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.