, तो वे परमाणु कैप्चर प्रतिक्रियाओं से गुजरती हैं, जिससे सीमित पथ लंबाई के भीतर उच्च रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (LET) कण जैसे अल्फा कण और लिथियम-7 नाभिक निकलते हैं। ये उच्च-LET कण आसपास के सामान्य कोशिकाओं को महत्वपूर्ण नुकसान पहुंचाए बिना आसन्न ट्यूमर कोशिकाओं को नष्ट कर सकते हैं। बोरॉन तापीय न्यूट्रॉन को अवशोषित करने और कम दूरी के भौतिक प्रभाव उत्पन्न करने की अपनी क्षमता के कारण एक चयनात्मक एजेंट के रूप में कार्य करता है जो मुख्य रूप से लक्षित ऊतक क्षेत्र को प्रभावित करता है। यह बाइनरी दृष्टिकोण स्वस्थ ऊतकों को बचाते हुए सटीक ट्यूमर कोशिका हत्या की अनुमति देता है। बोरॉन की प्रभावी डिलीवरी में बोरॉन यौगिकों या वाहकों का प्रशासन शामिल है जो आसपास के ऊतकों की तुलना में ट्यूमर कोशिकाओं में चुनिंदा रूप से जमा होने में सक्षम हैं। BSH और BPA का नैदानिक रूप से उपयोग किया गया है, लेकिन अधिक इष्टतम वाहकों की पहचान करने के लिए शोध जारी है। रिएक्टर-आधारित स्रोतों के विकल्प के रूप में हाल ही में त्वरक-आधारित न्यूट्रॉन स्रोत भी विकसित किए गए हैं, जिससे NCT में दक्षता में सुधार और नैदानिक परिणामों में वृद्धि हुई है। बोरॉन समस्थानिकों के गुणों और लक्षित विकिरण तकनीकों को नियोजित करके, NCT पारंपरिक विकिरण चिकित्सा द्वारा होने वाले नुकसान को कम करते हुए कैंसर कोशिकाओं को चुनिंदा रूप से मारकर घातक मस्तिष्क ट्यूमर के इलाज के लिए एक संभावित दृष्टिकोण प्रदान करता है।[149]

BNCT ने अन्य विभिन्न घातकताओं के लिए नैदानिक परीक्षणों में आशाजनक परिणाम दिखाए हैं, जिनमें ग्लियोब्लास्टोमा, सिर और गर्दन का कैंसर, त्वचीय मेलानोमा, हेपेटोसेलुलर कार्सिनोमा, फेफड़ों का कैंसर, और एक्स्ट्रामामरी पैगेट रोग शामिल हैं। उपचार में ट्यूमर कोशिकाओं में डीएनए को चुनिंदा रूप से नष्ट करने के लिए α कणों और लिथियम नाभिक उत्पन्न करने के लिए गैर-रेडियोधर्मी बोरॉन-10 समस्थानिक और कम-ऊर्जा तापीय या उच्च-ऊर्जा एपिथर्मल न्यूट्रॉन के बीच एक परमाणु प्रतिक्रिया शामिल है। प्राथमिक चुनौती NCT के लिए उच्च सामग्री और विशिष्ट लक्ष्यीकरण गुणों वाले कुशल बोरॉन एजेंट विकसित करना है। NCT के साथ ट्यूमर-लक्षित रणनीतियों का एकीकरण संभावित रूप से इसे विभिन्न प्रकार के कैंसर के लिए एक व्यावहारिक व्यक्तिगत उपचार विकल्प के रूप में स्थापित कर सकता है। चल रहे शोध सीमाओं को दूर करने और रोगी के परिणामों में लागत-प्रभावी सुधार करने के लिए नए बोरॉन यौगिकों, अनुकूलन रणनीतियों, थेरानोस्टिक एजेंटों, और रेडियोबायोलॉजिकल प्रगति की खोज करते हैं।[150][151][152]

जैविक भूमिका

बोरॉन एक आवश्यक पादप पोषक तत्व है, जिसकी आवश्यकता मुख्य रूप से कोशिका भित्तियों की अखंडता बनाए रखने के लिए होती है। हालाँकि, 1.0 ppm से अधिक की उच्च मृदा सांद्रता पत्तियों में सीमांत और टिप नेक्रोसिस के साथ-साथ खराब समग्र विकास प्रदर्शन की ओर ले जाती है। 0.8 ppm जितना कम स्तर उन पौधों में भी यही लक्षण पैदा करता है जो मिट्टी में बोरॉन के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील होते हैं। लगभग सभी पौधे, यहां तक कि वे भी जो मिट्टी के बोरॉन के प्रति कुछ हद तक सहनशील हैं, बोरॉन विषाक्तता के कुछ लक्षण दिखाएंगे जब मिट्टी में बोरॉन की मात्रा 1.8 ppm से अधिक हो। जब यह मात्रा 2.0 ppm से अधिक हो जाती है, तो बहुत कम पौधे अच्छा प्रदर्शन करते हैं और कुछ जीवित नहीं रह सकते हैं।[153][154][155]

प्रकृति में कुछ बोरॉन-युक्त एंटीबायोटिक मौजूद हैं।[156] सबसे पहले पाया गया बोरोमाइसिन था, जिसे 1960 के दशक में स्ट्रेप्टोमाइसेस से अलग किया गया था।[157][158] अन्य टार्ट्रोलॉन हैं, जो 1990 के दशक में मिक्सोबैक्टीरिया-समूह सोरेंजियम सेलुलोसम के कल्चर ब्रोथ से खोजे गए एंटीबायोटिक दवाओं का एक समूह है।[159]

2013 में, रसायनज्ञ और सिंथेटिक जीवविज्ञानी स्टीव बेनर ने सुझाव दिया कि तीन अरब साल पहले मंगल पर स्थितियां RNA की स्थिरता और जीवन में पाए जाने वाले ऑक्सीजन-युक्त[note 1] बोरॉन और मोलिब्डेनम उत्प्रेरकों के लिए बहुत अधिक अनुकूल थीं। बेनर के सिद्धांत के अनुसार, आदिम जीवन, जिसके बारे में व्यापक रूप से माना जाता है कि वह RNA से उत्पन्न हुआ है,[162][163] पृथ्वी पर प्रवास करने से पहले मंगल पर पहली बार बना था।[164]

मानव स्वास्थ्य में

बोरॉन की जानवरों, मनुष्यों सहित, में कई आवश्यक भूमिकाएं हो सकती हैं, लेकिन इसकी सटीक शारीरिक भूमिका को बहुत कम समझा गया है।[165][166] बोरॉन की कमी केवल पशुधन में स्पष्ट रूप से स्थापित की गई है।[167][168] मनुष्यों में, बोरॉन की कमी अस्थि खनिज घनत्व को प्रभावित कर सकती है, हालांकि यह उल्लेख किया गया है कि हड्डी के स्वास्थ्य पर प्रभावों पर अतिरिक्त शोध आवश्यक है।[169]

बोरॉन को एक आवश्यक मानव पोषक तत्व के रूप में वर्गीकृत नहीं किया गया है क्योंकि शोध ने इसके लिए कोई स्पष्ट जैविक कार्य स्थापित नहीं किया है।[170][169] अमेरिकी खाद्य और पोषण बोर्ड (FNB) ने पाया कि मौजूदा डेटा बोरॉन के लिए अनुशंसित आहार भत्ता (RDA), पर्याप्त सेवन (AI), या अनुमानित औसत आवश्यकता (EAR) प्राप्त करने के लिए अपर्याप्त है और अमेरिकी खाद्य और औषधि प्रशासन (FDA) ने खाद्य और आहार पूरक लेबलिंग उद्देश्यों के लिए बोरॉन के लिए कोई दैनिक मूल्य स्थापित नहीं किया है।[170][169] जबकि कम बोरॉन स्तर स्वास्थ्य के लिए हानिकारक हो सकते हैं, अध्ययनों से पता चलता है कि वे ऑस्टियोपोरोसिस, खराब प्रतिरक्षा कार्य और संज्ञानात्मक गिरावट के जोखिम को बढ़ाते हैं, उच्च बोरॉन स्तर कोशिका क्षति और विषाक्तता से जुड़े होते हैं।[171]

फिर भी, अध्ययन बताते हैं कि बोरॉन प्रजनन और विकास, कैल्शियम चयापचय, हड्डी निर्माण, मस्तिष्क कार्य, इंसुलिन और ऊर्जा सबस्ट्रेट चयापचय, प्रतिरक्षा, और स्टेरॉयड हार्मोन (जिसमें एस्ट्रोजन शामिल है), तथा विटामिन डी के कार्य सहित अन्य कार्यों पर लाभकारी प्रभाव डाल सकता है।[172][169] 1987 में प्रकाशित एक छोटे मानव परीक्षण में रजोनिवृत्ति के बाद की महिलाओं पर रिपोर्ट दी गई, जिन्हें पहले बोरॉन की कमी की गई और फिर 3 mg/प्रतिदिन के साथ पुनः पूर्ति की गई, बोरॉन अनुपूरण ने मूत्र कैल्शियम उत्सर्जन को काफी कम कर दिया और 17 β-एस्ट्रैडियोल तथा टेस्टोस्टेरोन की सीरम सांद्रता को बढ़ा दिया।[173] पर्यावरणीय बोरॉन का गठिया के साथ व्युत्क्रमानुपाती सहसंबंध (inversely correlated) प्रतीत होता है।[174]

वह सटीक तंत्र जिसके द्वारा बोरॉन अपने शारीरिक प्रभाव डालता है, पूरी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन इसमें एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (ADP) और S-एडेनोसिल मेथियोनीन (SAM-e) के साथ परस्पर क्रिया शामिल हो सकती है, जो महत्वपूर्ण कोशिकीय कार्यों में शामिल दो यौगिक हैं। इसके अलावा, बोरॉन चक्रीय ADP-राइबोज को बाधित करता प्रतीत होता है, जिससे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से कैल्शियम आयनों की रिहाई प्रभावित होती है और विभिन्न जैविक प्रक्रियाएं प्रभावित होती हैं।[171] कुछ अध्ययन बताते हैं कि बोरॉन सूजन संबंधी बायोमार्कर के स्तर को कम कर सकता है।[172] जन्मजात एंडोथेलियल डिस्ट्रोफी टाइप 2, जो कॉर्नियल डिस्ट्रोफी का एक दुर्लभ रूप है, SLC4A11 जीन में उत्परिवर्तन से जुड़ा है जो एक ऐसे ट्रांसपोर्टर को एनकोड करता है जो कथित तौर पर बोरॉन की इंट्रासेल्युलर सांद्रता को नियंत्रित करता है।[175]

मनुष्यों में, बोरॉन आमतौर पर उन खाद्य पदार्थों के साथ सेवन किया जाता है जिनमें बोरॉन होता है, जैसे फल, पत्तेदार सब्जियां, और मेवे।[170] बोरॉन से विशेष रूप से समृद्ध खाद्य पदार्थों में एवोकाडो, सूखे मेवे जैसे किशमिश, मूंगफली, पेकान, आलूबुखारा का रस, अंगूर का रस, वाइन और चॉकलेट पाउडर शामिल हैं।[172][170] तीसरा राष्ट्रीय स्वास्थ्य और पोषण परीक्षा सर्वेक्षण (NHANES III) के उत्तरदाताओं के 2-दिवसीय खाद्य रिकॉर्ड के अनुसार, वयस्क आहार सेवन 0.9 से 1.4 mg/प्रतिदिन दर्ज किया गया था।[176]

स्वास्थ्य संबंधी मुद्दे और विषाक्तता

ज्ञानसन्दूक
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मौलिक बोरॉन, बोरॉन ऑक्साइड, बोरिक एसिड, बोरेट, और कई ऑर्गनोबोरॉन यौगिक मनुष्यों और जानवरों के लिए अपेक्षाकृत गैर-विषाक्त हैं (जिनकी विषाक्तता टेबल साल्ट के समान है)। जानवरों के लिए LD50 (वह खुराक जिस पर 50% मृत्यु दर होती है) शरीर के वजन के प्रति किलोग्राम लगभग 6 g है। 2 g/kg से ऊपर LD50 वाले पदार्थों को गैर-विषाक्त माना जाता है। बोरिक एसिड के 4 g/प्रतिदिन के सेवन की सूचना बिना किसी घटना के मिली थी, लेकिन इससे अधिक को कई खुराकों में विषाक्त माना जाता है। 50 दिनों तक प्रति दिन 0.5 ग्राम से अधिक का सेवन पाचन संबंधी और अन्य समस्याएं पैदा करता है जो विषाक्तता का संकेत देती हैं।[177]

बोरिक एसिड स्तनधारियों की तुलना में कीड़ों के लिए अधिक विषाक्त है, और नियमित रूप से कीटनाशक के रूप में उपयोग किया जाता है।[178] हालाँकि, इसका उपयोग न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी में सोडियम बोरोकैप्टेट और बोरोनोफेनिलएलनिन जैसे अन्य बोरॉन यौगिकों के साथ कम विषाक्तता स्तरों के साथ किया गया है।[179]

बोरेन (बोरॉन हाइड्रोजन यौगिक) और समान गैसीय यौगिक काफी जहरीले होते हैं। हमेशा की तरह, बोरॉन ऐसा तत्व नहीं है जो आंतरिक रूप से जहरीला हो, लेकिन इन यौगिकों की विषाक्तता संरचना पर निर्भर करती है (इस घटना के एक अन्य उदाहरण के लिए, फॉस्फीन देखें)।[5][6] बोरेन अत्यधिक ज्वलनशील भी होते हैं और संभालते समय विशेष देखभाल की आवश्यकता होती है। बोरेन और अन्य यौगिकों के कुछ संयोजन अत्यधिक विस्फोटक होते हैं। सोडियम बोरोहाइड्राइड अपनी कम करने वाली प्रकृति और एसिड के संपर्क में आने पर हाइड्रोजन के मुक्त होने के कारण आग का खतरा पैदा करता है। बोरॉन हैलाइड्स संक्षारक होते हैं।[180]

बोरॉन पौधों की वृद्धि के लिए आवश्यक है, लेकिन बोरॉन की अधिकता पौधों के लिए विषाक्त होती है, और यह विशेष रूप से अम्लीय मिट्टी में होती है।[181][182] यह सबसे पुरानी पत्तियों के सिरे से अंदर की ओर पीलेपन और जौ की पत्तियों में काले धब्बों के रूप में प्रकट होता है, लेकिन इसे अन्य पौधों में मैग्नीशियम की कमी जैसे अन्य तनावों के साथ भ्रमित किया जा सकता है।[183]

इन्हें भी देखें

नोट्स

  1. ↑ पृथ्वी के वायुमंडल और प्रागैतिहासिक महासागरों में तीन अरब साल पहले पृथ्वी की आधुनिक जलवायु की तुलना में बहुत कम ऑक्सीजन स्तर थे।[160][161]

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बाहरी कड़ियाँ

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Boron" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Boron यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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