โบรอน

โบรอน (อังกฤษ: Boron) เป็นธาตุในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ B และเลขอะตอม 5 เป็นธาตุที่มี 3 วาเลนซ์อิเล็กตรอน และเป็นกึ่งโลหะ

โบรอน
5B - ↑ B ↓ Al เบริลเลียม ← โบรอน → คาร์บอน
โบรอนในตารางธาตุ
ลักษณะปรากฏ
น้ำตาลดำ
คุณสมบัติทั่วไป
ชื่อ สัญลักษณ์ และเลขอะตอม	โบรอน, B, 5
การออกเสียง	/ˈbɔːrɒn/
อนุกรมเคมี	กึ่งโลหะ
หมู่ คาบและบล็อก	13, 2, p
มวลอะตอมมาตรฐาน	10.81(1)
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[He] 2s2 2p1 2, 3
ประวัติ
การค้นพบ	โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก, หลุยส์ ฌัก เธนาด์ (30 มิถุนายน 1808)
การแยกครั้งแรก	ฮัมฟรี เดวี (9 กรกฎาคม 1808)
คุณสมบัติกายภาพ
สถานะ	ของแข็ง
ความหนาแน่นของเหลวที่จุดหลอมเหลว	2.08 g·cm−3
จุดหลอมเหลว	2349 K, 2076 °C, 3769 °F
จุดเดือด	4200 K, 3927 °C, 7101 °F
ความร้อนของการหลอมเหลว	50.2 kJ·mol−1
ความร้อนของการกลายเป็นไอ	480 kJ·mol−1
ความจุความร้อนโมลาร์	11.087 J·mol−1·K−1
ความดันไอ
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ที่ T (K) 2348 2562 2822 3141 3545 4072
คุณสมบัติอะตอม
สถานะออกซิเดชัน	3, 2, 1 (ออกไซด์เป็นกรดอ่อน)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี	2.04 (Pauling scale)
พลังงานไอออไนเซชัน	ค่าที่ 1: 800.6 kJ·mol−1
	ค่าที่ 2: 2427.1 kJ·mol−1
	ค่าที่ 3: 3659.7 kJ·mol−1
รัศมีอะตอม	90 pm
รัศมีโควาเลนต์	84±3 pm
รัศมีวานเดอร์วาลส์	192 pm
จิปาถะ
โครงสร้างผลึก	รอมโบฮีดรัล
ความเป็นแม่เหล็ก	ไดอะแมกเนติก
สภาพนำไฟฟ้า	(20 °C) ~106 Ω·m
สภาพนำความร้อน	27.4 W·m−1·K−1
การขยายตัวจากความร้อน	(25 °C) (β form) 5–7 µm·m−1·K−1
ความเร็วเสียง (thin rod)	(ที่ 20 °C) 16,200 m·s−1
ความแข็งของโมส์	~9.5
เลขทะเบียน CAS	7440-42-8
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของโบรอน
ไอโซโทป NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP 10B 19.9(7)% B เสถียร โดยมี 5 นิวตรอน 11B 80.1(7)% B เสถียร โดยมี 6 นิวตรอน 10B content may be as low as 19.1% and as high as 20.3% in natural samples. 11B is the remainder in such cases.
อ้างอิง

รากศัพท์

ชื่อโบรอนมีรากศัพท์จากภาษาอาหรับ بورق (buraq) หรือ ภาษาเปอร์เซีย بوره (burah) ทั้งคู่นี้มีความหมายว่าบอแรกซ์

ลักษณะ

โบรอนบริสุทธิ์เป็นของแข็งที่มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง แข็งและเปราะ เป็นธาตุกึงโลหะที่มีคุณสมบัติอยู่ระว่างธาตุโลหะและธาตุอโลหะ โบรอนถูกค้นพบในปีค.ศ.1808 โดยความร่วมมือกันของ โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก และ หลุยส์ ฌัก เธนาด์, และ ฮัมฟรี เดวี ค้นพบเองในปีเดียวกัน

ธาตุโบรอนมีสมบัติคล้ายกับธาตุหมู่ 14 อย่างคาร์บอนและซิลิคอน มากกว่าธาตุหมู่ 13 ที่เป็นหมู่เดียวกันอย่างอะลูมิเนียม ผลึกโบรอนไม่มีความว่องไวต่อปฏิกิริยาและทนทานต่อกรดสูง ไม่ถูกกัดกร่อนโดยกรดไฮโดรฟลูออริก โดยทั่วไปแล้วสารประกอบโบรอนมีค่าออกซิเดชัน +3 อย่างเช่น สารประกอบเฮไลด์ที่มีความสมบัติเป็นกรดลิวอิส, สารประกอบโบเรตที่พบในแร่โบเรต,โบเรนที่มีพันธะพิเศษเรียก 3c–2e bond โบรอนมีไอโซโทป 13 ไอโซโทปและในธรรมชาติมี ¹¹B 80.1% และ ¹⁰B 19.9%

โบรอนมีปริมาณในเปลือกโลกค่อนข้างต่ำ แต่มีการรวมตัวเป็นแร่ขนาดใหญ่ ง่ายต่อการขุดมาใช้จึงมีประวัติการใช้มาแต่นาน อดีตใช้เป็นสารเคลือบเครื่องปั้นดินเผา ปัจจุบันนิยมใช้ในการผลิตแก้วถึงร้อยละ60ในปริมาณบริโภคปี 2011 อื่นๆใช้เป็นสารผสมในคอนดักเตอร์ อุปกรณ์เครื่องเสียงและยาฆ่าแมลง

โบรอนเป็นธาตุที่ต้องการสำหรับพืชเพื่อรักษาผนังเซลล์ เมื่อขาดแคลนจะส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโต โบรอนคาดว่าเป็นธาตุที่ต้องการสำหรับสัตว์เหมือนกันแต่ยังไม่ทราบหน้าที่อย่างชัดเจน สำหรับมนุษย์และสัตว์ โบรอนไม่เป็นพิษเหมือนเกลือแกงแต่สำหรับพืชเมื่อปลูกบนดินที่มีโบรอนสูงจะเกิดการตายเฉพาะส่วนบริเวณใบ และเป็นพิษต่อแมลง

ประวัติ

มนุษย์รู้จักสารประกอบโบรอนตั้งแต่เมื่อหลายพันปีก่อน บอแรกซ์ที่พบในทะเลทรายบริเวณทิเบตตะวันตกเรียกว่า tincal ในภาษาสันสกฤต ก่อนคริสต์ศตวรรษที่ 3 ที่จีนใช้บอแรกซ์เป็นสารเคลื่อบเครื่องปั้นดินเผา ในคริสต์ศตวรรษที่ 13 มาร์โก โปโลนำเครื่องปั้นดินเผาที่มีบอแรกซ์เคลือบอยู่กลับประเทศอิตาลี ประมาณปีค.ศ. 1600 ใช้เป็นสารเร่งการหลอมในโลหวิทยาโดย Agricola

Sassolite เป็นหนึ่งในแร่โบเรต

ปีค.ศ.1774 พบโบเรตในไอน้ำใต้พิภพที่ Larderello ใกล้ ฟลอเรนซ์ แคว้นตอสกานา ประเทศอิตาลี จึงมีโรงงานผลิตโบแรตและเป็นแหล่งผลิตโบแรตสำคัญ แต่ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 พบบริเวณแร่บอแรกซ์ขนากใหญ่ที่สหรัฐอเมริกาและเป็นแหล่งผลิตบอแรกซ์แทน หลังผลิตบอแรกซ์จบแล้วที่ Larderello มีการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานใต้พิภพแทน แร่ที่มีโบรอนเป็นองค์ประกอบมีแร่ Sassolite พบที่ Sasso Pisano ประเทศอิตาลี Sassolite เป็นใช้เป็นแหล่งผลิตบอแรกซ์ตั้งแต่ปีค.ศ.1827 จนถึงปีค.ศ.1872 แต่หลังจากนั้นใช้ของสหรัฐอเมริกาแทนเช่นกัน สารประกอบโบรอนไม่นิยมมีการใช้จนถึงคริสต์ศตวรรษที่ 18 แต่เมื่อบริษัท Pacific Coast Borax Company ของ Francis Marion Smith ที่รู้จักกันในชื่อ ราชาบอแรกซ์ ผลิตสารประกอบโบรอนในราคาถูกและจำนวนมาก และเมื่อมีการผลิตแก้วในปริมาณมากแล้วบอแรกซ์ถูกบริโภคจำนวนมากในอุตสาหกรรมแก้ว

ยกตัวอย่างรายงานวิจัยในสมัยแรกมี รายงานผลิตโบเรตจากปฏิกิริยาระหว่างบอแรกซ์และกรดซัลฟูริกในปีค.ศ.1702, รายงานปฏิกิริยาเปลวไฟเป็นสีเขียวในปีค.ศ.1741, รายงานผลิตบอแรกซ์จากปฏิกิริยาระหว่างโบเรตและโซเดียมไฮดรอกไซด์ ทีม โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก และ หลุยส์ ฌัก เธนาด์ 2 คนและ ฮัมฟรี เดวี สามารถแยกโบรอนบริสุทธิ์ แต่ก่อนหน้านี้ไม่ยอมรับว่าเป็นธาตุบริสุทธิ์ ในค.ศ.1808 ฮัมฟรี เดวี รายงานว่าเมื่อนำสารละลายโบเรตแยกด้วยไฟฟ้า เกิดตะกอนสีน้ำตาลบริเวณขั้วไฟฟ้า หลังจากนั้น ฮัมฟรี เดวี ใช้วิธีรีดิวซ์โบรอนด้วยโพแทสเซียมแทนการแยกด้วยไฟฟ้าและแยกโบรอนจำนวนพอสมควรที่จะตรวจสอบว่าเป็นธาตุ ฮัมฟรี เดวี ตั้งชื่อธาตุนี้ว่า "boracium" โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก และ หลุยส์ ฌัก เธนาด์ ใช้วิธีรีดิวซ์โบรอนด้วยเหล็กในอุณหภูมิสูงและพวกเขานำโบรอนออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจน ได้โบเรตเพื่อแสดงว่าโบเรตเป็นสารประกอบของโบรอน ในปีค.ศ.1824 Jöns Jacob Berzelius ได้ตรวจสอบสมบัติเป็นธาตุของโบรอน หลังจากนั้นมีหลายนักเคมีพยายามแยกโบรอนบริสุทธิ์แต่ส่วนใหญ่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่า 85% คนที่แยกโบรอนบริสุทธิ์คือนักเคมีชาวสหรัฐอเมริกา Ezekiel Weintraub ด้วยวิธีนำโบรอนไตรคลอไรด์รีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนบนอาร์คไฟฟ้าในปีค.ศ.1909

สมบัติ

สมบัติทางกายภาพและทางเคมี

โบรอนมีหลายอัญรูป สมบัติละเอียดจะแตกต่างกันในแต่ละอัญรูป แต่โดยรวมแล้วเป็นของแข็งที่แข็งและเปราะ จุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง ตัวอย่างเช่น จุดหลอมเหลวของโบรอนอสัณฐานคือ 2,300℃ และβ-รอมโบฮีดรัลโบรอนคือ 2,180℃ จุดเดือดของβ-รอมโบฮีดรัลโบรอนคือ 3,650℃ โบรอนอสัณฐานจะระเหิดที่ 2,550℃ ความแข็งของβ-รอมโบฮีดรัลโบรอนอยู่ระดับ 9.3 บนมาตราโมส ความถ่วงจำเพาะของα-รอมโบฮีดรัลโบรอนและβ-รอมโบฮีดรัลโบรอนมีค่า 2.46 และ 2.35 ตามลำดับ

โบรอนบริสุทธิ์เป็นกึงโลหะที่มีคุณสมบัติ์อยู่ระหว่างธาตุโลหะและธาตุอโลหะ โบรอนมีสมบัติพันธะโคเวเลนต์ที่เสถียรคล้ายกับคาร์บอนและซิลิคอนที่อยู่ในธาตุหมู่ 14 มากกว่า อะลูมิเนียมและแกลเลียมที่อยู่หมู่ 13 เดียวกันกับโบรอน เนื่องจากพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่หนึ่งของโบรอนมีค่าสูงถึง 8.296eV จึงเป็นไอออนได้ยากและไฮบริดออร์บิทัล sp² มีพลังงานต่ำกว่าออร์บิทัล 2s²2p¹โบรอนบริสุทธิ์มีพันธะโคเวเลนต์ที่แข็งแรงระหว่างโบรอนจึงขาดอิเล็กตรอนอิสระเพื่อแสดงสมบัติการนำไฟฟ้า เป็นเหตุผลอธิบายสมบัติกึงโลหะของโบรอนที่นำไฟไฟ้าแต่นำได้น้อย และเนื่องจากเหตุผลดังกล่าวโบรอนมีสมบัติเป็นสารกึงตัวนำ

ผลึกโบรอนไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา ทนต่อการต้มด้วยไฮโดรฟลูออริกและไฮโดรคลอริก ผงโบรอนสามารถถูกกัดกร่อนโดยการต้มด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น, กรดไนตริกเข้มข้น, กรดซัลฟูริก, หรือโครมิค เลขออกซิเดชันของโบรอนขึ้นอยู่กับผลึก, รัศมีผลึก, ความบริสุทธิ์, และอุณหภูมิ โบรอนไม่ปฏิกิริยากับออกซิเจนในอุณหภูมิห้อง แต่ปฏิกิริยาในอุณหภูมิสูงได้ผลิตภัณฑ์คือโบรอนออกไซด์

${\ce {4B +3O2 ->2B2O3}}$

เมื่อโบรอนปฏิกิริยาฮาโลจิเนชันได้สารประกอบไตรเฮไลด์

${\ce {2B +3Br2 -> 2BBr3}}$

โดยทั่วไปแล้วโบรอนไตรคลอไรด์จะผลิตจากโบรอนออกไซด์

สารประกอบ

โครงสร้างสามมิติของเตตระโบเรตไอออน โบรอน(สีชมพู)สร้างพันธะกับออกซิเจน(สีแดง)และปลายมี 4 ไฮโดรเจน(สีขาว)เป็นหมู่ไฮดรอกไซด์ในโบรอน 4 อะตอมมี 2อะตอมขวาบนและซ้ายล่างเกิดไฮบริดออร์บิทัลsp²เป็นรูปทรงสามเหลี่ยมแบนราบและเป็นกลางทางไฟฟ้าแต่อีก 2 อะตอมเกิดไฮบริดออร์บิทัล sp³ เป็นรูปทรงทรงสี่หน้าและมีประจุ -1 ทุกโบรอนมีค่าออกซิเดชัน +3 เป็นลักษณะพิเศษของโบรอนที่มีจำนวนพันธะกับเลขออกซิเดชันมีค่าต่างกัน

โดยปกติแล้วสารประกอบโบรอนมีเลขออกซิเดชัน +3 เช่น สารประกอบออกไซด์, สารประกอบซัลไฟด์, สารประกอบไนไตรด์,และสารประกอบเฮไลด์ สารประกอบไตรเฮไลด์มีโครสร้างสามเหลี่ยมแบนราบ และสารประกอบประเภทนี้มีอิเล็กตรอนบนโบรอนแค่ 6 อิเล็กตรอนจึงไม่เป็นไปตามก็ออกเตตจึงมีสมบัติเป็นกรดลิวอิสและปฏิกิริยาทันทีกับสารให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอย่างเบสลิวอิส ยกตัวอย่างเช่น โบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF₃) ปฏิกิริยากับฟลูออไรด์ไอออน(F⁻) ได้เตตระฟลูออโรโบเรตไอออน (BF₄⁻) โบรอนไตรฟลูออไรด์ใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี สารประกอบไตรเฮไลด์สามารถปฏิกิริยากับน้ำได้กรดโบริก

โบรอนสามารถพบเป็นสารประกอบออกไซด์ที่มีเลขออกซิเดชัน +3 ในธรรมชาติ บางครั้งเกิดพันธะกับธาตุอื่นๆ ในแร่โบเรตกว่า100ชนิตโบรอนมีเลขออกซิเดชัน +3 แร่โบแรตมีส่วนคล้ายกับแร่ซิลิเกตหลายประการแต่โครงสร้างของแร่ซิลิเกตมีหน่วยย่อยเป็น SiO₄ ที่มีรูปร่างทรงสี่หน้า ต่างจากโบเรตที่มี BO₄ และ BO₃ ที่มีรูปร่างเป็นทรงสี่หน้าและสามเหลี่ยมแบนราบตามลำดับ ยกตัวอย่าง บอแรกซ์ที่เป็นหนึ่งในแร่โบแรตนั้นมีเตตระโบเรตไอออน ในเตตระโบเรตไออนโบรอนมีรูปร่างสองชนิตคือทรงสี่หน้าและสามเหลี่ยมแบนราบ โบรอนที่มีรูปร่างทรงสี่หน้ามีประจุติดลบ ประจุลบนี้จะดุลกับไอออนบวกอื่นๆเช่น โซเดียมไอออน（Na⁺）ที่อยู่ในแร่

โบเรน

โบเรนเป็นสารประกอบระหว่างโบรอนกับไฮโดรเจน สามารถเขียนสูตรโครงสร้างเป็น B_xH_y ในโบเรนมีพันธะสะพานไฮโดรเจนอย่าง B-H-B จึงไม่สามารถอธิบายพันธะด้วยวิธีคิดเลขออกซิเดชัน แต่เกิดเป็นพันธะพิเศษเรียก 3c–2e bond โครงสร้างโบเรนสามารถคิดว่ามีหน่อยย่อยเป็นทรงยี่สิบหน้าและเมื่อโบเรนมีโบรอนลดลง หาโครงสร้างโดยลบโบรอนออก โบรอนมีหลายไอโซเมอร์เช่น ไดไฮโดรเดคะโบเรนประกอบจากกลุ่มโบรอน 5 อะตอม 2 กลุ่ม และสามารถมีไอโซเมอร์ได้ 3 แบบเนื่องจากวิธีเกิดพันธะระหว่าง 2 กลุ่ม

โบเรนที่เล็กที่สุดคือBH₃แต่ไม่สามารถแยกออกได้ ใช้ไดโบเรน(B₂H₆)เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์โบเรนต่างๆแทน โบเรนทีร่มีจำนวนโบรอนน้อยว่องไวต่ออากาศและสามารถเกิดเปฏิกิริยาเผาไหม้แต่ตั้งแต่โบเรนที่มีโบรอน 5 อะตอมขึ้นไปจะเสถียรต่ออากาศ มีโบเรนที่สำคัญมีเพนตะโบเรน B₅H₉ และเดคะโบเรน B₁₀H₁₄ ทั้งสองนี้สามารถสังเคราะห์จากการสลายตัวด้วยความร้อนของไดโบเรนB₂H₆ มีหลายโบเรนไอออนที่มีชื่อเสียงอย่างเช่น เตตระไฮโดรโบเรตไอออนและอนุพันธ์นิยมใช้เป็นเกลือรีดิวซ์ และไอออนที่มีจำนวนโบรอนมากอย่าง [B₁₂H₁₂]²⁻นิยมใช้ในการวิจัย

อนุพันธ์ของโบเรนมีคาร์บาโบเรน (carbaborane) ที่มีหมู่CHแทนที่BH⁻ในโบเรนที่เป็นไอโซอิเล็กทรอนิกกัน สังเคราะห์ด้วยการปฏิกิริยาระหว่างโบเรนและอะเซทิลีน นอกจากนั้นยังสามารถเกิดอนุพันธ์เฮเทโรโบเรนกับกำมะถัน, ฟอสฟอรัส, อาร์เซนิกแทนที่โบรอนเหมือนคาร์บอนเช่นกัน คาร์บาโบเรนปฏิกิริยากับเบสแก่ได้คาร์บาโบเรนแอนไอออนเช่น B₉C₂H₁₁²⁻ มีโครงสร้างคล้าย cyclopentadienyl anion([C₅H₅]⁻)และเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับโลหะทรานซิชัน ธาตุฮาโลเจน, เอมีน, และหมู่แอลคิลต่างๆสามารถแทนที่ไฮโดรเจนได้ผลิตภัณฑ์เป็นอนุพันธ์ของโบเรน

โบรอนไนไตรด์

โบรอนไนไตรด์มีโครงสร้างหลายรูปแบบคล้ายอัญรูปของคาร์บอนอย่าง เพชรและคาร์บอนนาโนทูป โบรอนไนไตรด์ที่มีโครงสร้างเดียวกับเพชรเรียกว่าคิวบิกโบรอนไนไตรด์หรือโบราโซน โบรอนอยู่ต่ำแหน่งเดียวกับคาร์บอนบนทรงสี่หน้าในเพชร ใน 4 B-Nพันธะมี 1 พันธะเป็นพันธะโคออร์ดิเนต หมายความว่า โบรอนสร้างพันธะโคเวเลนต์กับไนโตรเจน 3 อะตอม และเกิดออร์บิทัลว่าง 1 อร์บิทัล จากนั้นอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของไนโตรเจนทำงานเป็นเบสลิวอิส สร้างพันธะกับออร์บิทัลว่างของโบรอนได้พัทธะที่ 4 ของพันธะB-N คิวบิกโบรอนไนไตรด์มีความแข็งใกล้กับเพชรจึงนิยมใช้เป็นสารบดวาว

สารประกอบระว่างโลหะและโบรอน

โบรอนสามารถเกิดสารประกอบกับธาตุหลายชนิต โดยเฉพาะสารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนส่วนใหญ่มีสัมบัติทางโลหะจึงนิยมใช้เป็นโลหะผสมโบรอน ถึงแม้โบรอนไม่ใช้ธาตุโลหะ สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนทั่วไปมีสมบัติแข็งแรง, จุดหลอมเหลวสูง, ไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนส่วนใหญ่สามารถสังเคราะห์ได้โดยหลอม, ละลายโบรอนกับโลหะด้วยกัน อย่างเหล็กโบไรด์และโครเมียมโบไรด์ใช้วิธีริดิวซ์เช่นวิธีเทอร์ไมท์ที่สามารถสังเคราะห์ได้ปริมาณมากแต่มีสิ่งเจือปนผสม สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนจะไม่พบปริมาณสารสัมพันธ์ระหว่างอะตอมโบรอนและอะตอมโลหะเนื่องจากเกิดโครงสร้างที่โบรอนเข้าไปในช่องว่างของโครงสร้างโลหะ หรือโลหะเข้าไปในช่องว่างของโครงสร้างโบรอน สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนที่สำคัญมีเหล็กโบไรด์ ( Ferroboron ) เช่น Fe₂BやFeB、Fe₂B₅ เหล็กโบไรด์ใช้ในการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตเหล็ก, การหลอมเหล็กและการเชื่อมเหล็ก โบรอนยังสามารถเกิดสารประกอบกับโลหะหลายชนิตนอกจากสารประกอบไบนารี อย่างเช่น Nd₂Fe₁₄B เป็นสารประกอบระหว่างนีโอดิเมียม, เหล็ก,และโบรอน ใช้เป็นแม่เหล็กนิโอดิเมียมที่มีสนามแม่เหล็กแรง

อัญรูป

โบรอนทึ 7 อัญรูปและมีโครงสร้างเป็นผลึกหรืออสันฐาน อัญรูปหลักๆมี α-รอมโบฮีดรัลโบรอน, β-รอมโบฮีดรัลโบรอน,β-เตตร้าโกนัลโบรอน เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมพิเศษเกิดอัญรูปอื่นเช่น α-เตตร้าโกนัลโบรอนและ γ-ออร์โธรอมบิกโบรอน อัญรูปแบบอสันฐานทราบว่ามีรูปคล้ายแก้วและรูปผงละเอียด อัญรูปที่มีความเสถียรมากที่สุดในสภาวะมาตรฐานคือβ-รอมโบฮีดรัลโบรอน และอัญรูปอื่นมีความเสถียรเช่นกัน มีรายงานอย่างน้อย 14 อัญรูปแต่นอกจาก 7 อัญรูปที่กล่าวข้างต้นไม่มีหลักฐานชัดเจนหรือมีหลักฐานไม่เพียงพอ คาดว่าอัญรูปเหล่านั้นไม่ได้เป็นอัญรูปเดียวแต่เป็นโครงสร้างที่เกิดจากหลายอัญรูปผสมกันหรือมีสิ่งเจือปน

เฟส	α-R	β-R	γ	β-T
ระบบผลึก	รอมโบฮีดรัล	รอมโบฮีดรัล	ออร์โธรอมบิก	เตตร้าโกนัล
จำนวนอะตอมต่อหน่วยเซลล	12	~105	28	192
ความหนาแน่น	2.46	2.35	2.52	2.36
ความแข็ง Vickers	42	45	50-58
Bulk modulus	224	185	227
ช่องว่างพลังาน	2	1.6	2.1	～2.6

ไอโซโทป

โบรอนในธรรมชาติมา 2 ไอโซโทปที่เสถียรคือ ¹¹B 80.1% และ ¹⁰B 19.9% ผลต่างระหว่างอัตราส่วนพบในธรรมชาติ ¹¹B/¹⁰B และ อัตราส่วนวัดได้จริง ¹¹B/¹⁰B ถูกนิยามว่า δ¹¹B มีหน่วยเป็น ‰ ( ในพันส่วน ) มีค่ากว้างตั้งแต่ -16 ถึง +59 จากธรรมชาติ ปัจจุบันทราบไอโซโทปโบรอน 13 ไอโซโทป ⁷B มีเวลาครึ่งชีวิตน้อยที่สุดมีครึ่งชีวิต 3.5×10⁻²² วินาทีสลายโดยเกิดการปล่อยโปรตอนหรือการสลายให้อนุภาคแอลฟา การแยกไอโซโทปของโบรอนใช้วิธีควบคุมปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนระหว่าง B(OH)₃ และ [B(OH)₄]^- หรือไอโซโทปยังสามารถแยกกันได้ในผลึกแร่จากบริเวณระบบไฮโดรเทอร์มอลและหินแปรไฮโดรเทอร์มอล อย่างเช่น ดินเหนียวบนหินแปรไฮโดรเทอร์มอลพบไอออน[B(OH)₄]^- มากแสดงถึงมีการกำจัดไอออนออกจากน้ำทะเล ทำให้มีความเข้มข้นของB(OH)₃ มากกว่าเมื่อเทียบกับน้ำทะเลบริเวณเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรและเปลือกโลกภาคพื้นปวีป ไอโซโทป ¹⁷B เป็นเอ็กโซติกไอโซโทปที่มีฮาโลนิวตรอน ( ดังนั้นมีรัศมีนิวเคลียสใหญ่กว่าคาดการณ์โดยโมเดลหยดน้ำ )

¹⁰B เหมาะสัมหรับเป็นวัสดุดูดรังสีนิวตรอน ¹⁰B ในธรรมชาติมีแค่ประมาณร้อยละ 20 ของโบรอนทั้งหมดดังนั้นในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์นำโบรอนธรรมชาติแยกไอโซโทปและใช้¹⁰Bบริสุทธิ์ที่ได้ ส่วนเกิดผลพลอยได้เป็น¹¹Bบริสุทธิ์ที่มีคุณค่าต่ำ

อุตสาหกรรมการผลิต

ในการผลิตสารประกอบโบรอนจะไม่ผ่านโบรอนบริสุทธิ์เนื่องจากใช้โบเรตที่หาได้ง่ายกว่าแทน

วิธีสังเคราะห์ธาตุโบรอนในอดีด ใช้วิธีนำโบเรตรีดิวซ์ด้วยโลหะแมกนีเซียมและอะลูมิเนียม แต่วิธีนี้ไม่สามารถเก็บโบรอนบริสุทธิ์มีสารประกอบโลหะโบรอนผสมอยู่ โบรอนบริสุทธ์นั้นสามารถสังเคราะห์ได้โดยวิธีใช้โบรอนเฮไลด์ที่ระเหิยได้ง่ายรีดิวซ์ด้วยแก๊สไฮโดรเจนในอุณหภูมิสูง โบรอนความบริสุทธิ์สูงที่ใช้ในอุตสาหกรรมสารกึงตัวนำสังเคราะห์จากการสลายตัวของไดโบเรนในอุณหภูมิสูง จากนั้นนำไปบริสุทธิ์ด้วยวิธี Zone melting หรือ Czochralski method

¹⁰B ที่เป็นไอโซโทปของโบรอนมีความสามารถในการดูดนิวตรอนแต่มีอัตราส่วนโบรอนในธรรมชาติแค่ประมานร้อยละ 20 ของโบรอนทั้งหมดจึงต้องแยกไอโซโทปให้ ¹⁰B เข้มข้นมากขึ้น มีวิธีต่างๆเช่น วิธีกลั่นและวิธีแลกเปลี่ยน ในวิธีกลั่นใช้กลั่นอุณหภูมิต่ำโดยใช้โบรอนเฮไลด์ที่มีจุดเดือดต่ำ ในวิธีแลกเปลี่ยนใช้การแลกเปลี่ยนระหว่างของเหลวและแก๊สของออร์เกโนโบโรฟลูออไรด์ และมีการคิดค้นวิธี 2 วิธีนี้รวมกันเป็นวิธีกลั่นแลกเปลี่ยน ปัจจุบันการผลิตโบรอนเข้มข้นนั้นส่วนใหญ่ใช้วิธีนี้

แนวโน้มการตลาด

ค.ศ.2014มีปริมาณการผลิตแร่ทั่วโลก 3.72ล้านตันและ1.77ล้านตันผลิตที่ประเทศตุรกี ปีค.ศ.2008 ปริมาณการผลิตของโบเรตทั่วโลกต่ำกว่า 2.00 ล้านตันต่อปี แต่ปีค.ศ.2012 เพิ่มขึ้นถึง 2.20 ล้านตันต่อปี ปีค.ศ.2015 กรมสำรวจธรณีของU.S. รายงาน Mineral Commodity Summaries คาดว่าปริมาณอุปสงค์ของโบเรตจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอุปสงค์ในเอเชียและอเมริกาใต้ และในยุโรป เกณฑืการก่อสร้างเข้มงวดขึ้นเพื่อประหยัดพลังงานและแก้ไขปํญหาโลกร้อน จึงอุปสงค์ของโบรอนเพื่อผลิตกระจกกันร้อนจะเพิ่มขึ้น อุปสงค์เพิ่มขึ้นดังกล่าวนี้ทำให้การผลิตโบเรตทั้วโลกเพิ่มขึ้นตามด้วย

แร่ธาตุหลักๆที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมคือ แร่ Colemanite, แร่ Ulexite, แร่ Kernite, และบอแรกซ์ 4แร่นี้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโบรอนถึงร้อยละ 90 ของทั้งหมด แร่ธาตุเหล่านี้แยกหน้าที่การผลิตโดยปริมาณโซเดียมในแร่ อย่างเช่น แร่ Ulexite, บอแรกซ์ เป็นสารตั้งต้นของโบเรต, โซเดียมเตตระโบเรตตามลำดับ หนึ่งในผลิตภัณฑ์จากโบรอนมีแก้ว โบรอนที่นำไปในต้องมีปริมาณโซเดียมต่ำจึงนิยมใช้แร่ Colemanite ที่เป็นเกลือแคลเซียม อีก 3 แร่เป็นเกลือโซเดียม แต่แร่ Colemanite มีสารเจือปนเป็น อาร์เซนิก ปริมาณมากจึงปัจจุบันมีปัญหากำจัดเนื่องจากเกณฑ์เข้มงวดขึ้น ยกตัวอย่างเช่น บริเวณเมือง Magdalena รัฐนิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกามีแร่ Colemanite คุณภาพสูงแต่ด้วยปัญหาอาร์เซนิกจึงมีการเลื่อนก่อสร้างเหมืองแร่หลายครั้ง ปัญหาอาร์เซนิกนี้เป็นหนึ่งในสาเหตูทำให้อุปทานการผลิตลดลง

ผู้ผลิตรายใหญ่ของโบรอนมี 2 บริษัทคือ บริษัท Rio Tinto Group ในสหรัฐอเมริกา และ รัฐวิสาหกิจ Eti Mine Works ของตุรกี Rio Tinto ผลิตบอแรกซ์และแร่ Kerniteจากเหมืองที่รัฐแคลิฟอร์เนีย ในปีค.ศ.2012 ผลิตโบรอนร้อยละ 25 ของทั่วโลกจากเหมืองนี้ Eti มีสิทธิ์ขุดแร่โบรอนทั้วประเทศตุรกีและปีค.ศ.2012 ผลิตโบรอนประมาณร้อยละ 50 ของทั่วโลก ในประเทศจีนคาดว่ามีแร่โบรอนอยู่ 32.00ล้านตัน แต่แร่ที่พบในอเมริกาและตุรกีมี B₂O₃ อยู่ร้อยละ 25-30 ส่วนแร่ที่พบในประเทศจีน้ป็นแร่ที่ด้อยคุณภาพ มี B₂O₃ อยู่ร้อยละ 8.4 ประเทศจีนจึงเพิ่มปริมาณโซเดียมเตตระโบเรตนำเข้า100เท่าในระหว่างปี 2000 ถึง 2005 เพื่อตอบสนองความต้องการโบเรตที่มีคุณภาพสูง ในช่วงเวลาเดียวกันปริมาณโบเรตนำเข้าเพิ่มขึ้นร้อยละ 28 ต่อปี Mineral Commodity Summaries (2015) ที่กรมสำรวจธรณีของU.S. รายงาน คาดว่า ประเทศจีนเพิ่มปริมาณนำเข้าอย่างต่อเนื่องหลังปี 2015

การนำไปใช้ประโยชน์

ไม่ค่อยนิยมใช้ธาตุโบรอนอย่างเดียวแต่นิยมใช้เป็นรูปสารประกอบและโลหะผสมต่างๆ

กรณีใช้ในชีวิตประจำวันนิยมใช้ในรูป โบเรตและบอแรกซ์ บอแรกซ์ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตแก้ว, วัตถุกันเสีย, ตัวรีดิวซ์ของโลหะ, สารการเชื่อม, สารบดวาว,และสารควาบคุมไฟต่างๆ ในการโรงเรียนบางครังมีการทดลองสร้างสไลม์ด้วยบอแรกซ์และผงซักฟอก เกลือโบเรตและเกลือเปอร์โบเรตใช้เป็นสารล้างตา, ยาบริเวณช่องปาก, สารกำจัดแมลงสาบต่างๆ

แก้วและเซรามิก

แก้วเป็นผลิตภัณฑ์หลักของโบรอน ร้อยละ 60 ของปริมาณบริโภคในปี 2011 ใช้เพื่อการผลิตแก้วรวมเส้นใยแก้ว แก้วโบโรซิลิเกตทั่วไปมีส่วนผสมของโบรอนออกไซด์อยู่ร้อยละ 5-30 มีสัมประสิทธ์ารขยายตัวจากความร้อนต่ำจึงทนทานต่อความร้อน อีกทั้งเมื่อผสมโบรอนในแก้วจะเพิ่มสภาพคล่องของเหลวดังนั้นพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตแก้ว เครื่องหมายการค้าหลักของแก้วโบโรซิลิเกตมี Pyrex และ Duran จากความสมารถทนทานต่อความร้อนนิยมใช้เป็นอุปกรณ์การทดลอง, อุปกรณ์ทำอาหาร, จานทนความร้อน

เส้นใยโบรอนมีนำหนักเบาและแข็งแรงจึงใช้เป็นสารเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุผสมอย่างพลาสติกผสมเส้นใย นิยมใช้เป็นโครงสร้างในด้านการบินและอวกาศ, ในชีวิตประจำวันใช้ในด้านกีฬาอย่างไม้กอล์ฟ, เบ็ดตกปลา ยังใช้เป็นวัสดุฉนวนและวัสดุทนไฟ ร้อยละ 45 ของปริมาณบริโภคโบรอนใช้เพื่อผลิตเส้นใยแก้ว เส้นใยแก้วนี้ผลิตโดยนำโบรอนทับซ้อนบนเส้นใยทังสเตนด้วยวิธี chemical vapor deposition

เครื่องเสียง

มีความหนาแน่นต่ำ, ค่ามอดูลัสของยังสูง,และความเร็วเสียงเร็วถึง 16,200m/s ซึ่งเป็น 2.6 เท่าของอะลูมิเนียมจึงเหมาะสำหรับวัสดุเครื่องเสียงมากกว่าเบริลเลียมแต่มีจุดเดือดสูงและมีความยืดหยุนต่ำมากจึงเป็นวัสดุที่แปรยาก เริ่มมีการใช้หลังทศวรรษที่ 1980

• เข็มเครื่องเล่นจานเสียงของ Denon, Audio-Technica
• Diatone ใช้โบรอนคาร์ไบด์เป็นแผ่นสั่นในลำโพงเสียงสูง-กลาง

สารกึ่งตัวนำ

โบรอนใช้เป็นสารเร่งสารกึ่งตัวนำอย่างซิลิคอน,เจอร์เมเนียม,ซิลิคอนคาร์ไบด์ โบรอนมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ 3 จึงเป็นโฮลในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจากธาตุโฮสท์ที่มี 4 อิเล็กตรอนอย่างซิลิคอนดังนั้นสร้างสารกึ่งตัวนำประเภทพี วิธีเร่งด้วยโบรอน เดิมใช้กระจายอะตอมในอุณหภูมิสูง วิธีนี้สามารถใช้สารตั้งต้นเป็นโบรอนออกไซด์ที่เป็นของแข็ง, โบรอนไตรโบรไมด์ที่เป็นของเหลว,และโบรอนไตรฟลูออไรด์หรือไดโบเรนที่เป็นแก๊สได้ แต่หลังทศวรรษที่1970นิยมใช้วิธีฉีดไอออนที่ใช้โบรอนไตรฟลูออไรด์ โบรอนไตรคลอไรด์เป็นสารประกอบที่สำคัญในการผลิตการกึ่งตัวนำแต่ไม่ได้ใช้เป็นสารเร่ง แต่ใช้ในการสลักด้วยพลาสมาของโลหะและโลหะออกไซด์

แม่เหล็ก

โบรอนเป็นหนึ่งในธาตุที่ประกอบแม่เหล็กนิโอดิเมียมซึ่งเป็นแม่เหล็กถาวรที่แรงที่สุด มีโบรอนอยู่ประมาณร้อยละ 1 ในแม่เหล็กนิโอดิเมียม แม่เหล็กนิโอดิเมียมนิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์,ระบบกราฟิกส์ในการแพทย์เช่นการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก, มอเตอร์และตัวกระตุ้นให้ทำงานขนาดเล็กเช่น ฮาร์ดดิสก์,เครื่องเล่นซีดี,เครื่องเล่นดีวีดีใช้แม่เหล็กนิโอดิเมียมเพื่อให้ระบบอ่านข้อมูลเล็กลง และใช้แม่เหล็กนิโอดิเมียมในลำโพงให้ขนาดเล็กลงกับโทรศัพท์มือถือ

พลังงานนิวเคลียร์

ในไอโซโทปของโบรอน ¹⁰B มีพื้นที่ดูดกลืนนิวตรอนขนาดใหญ่ ใช้สมบัตินี้เป็นแท่งควบคุมในเตาปฏิกรณ์เพื่อดูดนิวตรอน โบเรตที่เป็นสารประกอบใช้ผสมลงในน้ำหล่อเย็นปฐมภูมิของเตาปฏิกรณืแบบเพิ่มความดันเพื่อควบคุมปฏิกิริยา ใช้โลหะผสมโบรอนในภาชนะเก็บสารกัมมันตรังสี

สิ่งมีชีวิต

เป็นหนึ่งในธาตุต้องการของพืชและร้อยละ 98 อยู่ในผนังเซลล์จึงคาดว่าเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ผนังเซลล์, การรักษาผนังเซลล์, การส่งออกน้ำตาลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์, การสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก, เป็นโคเอนไซม์ แต่ยังไม่ชัดเจน สารที่นำพาโบรอนถูกระบุครั้งแรกในปี2002

ส่วนโบรอนเข้มข้นสูงจะยับนั้งการเจริญของพืชจึงเนื้อดินที่มีโบรอนสูงอย่างออสเตรเลียตอนใต้จะยากต่อทำการเกษตร กำลังวิจัยการตัดต่อพันธุกรรมเพื่อทนต่อโบรอน

หน้าที่ทางชีววิทยา

โบรอนเป็นแร่ธาตุที่สังคัญต่อผนังเซลล์ ถ้าเนื้อดินขาดโบรอนจะก่อภาวะเลี้ยงไม่โตทั่วพืช แต่ความเข้นข้นโบรอนในเนื้อดินเกิน 1ppmก็เกิดอาการตายเฉพาะส่วนของใบและปลายยิ่งพืชที่อ่อนไหวต่อโบรอนจะเกิดอาการเมื่อเกิน 0.8ppm ถ้าเกิน 1.8ppmจะเกิดอาการทุกพืชรวมพืชทนโบรอนและเมื่อเกิน 2.0ppm จะเกือบไม่มีพืชไหนเจริญได้อย่างปกติและบางส่วนไม่สามารถมีชีวิตได้ เมื่อโบรอนในเนื้อเยื่อเกิน 200ppm จะเริ่มมีอาการดังกล่าว

โบรอนคาดว่าเป็นธาตุที่จำเป็นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมแต่ไม่ทราบหน้าที่ของโบรอนอย่างชัดเจน ยกตัวอย่างเช่นหนุที่ก่อให้เกิดโรคขากโบรอนโดยการให้อาการสกัดโบรอนออกและกรองฝุ่นในอากาศออกมีผลกระทบต่อขนตัวจึงโบรอนเป็นธาตุจำเป็นต่อรักษาร่างการของหนูและปริมาณต้องการคาดว่าน้อยมาก

หลังปีค.ศ.1989 มีการโต้เถียงกันว่าโบรอนเป็นแร่ธาตุที่มีหน้าที่ทางชีวะวิทยาในสัตว์รวมมนุษย์ กระทรวงการเกษตรของสหรัฐอเมริกาทดลงให้โบรอน 3mgต่อวันกับผู้หญิงวัยทอง ผลที่ออกมาคือลดการถ่ายเทแคลเซียมร้อยละ 44 กระตุ้นเอสโตรเจนและวิตามิน D และมีโอกาสสามารถควบคุมโรคกระดูกพรุนแต่ไม่สามารถสรุปได้ว่าผลกระทบดังกล่าวเป็นเพราะหน้าที่ทางแร่ธาตุ หรือหน้าที่ทางยา สถาบันสุขภาพแห่งชาติ สหรัฐอเมริกากล่าวว่า "มนุษย์ปกติควรรับโบรอนระหว่งา 2.1 ถึง 4.3 mg ต่อวัน"

ปัญหาสุขภาพและความเป็นพิษ

ธาตุโบรอน, โบรอนออกไซด์, โบเรต, เกลือโบเรตและออร์เกโนโบรอนส่วนใหญ่ ไม่เป็นพิษฉับพลันต่อหมุษย์เหมือนเกลือแกง LD50ต่อสัตว์มีค่า ประมาณ 6 กรัมต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัมและสารที่มี LD50 สูงกว่า 2 กรัมต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัมเป็นไม่เป็นพิษ ยังไม่ทราบปริมาณต่ำที่สุดถึงแก่กรรม มีรายงานว่ารับโบรอน 4 กรัมต่อวันคาดว่าเกินปริมาณนั้นจะเป็นพิษต่อร่างกาย ถ้ารับ0.5 กรัมต่อวันติดต่อกัน 50 วัน เกิดอาการท้องผูกและปัญหาทางระบบย่อยอาหาร ในการบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอนจะได้รับโบเรต 20 กรัมโดยไม่เกิดอาการอื่นๆ สัตว์ประเภทปลาสามารถดำรงชีวิตในสาละลายโบเรตอิ่มตัว 30 นาทีและสามารถมีชีวิตได้นานกว่าเมื่ออยู่ในสารละลายโซเดียมโบเรต โบเรตมีความเป็นพิษต่อแมลงสูงกว่าสัตว์จึงนิยมใช้เป็นยาฆ่าแมลง

โบรอนไฮไดรด์อย่างโบเรนและแก๊สที่คล้สยกันมีความเป็นพิษ โบรอนนั้นไม่เป็นพิษเหมือนโบรอนและสารประกอบอื่นๆ แต่เกิดจากโครงสร้างทางเคมี

โบเรนเป็นสารไวไฟและเป็นพิษจึงต้องระมัดระวังในการใช้ โซเดียมโบรอนไฮไดรด์เป็นสารริดิวซ์ที่แรง สามารถปฏิกิริยากับน้ำ, กรด, สารออกซิไดซ์อย่างรุนแรงและเสี่ยงต่อไฟไหม้และระเบิด โบรอนเฮไรด์มีฤทธิ์กัดกร่อน