Klece, hnízda, pavučiny...

Bór je pátým nejlehčí prvkem periodické soustavy. Patří mu třetí pozice nadruhém řádku periodické tabulky, a tomu odpovídá počet jeho valenčních elektronů, které má bór k dispozici tři. Může tak vytvořit tři jednoduché kovalentní vazby – např. s fluorem vytvoří fluorid boritý, BF₃. Stejně jako ostatní prvky z druhého řádku periodické tabulky má ale k dispozici čtyři valenční orbitaly, takže by mohl vytvořit čtyři vazby, jen se mu na to nedostává elektronů. Díky tomu má atom bóru výrazně elektrofilní (po elektronech toužící) charakter, a velmi rád je proto ve svých sloučeninách příjemcem volného elektronového páru. Kromě tří kovalentních vazeb proto často tvoří i jednu vazbu koordinační. Třeba výše zmíněný fluorid boritý tvoří snadno koordinační adukt (lat. adductus – „přitahovaný k“) např. s amoniakem, F₃B–NH₃.

Hrátky s vodíkem

Unikátní chování má ovšem bór ve svých sloučeninách s vodíkem, v tzv. boranech. Už nejjednodušší boran, BH₃, se chová velmi zvláštně – díky tomu, že vodík má vyšší elektronegativitu než bór, jsou elektrony vazeb B–H více přitahovány na stranu vodíku. Ten díky tomu nese částečný záporný náboj, zatímco na atomu boru se soustředí náboj kladný. Bór by proto zoufale rád sáhl po jakýchkoliv elektronech a vytvořil adukt, třeba s výše zmíněným amoniakem, H3B–NH3. Když ale v okolí není žádná sloučenina s volným elektronovým párem, nezbývá boranu nic jiného než vytvořit vazby sám se sebou.

Dvě molekuly se tak vzájemně „promůstkují“ záporně nabitým vodíkem ke kladně nabitému bóru, a vytvoří diboran, B₂H₆. Můstky B–H–B, které drží molekulu diboranu pohromadě, obsahují však pouze jeden vazebný elektronový pár sdílený všemi třemi zúčastněnými atomy – vytvořila se tzv. třístředová dvouelektronová vazba. A právě tvorbou tohoto typu vazeb se bór liší od ostatních prvků.

Vznik vícestředových vazeb umožňuje bóru vytvářet spoustu rozmanitých molekul boranů. Většinou stačí vzít diboran a zahřát jej, čímž dojde ke vzniku těžších boranů a uvolnění vodíku. Na tyto reakce je ale třeba speciální vybavení – kromě toho, že je diboran hodně jedovatý, je také na vzduchu samozápalný. Při spalování boranů vznikají velmi stálé látky (voda a oxid boritý), což znamená, že se při hoření boranů uvolňuje velké množství energie. Proto byly borany zkoumány jako potenciální raketová paliva. I když se od jejich tohoto využití nakonec upustilo, výzkum ukázalo, že borany mohou být užitečné i v jiných oblastech.

Rozmanité klastry

V molekulách složitějších boranů – tzv. boranových klastrech – se uplatňují jak standardní kovalentní vazby B–H a B–B, tak i třístředové dvouelektronové vazby, což umožňuje vznik pestré škály sloučenin. Molekuly boranů mohou mít tvar uzavřených mnohostěnů (např. čtyřstěnu, osmistěnu atd.), nebo – pokud z takového útvaru odebereme jeden nebo několik vrcholů – mohou připomínat duté nádobky či různě zprohýbané sítě. Podle tvaru, který souvisí se vzájemným počtem atomů bóru a vodíku, se tak rozlišují closo-borany se zcela uzavřenou strukturou, nido-borany připomínající tvarem ptačí hnízdo nebo arachno- či hypho-borany nazvané podle pavučiny či rybářské sítě. Jedním z nejstabilnějších boranů je aniontový klastr closo-B₁₂H₁₂₂^2-, mající tvar dvacetistěnu (ikosaedru).

Vyhořelé jaderné palivo

Atom uhlíku je podobně velký jako atom bóru. Oba prvky mají stejný tvar valenčních orbitalů, a proto může uhlík v klastrech zastupovat atomy bóru. Vznikají tak tzv. karborany. Ty bývají velmi stálé a netoxické, a využití našly např. v odolných materiálech pro kosmonautiku. Příkladem může být ikosaedrický dikarbadekaboran closo-C₂B₁₀H₁₂. Odtržením jedné skupiny BH lze připravit anion nido-C₂B₉H₁₁²⁻, nazývaný jako dikarbolid. Ten tvoří s kobaltem aniontový komplex s celkovým nábojem 1−, ve kterém je kobaltitý kation uvězněn mezi dvěma dikarbolidovými hnízdy.

Soli tohoto komplexu jsou prakticky nerozpustné ve vodě, ale jsou rozpustné v některých organických rozpouštědlech. Při smíchání roztoku komplexu v organickém rozpouštědle, které se nemísí s vodou, s vodným roztokem obsahujícím velké kationty, jako jsou třeba ionty cesia nebo stroncia, pak dojde k výměně kationtů mezi organickou a vodnou fází – velké kationty jsou slabě hydratovány a snadno přechází do organické fáze, zatímco kationty z původní dikarbolidové soli přechází do vody. Díky tomu lze např. z vyhořelého jaderného paliva oddělit radioaktivní izotopy ¹³⁷Cs a ⁹⁰Sr.

Reaktory, lasery i nádory

Nuklid ¹⁰B velmi účinně pohlcuje neutrony, čehož se využívá pro regulaci neutronového toku v jaderných reaktorech. Při pohlcení neutronu jádrem bóru dojde k rozpadu na nuklid lithia ⁷Li a α-částici (jádro helia), ¹⁰B(n,α)⁷Li. Tuto jadernou reakci lze využít i při léčbě rakoviny metodou bórové neutronové záchytové terapie. Pacientovi je podána sloučenina bohatá na atomy boru (třeba karboran), která je chemicky upravena tak, aby se selektivně vychytávala v nádorové tkáni. Poté je nádor ozařován neutrony. To v něm spustí jadernou reakci a vznikající α-částice pak poškozuje a zabíjí okolní nádorové buňky.

Boranové klastry mají velký potenciál pro uplatnění v laserech, jako palivo pro speciální fúzní reaktory a v mnoha dalších aplikacích, a je na chemicích, aby dalšími úpravami dále vylepšovali vlastnosti těchto molekul a objevovali krásu nových boranových klecí.