Boro

Química. Propiedades físico-químicas. Isótopos. Fuentes. Obtención. Reducción

  • Enviado por: Celina Aguilar
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 5 páginas

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Elemento químico de número y peso atómicos 5 y 10,81
uma, respectivamente, sólido, no metal, poco
reactivo y de color rojo o negro, que no se
encuentra aislado en la naturaleza y se clasifica en
el grupo de los metales térreos.
Elemento químico perteneciente al grupo 13 del
sistema periódico, grupo de los  metales térreos. Su
símbolo químico es B; su número y peso atómicos son
5 y 10,81 uma, respectivamente. Situado entre los
metales y no metales; es un semiconductor con
propiedades químicas más semejantes al carbono o al
silicio que a los restantes elementos de su grupo.
Es el único elemento de su grupo que es un no metal.
La única propiedad metálica que conserva es el
brillo que presentan sus cristales, de color rojo o
negro. Su primer potencial de ionización es elevado
y los dos siguientes mucho mayores, es decir, el
boro es poco reactivo y no tiene tendencia a ceder
electrones. Presenta un punto de fusión de 2.300 ºC
y un punto de ebullición de 4.002 ºC, además de una
densidad de 2,34 g/cm3.

Resumen de propiedades físico-químicas

Posición en la tabla periódica: grupo 13 (primero de
los térreos).
Clasificación: térreos.
Número atómico: 5.
Peso atómico: 10,81 uma.
Capas de electrones:2. Configuración:1s1,2s2,2p1.
Electrones de valencia: 2s2,2p1.
Valencia: +3.
Estructura cristalina: romboédrica.
Estado en condiciones estándar de presión (760 mmHg)
y temperatura (298,15 ºK): sólido.
Aspecto: negro o rojo lustroso en estado cristalino
puro, polvo de color marrón en estado amorfo.
Radio atómico: 1,17 Å.
Radio iónico: 0,23 Å.
Radio covalente: 0,82 Å.
Volumen atómico: 4,6 cm3/mol.
Densidad a 300,15 ºK y 1 atm: 2,34 g/cm3.
Punto de fusión: 2.300 ºC.
Punto de ebullición: 4.002 ºC.
Entalpía de fusión: 22,18 kJ/mol.
Entalpía de vaporización: 480 kJ/mol.
Electronegatividad: 2,04 Pauling.
Dureza en la escala de Mohs: 9,3.
Primer potencial de ionización: 8,298 eV
Conductividad eléctrica: 1,0.10-12 106/(cm.W).
Conductividad térmica: 0,274 W/(cm.K).


Descubrimiento

Los compuestos que contienen boro se conocen desde
la antigüedad, es el caso del bórax (Na2B4O7·10H2O),
sustancia a partir de la cual Homberg obtuvo el
ácido bórico (B(OH)3) en 1702.

No fue posible aislar el boro como elemento hasta
1808, año en el que lo hicieron, de manera
independiente, Louis Thenard y Joseph Gay-Lussac, en
Francia, y  Sir Humphrey Davy, en Gran Bretaña. Para
ello calentaron el óxido de boro (B2O3) y lo
hicieron reaccionar con potasio metálico. De esta
manera obtuvieron un polvo negruzco, amorfo, de
escasa pureza que fue la única forma de boro
conocida hasta que, en 1909, Weintraub aisló boro
puro con estructura cristalina calentando una mezcla
de hidrógeno y cloruro de boro en un arco voltaico
de alto potencial.

 


Isótopos

Existen dos isótopos estables del boro, el 10B y el
11B, de los cuales el más abundante es el de número
másico once. Ambos presentan espín nuclear (rotación
del núcleo atómico), lo que hace que se empleen en
espectroscopía de resonancia magnética nuclear.

Ha sido posible obtener otros isótopos de manera
sintética, pero sus tiempos de vida media son muy
cortos y decaen rápidamente hacia nucleidos más
estables.

 


Propiedades

El boro se enlaza a los restantes elementos
covalentemente. Numerosos compuestos del boro tienen
deficiencia de electrones, ya que el octeto habitual
de electrones no está constituido en torno al átomo
de boro. Esto hace que el átomo de boro tenga
tendencia a captar electrones y que los compuestos
se comporten como ácidos de Lewis.

Las estructuras cristalinas consisten en complicadas
redes tridimensionales de  icosaedros que contienen
oquedades lo suficientemente grandes como para
albergar átomos externos. Las disoluciones de estas
estructuras muestran propiedades que difieren
cuantitativamente, e incluso cualitativamente, de la
sustancia pura. Las propiedades mecánicas se ven
modificadas considerablemente y la ocupación de los
intersticios por diferentes átomos hace que varíen
las propiedades electrónicas (conductividad).

Presenta una baja reactividad a temperatura
ambiente, no se ve afectado por el agua, el aire, ni
los ácidos y bases diluidos. Sin embargo, al rojo
reacciona rápidamente con el nitrógeno para dar el
nitruro de boro (BN) y con el oxígeno para formar el
óxido de boro (B2O3). Es el único elemento de su
grupo que reacciona con el hidrógeno para dar una
serie de compuestos que reciben el nombre genérico
de boranos, todos ellos tóxicos y de olor muy
desagradable; también forma haluros de fórmula
general BnXn. El interés de los haluros es que
contienen celdas cerradas de átomos de boro. Son
especialmente importantes los cloruros de boro
(B4Cl4, B8Cl8 y B9Cl9); estos compuestos son
vivamente coloreados, en contraste con los derivados
típicos del boro, pero su preparación y manipulación
son excesivamente complicadas.

Es capaz de reducir a todos los óxidos metaloides y
a la mayoría de óxidos metálicos.

En sus compuestos el boro actúa como un no metal, no
obstante en estado puro es un semiconductor. Tiene
un gap de energía entre 1,50 y 1,56 eV, superior al
del silicio o al del germanio, lo que hace que sus
propiedades conductoras aumenten con la temperatura.

La forma alotrópica b-romboédrica muestra una
apariencia y unas propiedades ópticas semejantes a
las del diamante con un dureza sólo ligeramente
inferior.

En los ensayos a la llama los compuestos de boro
presentan una coloración verde característica.


Fuentes

El boro es un elemento presente en la naturaleza,
aunque no en estado libre, se puede encontrar en
forma de boratos alcalinotérreos en los océanos, en
las rocas sedimentarias, el carbón, el esquisto y en
algunos suelos o como ácido bórico. Ampliamente
distribuido en la naturaleza, es posible encontrarlo
en concentraciones de alrededor de 10 mg/kg en la
corteza terrestre y alrededor de 4,5 mg/l en los
océanos. Esto hace que ocupe el 38º lugar en
abundancia en la corteza terrestre.

Las primeras fuentes de obtención de este elemento
fueron el bórax (Na2B4O7.10H2O), abundante en el
desierto de Mohave de California, y el ácido bórico
(H3BO3) presente en las solfataras (emanaciones
volcánicas) de La Toscana. En la actualidad también
se extrae boro de los minerales colemanita
(Ca2B6O11.H2O), kernita (Na2B4O7.4H2O) y boracita
(Mg7Cl2B16O30)



Obtención

La obtención de boro elemental en estado puro es
terriblemente compleja, debido a su elevado punto de
fusión y a lo corrosivo de la disolución. Sólo es
posible su preparación en grandes cantidades
renunciando a la pureza, que como máximo será de un
95-98%. El boro en estado amorfo puede obtenerse a
escala comercial a partir de su óxido (B2O3) por
reducción con magnesio metálico, posteriormente se
lava energéticamente con un álcali, con ácido
clorhídrico y por último con ácido fluorhídrico. El
óxido de boro se obtiene por fusión del ácido bórico
(B(OH)3), el cual a su vez proviene del bórax
(Na2B4O7·10H2O).

Reducción de B2O3 con Mg: B2O3 + 3Mg ® 2B + 3MgO

El problema aparece a la hora de querer conseguir
boro puro cristalizado, aunque se deseen cantidades
muy pequeñas con fines de investigación. Cabe la
posibilidad de obtener varias formas alotrópicas.