Большая Советская энциклопедия - бор

I

(Bohr)

Нильс Хенрик Давид (7.10.1885, Копенгаген, — 18.11.1962, там же), датский физик. Создал первую квантовую теорию атома, а затем участвовал в разработке основ квантовой механики (См. Квантовая механика). Внёс также значительный вклад в развитие теории атомного ядра и ядерных реакций, процессов взаимодействия элементарных частиц со средой. В 1908 Б. окончил университет в Копенгагене. Здесь он выполнил свои первые работы по исследованию колебаний струй жидкости (1907—10) и классической электронной теории металлов (1911). В 1911—12 работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона и в Манчестере у Э. Резерфорда. В 1914—16 читал курс математической физики в Манчестере. В 1916 получил кафедру теоретической физики в Копенгагене. С 1920 и до конца жизни руководил созданным им институтом теоретической физики в Копенгагене, который теперь носит его имя. В 1943, когда стало известно о готовящейся гитлеровцами, оккупировавшими Данию, расправе над Б., он был вывезен на лодке организацией Сопротивления в Швецию, а оттуда на английском военном самолёте — в США. Здесь Б. участвовал в работах по созданию атомной бомбы. После войны вернулся в Данию. Активно участвовал в борьбе против атомной угрозы.

Работая в Манчестере, Б. воспринял сформулированное Резерфордом в 1911 представление о планетарном строении атома. Однако уже в то время было ясно, что такое строение (ядро и вращающиеся вокруг него по орбитам электроны) противоречит классической электродинамике и механике. По законам классической электродинамики электрон в атоме должен был бы непрерывно излучать электромагнитные волны, потерять свою энергию за ничтожно малую долю секунды и упасть на ядро. Следовательно, согласно классической физике, устойчивые движения электронов в атоме невозможны и атом как динамическая система существовать не может. Исходя из идеи квантования энергии, выдвинутой ранее М. Планком в теории излучения (см. Излучение), Б. разработал и в 1913 опубликовал теорию атома, в которой показал, что планетарная структура атома и свойства его спектра излучения могут быть объяснены, если считать, что движение электрона подчинено некоторым дополнительным ограничениям — т. н. постулатам Б. Согласно этим постулатам, для электрона существуют избранные, или «разрешенные», орбиты, двигаясь по которым, он, вопреки законам классической электродинамики, не излучает энергии, но может скачком перейти на более близкую к ядру «дозволенную» орбиту и при этом испустить квант (порцию) электромагнитной энергии, пропорциональный частоте электромагнитной волны. Построенная на этих постулатах и развитая затем самим Б. и другими физиками теория атома впервые объяснила его особую устойчивость, сохранение атомом при сравнительно слабых столкновениях своей структуры и характера спектра.

В 1923 Б. сформулировал количественно т. н. принцип соответствия (см. Соответствия принцип), указывающий, когда именно существенны эти квантовые ограничения, а когда достаточна классическая физика. В том же году Б. впервые удалось дать на основе своей модели атома объяснение периодической системы элементов Менделеева. Однако теория Б. в целом содержала внутреннее противоречие в своей основе, поскольку она механически объединяла классические понятия и законы с квантовыми условиями, и не могла считаться удовлетворительной. Кроме того, она была неполной, недостаточно универсальной, т.к. не могла быть использована для количественного объяснения всего многообразия явлений атомного мира. Такой теорией явилась квантовая механика — теория движения микрочастиц, созданная в 1924—26 Л. де Бройлем (См. Бройль), В. Гейзенбергом и Э. Шрёдингером.

Однако основные идеи квантовой механики, несмотря на её формальные успехи, в первые годы оставались во многом неясными. Для полного понимания физических основ квантовой механики, её связи с классической физикой был необходим дальнейший глубокий анализ соотношения классического (макроскопического) и квантового (микроскопического — на атомном и субатомном уровнях) материальных объектов, процесса измерения характеристик микрообъекта и вообще физического содержания используемых в теории понятий. Этот анализ потребовал напряжённой работы, в которой ведущую роль сыграл Б. Его институт стал центром такого рода исследований. Главная идея Б. заключалась в том, что заимствованные из классической физики динамические характеристики микрочастицы (например, электрона) — её координата, импульс (количество движения), энергия и др. — вовсе не присущи частице самой по себе. Смысл и определённое значение той или иной характеристики электрона, например его импульса, раскрываются во взаимосвязи с классическими объектами, для которых эти величины имеют определённый смысл и все одновременно могут иметь определённое значение (такой классический объект условно называется измерительным прибором). Эта идея имеет не только принципиальное физическое, но и философское значение. В результате была создана последовательная, чрезвычайно общая теория, внутренне непротиворечиво объясняющая все известные процессы в микромире для нерелятивистской области (т. е. пока скорости частиц малы по сравнению со скоростью света) и в предельном случае автоматически ведущая к классическим законам и понятиям, когда объект становится макроскопическим. Были также заложены основы релятивистской теории.

В 1927 Б. дал формулировку важнейшего принципа — принципа дополнительности, утверждающего невозможность при наблюдении микромира совмещения приборов двух принципиально различных классов, соответственно тому, что в микромире нет таких состояний, в которых объект имел бы одновременно точные динамические характеристики, принадлежащие двум определённым классам, взаимно исключающим друг друга. Это в свою очередь обусловлено тем, что не существует таких наборов классических объектов (измерительных приборов), в связи с которыми микрообъект обладал бы одновременно точными значениями всех динамических величин (см. Дополнительности принцип).

В 1936 Б. сформулировал фундаментальное для ядерной физики представление о характере протекания ядерных реакций (модель составного ядра). В 1939 совместно с Дж. А. Уилером он развил теорию деления ядер — процесса, в котором происходит освобождение огромных количеств ядерной энергии. В 40—50-х гг. Б. занимался в основном проблемой взаимодействия элементарных частиц со средой.

Б. создал большую школу физиков и многое сделал для развития сотрудничества между физиками всего мира. Институт Б. стал одним из важнейших мировых научных центров. Выросшие в этом институте физики работают почти во всех странах мира. В своём институте Б. принимал также советских учёных, многие из которых работали там подолгу. Б. неоднократно приезжал в СССР и в 1929 был избран иностранным членом АН СССР. Он являлся членом Датского королевского научного общества (с 1917), а также членом многих академий и научных обществ мира. Лауреат Нобелевской премии (1922).

Соч.: Das Quantenpostulat und die neuere Entwicklung der Atomistik, «Naturwissenschaften», 1928, H. 15, S. 245; Neutron capture and nuclear constitution, «Nature», 1936, v. 137, № 3461, p. 344; The mechanism of nuclear fission, «Physical Review», 1939, v. 56, p. 426 (совм. с J. A. Wheeler); в рус. пер. — Три статьи о спектрах и строении атомов, М., 1923; Прохождение атомных частиц через вещество, М., 1950; Атомная физика и человеческое познание, М., 1962.

Лит.: Нильс Бор и развитие физики, пер. с англ., М., 1960 (библ.); Нильс Бор. Жизнь и творчество, пер. с дат., М., 1967; Мур P., Нильс Бор — человек и ученый, пер. с англ., М., 1969.

Е. Л. Фейнберг.

Н. Бор.

II

(Bohr)

Оге (р. 19.6.1922, Копенгаген), датский физик, член Датской АН (1955). Сын Н. Бора. Окончил университет в Копенгагене. С 1946 в Институте теоретической физики (в 1963—72 директор); работает также в Северном институте теоретической ядерной физики («Нордита»). Профессор Копенгагенского университета (с 1956). Основные труды по ядерной физике. Создал коллективную модель ядра (совместно с Б. Моттельсоном). Нобелевская премия (1975). Член Норвежской АН (1962), Шведской АН (1965), Американской академии искусств и наук (1965).

III

(Bohr)

Харальд (22.4.1887, Копенгаген, — 22.1.1951, там же), датский математик. Брат физика Н. Бора. С 1915 профессор Высшей технической школы и с 1930 — университета в Копенгагене, работал в области теории функций и теории чисел. В связи с исследованиями дзета-функции развил теорию почти периодических функций (См. Почти периодическая функция) (1923). Эта теория, превратившаяся в самостоятельную математическую дисциплину, имеет многочисленные приложения в математическом анализе, небесной механике и физике.

Соч. в рус. пер.: Почти периодические функции, М. — Л., 1934.

Лит.: Titchmarsh Е. С., Harald Bohr, «Journal of London Mathematical Society», 1953, t. 28, № 109, p. 1.

IV

(лат. Borum)

В, химический элемент III группы периодической системы Менделеева, атомный номер 5, атомная масса 10,811; кристаллы серовато-чёрного цвета (очень чистый Б. бесцветен). Природный Б. состоит из двух стабильных изотопов: ¹⁰B (19%) и ¹¹B (81%). Ранее других известное соединение Б. — Бура — упоминается в сочинениях алхимиков под арабским названием «бурак» и латинским Borax, откуда и произошло наименование «бор». Свободный Б. (нечистый) впервые получили французские химики Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар в 1808 нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Общее содержание Б. в земной коре 3•10^-4% по массе. В природе Б. в свободном состоянии не обнаружен. Многие соединения Б. широко распространены, особенно в небольших концентрациях. В виде боросиликатов, боратов, бороалюмосиликатов, а также как изоморфная примесь в других минералах Б. входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Соединения Б. найдены в нефтяных водах, морской воде, соляных озёрах, горячих источниках, в вулканических и сопочных грязях, во многих почвах. О главных природных соединениях Б., служащих для его промышленного получения, см. в ст. Бораты природные.

Физические и химические свойства. Известно несколько кристаллических модификаций Б. Для двух из них рентгеноструктурным анализом удалось полностью определить кристаллическую структуру, которая в обоих случаях оказалась весьма сложной. Атомы Б. образуют в этих структурах трёхмерный каркас подобно атомам углерода в алмазе. Этим объясняется высокая твёрдость Б. Однако строение каркаса в структурах Б. гораздо сложнее, чем в алмазе. Основной структурной единицей в кристаллах Б. служат двадцатигранники (икосаэдры), в вершинах каждого из которых находятся 12 атомов Б. (рис., а). Икосаэдры соединяются между собой как непосредственно (рис., б), так и посредством промежуточных атомов Б., не входящих в состав какого-либо икосаэдра (рис., в). При таком строении оказывается, что атомы Б. в кристаллах имеют разные координационные числа: 4, 5, 6 и 5 + 2 (5 ближних «соседей» и 2 более далёких). Т. к. на внешней оболочке атома Б. находятся всего 3 электрона (электронная конфигурация 2s²2p), на каждую присутствующую в кристаллическом Б. связь приходится существенно меньше двух электронов. В соответствии с современными представлениями, в кристаллах Б. осуществляется особый тип ковалентной связи — многоцентровая связь с дефицитом электронов. В соединениях ионного типа Б. 3-валентен. Так называемый «аморфный» Б., получаемый при восстановлении B2O3 металлическим натрием или калием, имеет плотность 1,73 г/см³. Чистый кристаллический Б. имеет плотность 2,3 г/см³, температуру плавления 2075 °С, температуру кипения 3860 °С; твёрдость Б. по минералогической шкале 9, микротвёрдость 34 Гн/м² (3400 кгс/мм²). Кристаллический Б. — полупроводник. В обычных условиях он проводит электрический ток плохо. При нагревании до 800°С электрическая проводимость Б. увеличивается на несколько порядков, причём знак проводимости меняется (электронная — при низких температурах, дырочная — при высоких) (см. Полупроводниковые материалы).

Химически Б. при обычных условиях довольно инертен (взаимодействует активно лишь с фтором), причём кристаллический Б. менее активен, чем аморфный. С повышением температуры активность Б. возрастает и он соединяется с кислородом, серой, галогенами. При нагревании на воздухе до 700 °С Б. горит красноватым пламенем, образуя борный ангидрид B2O3 — бесцветную стекловидную массу. При нагревании выше 900 °С Б. с азотом образует Бора нитрид BN, при нагревании с углём — Бора карбид B4C, с металлами — Бориды. С водородом Б. заметно не реагирует; его гидриды (Бороводороды) получают косвенным путём. При температуре красного каления Б. взаимодействует с водяным паром: 2B + 3Н2О = B2O3 + 3H2. В кислотах Б. при обычной температуре не растворяется, кроме концентрированной азотной кислоты, которая окисляет его до борной кислоты (См. Борная кислота) H3BO3. Медленно растворяется в концентрированных растворах щелочей с образованием боратов.

Во фториде BF3 и других галогенидах Б. связан с галогенами тремя ковалентными связями. Поскольку для завершения устойчивой 8-электронной оболочки атому Б. в галогениде BX3 недостаёт пары электронов, молекулы галогенидов, особенно BFз, присоединяют молекулы других веществ, имеющие свободные электронные пары, например аммиака

В таких комплексных соединениях (См. Комплексные соединения) атом Б. окружен четырьмя атомами (или группами атомов), что соответствует характерному для Б. в его соединениях координационному числу 4. Важные комплексные соединения Б. — Борогидриды, например Na [BH4], и фтороборная, или борофтористоводородная, кислота H [BF4], образующаяся из BF3 и HF; большинство солей этой кислоты (фтороборатов) растворимы в воде (за исключением солей К, Rb, Cs). Общая особенность самого Б. и его соединений — их сходство с кремнием и его соединениями. Так, борная кислота, подобно кремниевой, обладает слабыми кислотными свойствами и растворяется в HF с образованием газообразного BF3 (кремниевая даёт SiF4). Бороводороды напоминают кремневодороды, а карбид Б. — карбид кремния, и т.д. Представляет интерес особое сходство модификаций нитрида BN с графитом или алмазом. Это связано с тем, что атомы В и N по электронной конфигурации совместно имитируют 2 атома С (у В — 3 валентных электрона, у N — 5, у двух атомов С — по 4). Эта аналогия характерна и для других соединений, содержащих одновременно Б. и азот. Так, боразан BH3—NH3 подобен этану СН3—СН3, а боразен BH2=NH2 и простейший боразин BH≡NH подобны соответственно этилену СН2=СН2 и ацетилену CH≡CH. Если тримеризация ацетилена C2H2 даёт бензол C6H6, то аналогичный процесс приводит от боразина BHNH к Боразолу B3N3H6 (см. также Борорганические соединения).

Получение и применение. Элементарный Б. из природного сырья получают в несколько стадий. Разложением боратов горячей водой или серной кислотой (в зависимости от их растворимости) получают борную кислоту, а её обезвоживанием — борный ангидрид. Восстановление В2О3 металлическим магнием даёт Б. в виде темно-бурого порошка; от примесей его очищают обработкой азотной и плавиковой кислотами. Очень чистый Б., необходимый в производстве полупроводников, получают из его галогенидов: восстанавливают BCl3 водородом при 1200°С или разлагают пары BBr3 на танталовой проволоке, раскалённой до 1500°С. Чистый Б. получают также термическим разложением бороводородов.

Б. в небольших количествах (доли %) вводят в сталь и некоторые сплавы для улучшения их механических свойств; уже присадка к стали 0,001—0,003% Б. повышает её прочность (обычно в сталь вводят Б. в виде Ферробора, т. е. сплава железа с 10—20% Б.). Поверхностное насыщение стальных деталей бором (до глубины 0,1—0,5 мм) улучшает не только механические свойства, но и стойкость стали против коррозии (см. Борирование). Благодаря способности изотопа ¹⁰В поглощать тепловые нейтроны, его применяют для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов (См. Ядерный реактор), служащих для прекращения или замедления реакции деления. Б. в виде газообразного BF3 используют в счётчиках нейтронов. (При взаимодействии ядер ¹⁰В с нейтронами образуются заряженные α-частицы, которые легко регистрировать; число же α-частиц равно числу нейтронов, поступивших в счётчик: ¹⁰5B + ¹0n = ⁷3Li + ⁴2α) (см. также Нейтронные детекторы и индикаторы). Сам Б. и его соединения — нитрид BN, карбид B4C, фосфид ВР и др. — применяют как диэлектрики и полупроводниковые материалы. Обширное применение находят борная кислота и её соли (прежде всего бура), бориды и др. BF3 — катализатор некоторых органических реакций.

Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 2, М., 1967; Щукарев С. А., Лекции по курсу общей химии, т. 2, Л., 1964; Бор, его соединения и сплавы, К., 1960.

В. Л. Василевский.

Б. в организме. Б. относится к числу химических элементов, которые в очень малых количествах содержатся в тканях растений и животных (тысячные и десятитысячные доли % на сухую массу). Б. необходим для поддержания нормальной жизнедеятельности растений. Важнейший симптом недостатка Б. — отмирание точки роста главного стебля, а затем и пазушных почек. Одновременно черешки и листья становятся хрупкими, цветки не появляются или не образуются плоды; поэтому при недостатке Б. падает урожай семян. Известны многие болезни, связанные с недостатком Б., например гниль сердечка сахарной свёклы, чёрная пятнистость столовой свёклы, побурение сердцевины брюквы и цветной капусты, засыхание верхушки льна, желтуха верхушки люцерны, бурая пятнистость абрикосов, опробковение яблок. При недостатке Б. замедляется окисление сахаров, аминирование продуктов углеводного обмена, синтез клеточных белков; однако ферменты, для которых Б. является необходимым элементом, пока неизвестны. По данным М. Я. Школьника, при недостатке Б. у растений снижается содержание аденозинтрифосфорной кислоты, а также нарушается процесс окислительного фосфорилирования (См. Окислительное фосфорилирование), вследствие чего энергия, выделяющаяся при дыхании, не может быть использована для синтеза необходимых веществ. При недостатке Б. в почве в неё вносят борные удобрения (см. Микроудобрения). В биогеохимических провинциях с избытком Б. в почве (например, в Северо-Западном Казахстане) возникают морфологические изменения и заболевания растений, вызываемые накоплением Б., — гигантизм, карликовость, нарушение точек роста и др. На почвах с интенсивным борным засолением встречаются участки, лишённые растительности, «плешины», — один из поисковых признаков месторождения Б. Значение Б. в организме животных пока не выяснено. У человека и животных (овец, верблюдов) при питании растениями с избыточным содержанием Б. (60—600 мг/кг сухого вещества и более) нарушается обмен веществ (в частности, активность протеолитических ферментов) и появляется эндемическое заболевание желудочно-кишечного тракта — борный энтерит.

Лит.: Скок Дж., функция бора в растительной клетке, в кн.: Микроэлементы, пер. с англ., М., 1962; Ковальский В. В., Ананичев А. В., Шахова И. К., Борная биогеохимическая провинция Северо-Западного Казахстана, «Агрохимия», 1965, № 11.

В. В. Ковальский.

Рисунок к ст. Бор (химич. элемент).

V

сосновый лес, произрастающий преимущественно на сухой песчаной почве (сосновые леса, произрастающие на избыточно влажных и сырых почвах, на сфагновых болотах, Б. не называют). В СССР Б. занимают огромные площади от тундры до южной границы ареала сосны (См. Сосна). Типичные Б. растут на дюнных холмистых местах и плато. В них нет подлеска; в живом напочвенном покрове преобладают лишайники. Эти леса составляют группу сухих Б. — беломошников или лишайниковых и близких к ним типов леса. На пологих склонах со свежими песчаными почвами произрастают свежие Б. — брусничники, черничники, чистые зеленомошники. В их составе могут встретиться берёза, местами ель и другие породы; в подлеске — единично рябина, можжевельник и др.; в живом покрове — брусника, черника, зелёные мхи. На более богатых супесчаных и суглинистых почвах развиваются сложные Б. двух-, трёхпородного состава (сосна с елью, сосна с дубом, сосна с липой и лещиной) с развитым подлеском и хорошо выраженным покровом. Такие Б. дают много ценной деловой древесины. См. также Сосновые леса.

А. П. Шиманюк.

Равнинный бор Прииртышья.

VI

(Milium)

род растений семейства злаков. Многолетние, реже однолетние травы с мелкими одноцветковыми колосками, собранными в раскидистые метёлки. 6 видов, распространённых в умеренном поясе Северного полушария. В СССР — 3 вида. Б. развесистый (Milium effusum) — многолетний корневищный злак с широколинейными листьями, растущий в лесах, зарослях кустарников. Это растение охотно поедается скотом, но большого кормового значения оно не имеет, т.к. растет большей частью в незначительных количествах.

Лит.: Кормовые растения сенокосов и пастбищ СССР, под ред. И. В. Ларина, т. 1, М. — Л., 1950.

VII

город в Горьковской области РСФСР. Расположен на левом берегу Волги, против г. Горького, с которым соединён автодорожным мостом (с 1965). Ж.-д. ст. (Моховые Горы). 51 тыс. жителей (1969). Судоремонт, производство судового и портового оборудования, стекольный (оконное стекло, стеклопрофилит, стекла для автомобильной промышленности и др.), силикатный, металлопрокатный, ремонтно-механический, авторемонтный, торгового оборудования и торгового машиностроения заводы, мебельная, войлочная, сапоговаляльная, первичной обработки шерсти, строчевышивальная фабрики. Значительная часть предприятий Б. связана с заводами г. Горького. Вечерний индустриальный техникум, культурно-просветительное училище. Дом отдыха. Первые сведения о Б. относятся к 14 в., город с 1938.

Лит.: Трубе Л. Л., Наши города. Горький, 1954.

VIII

город в Югославии, в восточной Сербии, в Восточно-Сербских горах. 20 тыс. жителей (1965). Центр меднорудной (крупнейший рудник в зарубежной Европе) и медеплавильной промышленности страны.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

1969—1978