Boro


Símbolo: B
Clasificación: Elementos térreos Grupo 13 No Metal


Número Atómico: 5
Masa Atómica: 10,811
Número de protones/electrones: 5
Número de neutrones (Isótopo 11-B): 6
Estructura electrónica: [He] 2s2 2p1
Electrones en los niveles de energía: 2, 3
Números de oxidación: -3, +3


Electronegatividad: 2,04
Energía de ionización (kJ.mol-1): 799
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 27
Radio atómico (pm): 88
Radio iónico (pm) (carga del ion): 12 (+3)


Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 22,2
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 538,9



Punto de Fusión (ºC): 2075
Punto de Ebullición (ºC): 4000
Densidad (kg/m3): 2340 ; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 4,62
Estructura cristalina: Romboédrica
Color: Marrón


Isótopos: Dos isótopos naturales: 10-B (19,9% ) (se usa como moderador de neutrones en las varillas de regulación de los reactores y para contaje de neutrones) y 11-B (80,1%). Once inestables cuyos períodos de semidesintegración son del orden de los milisegundos.


Descubierto en: 1808
Descubierto por: Davy, Gay-Lussac y Thenard
Fuentes: Bórax y kernita Na2B4O7.xH2O (x = 10 y 4 respectivamente).
Usos: Aleaciones, electrónica (termistores), fibras artificiales (raquetas de tenis), moderador de neutrones.


Curiosidades sobre el elemento:

Aunque los compuestos de boro se conocen desde la antigüedad, el elemento no se descubre hasta 1808 por Sir Humphry Davy y por Gay-Lussac y Thenard, mediante electrólisis del ácido bórico. Un siglo después Weintraub lo obtuvo puro. No se encuentra libre en la naturaleza. Constituye el 0,001% de la corteza. Aparece como ácido bórico u ortobórico (H3BO3) en aguas minerales de zonas volcánicas (sassolina [H3BO3]) y como boratos en bórax, kernita, ulexita (Na2Ca2B10O18.16H2O) o boronatrocalcita [NaCaB5O9.8H2O], colemanita [Ca2B6O11.5H2O], boracita [Mg6(B14O26)Cl2].
Se puede preparar boro cristalino de alta pureza por reducción en fase de vapor de tricloruro o tribromuro de boro con hidrógeno sobre filamentos de tántalo a 1300ºC. Actualmente se dispone de boro de 99,9999% de pureza. El boro impuro o amorfo (un polvo marrón oscuro) puede obtenerse calentando trióxido con magnesio en polvo o por el procedimiento anterior pero a temperaturas más bajas (800ºC).
Es el único no metal del grupo: es un mal conductor de la electricidad a temperatura ambiente, pero es bueno a alta temperatura; se parece más al silicio que a los demás elementos de su grupo. Es un semiconductor: tiene un salto entre bandas de energía de 1,50 a 1,56 eV (1 eV = 1,6002x10-19 J), que es tan grande como el del silicio o germanio. Entre sus propiedades ópticas se incluye la transmisión de ciertas zonas de infrarrojo.
El boro se presenta en seis modificaciones: tetragonal, a-B (romboédrica), b-B (romboédrica), ortorrómbica, monoclínica o triclínica y hexagonal. En las estructuras cristalinas las unidades básicas son agrupaciones de 12 átomos de boro formando icosaedros de veinte caras triangulares, unidos entre sí a través de los átomos de los vértices: unos mediante enlace B-B normal (de dos centros) y otros mediante enlace de tres centros (tres átomos de boro) y dos electrones; entre estas modificaciones destaca el boro-a, romboédrica. Los cristales de boro tienen una dureza 9,5 en la escala de Mohs.
El boro elemental es químicamente bastante inerte, aunque su reactividad aumenta con la temperatura y entonces es un buen reductor. El boro amorfo es más reactivo que el cristalino y se usa en pirotecnia (proporciona color verde) y en el encendido de cohetes. Al aire y a unos 700ºC el boro se inflama produciendo óxido, de carácter ácido. Tiene propiedades lubricantes como el grafito.
El isótopo 10-B se usa en el control de reactores nucleares (varillas de regulación), como escudo para las radiaciones y en instrumentos para la detección de neutrones.
Está aumentando el uso de boro en filamentos o fibras incorporadas a plásticos (tipo epóxicos) obteniéndose un material de gran resistencia y ligereza que es empleado, principalmente, en estructuras aerospaciales, blindajes, etc.
En aleaciones de gran dureza (ferroboro).
Los cristales de boro puro se usan en la fabricación de termistores y en trazas para modificar las propiedades de silicio y germanio.
El boro tiene una capacidad similar a la del carbono de formar redes moleculares estables de átomos unidos covalentemente: carboranos, metaloboranos, fosfocarboranos y otras familias con miles de compuestos.
El compuesto de boro más importante comercialmente es Na2B4O7.5H2O, que se usa en grandes cantidades en la fabricación de fibra de vidrio y de lejía de perborato de sodio. La ulexita, otro mineral de boro, es la versión natural de las fibras ópticas.
El ácido bórico [B(OH)3] es un sólido blanco que se emplea en productos textiles y materiales celulósicos para reducir su inflamabilidad; es tóxico para bacterias, muchos insectos y humanos, por lo que se ha usado como antiséptico y pesticida. Su principal aplicación es la obtención mediante calor de trióxido, que fundido, se emplea para limpiar superficies de metales recubiertas de óxido para soldarlas: disuelve muchos óxidos metálicos. El óxido de boro se emplea en la fabricación de fibra de vidrio y vidrios de borosilicato (tipo Pyrex, de coeficientes de dilatación térmica más bajos que los vidrios ordinarios sódico-cálcicos).
El bórax se usa como antiséptico suave, en detergentes, como álcali de fuerza media, en soldadura como fundente ya que funde a temperaturas muy bajas y disuelve las películas de óxidos metálicos.
Otros compuestos de boro parecen tener eficacia en el tratamiento de la artritis.
El nitruro de boro (BN) hexagonal es un material tan duro como el diamante. Además, aunque es un aislante eléctrico, conduce el calor como los metales. Tiene una estructura en capas similar a la del grafito (es el grafito blanco o inorgánico). Se usa como lubricante. En forma polimérica [(BN)x] se usa en la fabricación de cámaras de combustión, crisoles y material de construcción de reactores. Se obtiene por reacción entre los elementos o a partir de óxido de boro y amoníaco a 900ºC. A altas temperaturas (1500ºC) y presiones (85000 bar) se obtiene borazón o diamante inorgánico (BN cúbico) cuya dureza sólo es superada por el diamante y el carburo de boro. Recientemente se han obtenido nanotubos de nitruro de boro semejantes a los obtenidos con carbono, son semiconductores y podrían tener aplicación en microelectrónica.
El carburo de boro (B12C3) es un sólido cristalino negro tan duro como el diamante. Se usa para tallar y como material para la construcción de objetos resistentes. Se prepara por reacción de ácido bórico con grafito a 2600ºC.
Entre los derivados halogenados destacan el trifluoruro y el tricloruro de boro (gases) que son ácidos de Lewis usados como catalizadores.
El borohidruro de sodio, (NaBH4), es un agente reductor en medio básico: puede reducir iones Ni2+ a Ni metálico, lo que se emplea en la deposición química de níquel sobre superficies que no son conductoras (plásticos,...).
Los hidruros o boranos son un grupo de compuestos que se presentan en los tres estados, de olor nauseabundo, muy reactivos, explosivos y venenosos. El más sencillo es el borano (BH3), que no se encuentra aislado, sino como B2H6 o diborano en el que dos átomos de hidrógeno comparten sus dos electrones con dos átomos de boro que aportan dos electrones y de esta forma, dos átomos de boro y un hidrógeno se enlazan mediante dos electrones por un enlace de tres centros. Es un gas incoloro que se utiliza como reductor en química orgánica y en la obtención de boro puro. Los poliboranos tienen de fórmula general BnHn+4 y los menos estables BnHn+6 (n hasta 20), y sus propiedades se alejan de las del borano según aumenta n. Los alquilboranos son excelentes combustibles para cohetes, pero son muy caros.
El boro no parece ser tóxico. El ácido bórico y los boranos si lo son y hay que manejarlos con cuidado.