Sunday, December 07, 2008

BORO

Historia
Los protones, neutrones y electrones de los que están hechos todos los elementos fueron producidos hace 16 billones de años durante el Big Bang. Después de algunos minutos se formaron grandes cantidades de helio y pequeñas cantidades de deuterio y 7Li. Los demás elementos son producidos en reacciones nucleares estelares, excepto el berilio y el boro que resultan de las altas energías de colisión de los rayos cósmicos[1].

Durante 1808 es que se “descubre” el boro elemental en porciones muy impuras por Joseph Louis Gay-Lussac y Louis-Jacques Thénard en Paris, Francia; pero también es aceptada la simultaneidad del descubrimiento con Sir Humphrey Davy en Londres durante el mismo año. Es entonces en 1892 que H. Moissan obtuvo muestras con una pureza de 95-98%. El nombre boro parece tener un origen incierto por su parte Davy le asigna ese nombre (boron[2] en inglés) para indicar el origen del elemento y su similitud al carbono otras teorías mencionan que proviene del persa burha y del árabe buraq (البراق)[3]. Su uso se extiende desde las civilizaciones antiguas como la egipcia, la romana y la china. En China es usada, desde tiempos ancestrales, para darle color verde a algunos fuegos artificiales y éste uso se ha extendido hasta la actualidad.

Fuentes, estado natural y abundancia
Es un elemento que en la corteza terrestre es escaso cerca de 9 p. p. m. y en los mares tiene una abundancia de 4.8 p. p. m.; pero a pesar de eso existen varias fuentes de gran tamaño de sus sales. Naturalmente el boro se presenta en grades depósitos de boratos como el bórax y también como kernita (Na2B4O7 • 4 H2O). Dichos depósitos están restringidos a regiones cuyas circunstancias actuales o pasadas recientes son especiales como vulcanismo activo, clima árido y cuencas endorreicas[4]. Las características regionales perfectas para los yacimientos del boro se encuentran en el sudoeste de EEUU, norte de México, sur de Rusia, noroeste de Turquía y partes del Tíbet. Anualmente se producen cerca de 3 millones de toneladas de boro y la principal fuente se encuentra en Boron, California, que abarca una extensión de 10 Km2. La producción anual de los EEUU ha sido constante y ronda las 2 millones de toneladas. La producción turca se ha incrementado y es una cantidad cercana a la mitad de la producción estadounidense. Las producciones a baja escala están a cargo de países latinoamericanos, como México y Argentina. La complejidad de los minerales de boratos es solo superada por la de los silicatos; incluso aún más complejas son las estructuras de los boruros metálicos y las varias modificaciones alotrópicas del boro mismo.

Métodos de purificación y aplicaciones
Existen cuatro métodos utilizados en la industria para aislar al boro de sus compuestos:
· Reducción a partir de metales a altas temperaturas. Ejemplo: la reacción altamente exotérmica que utilizó Moissan, produce boro que va del 95-98% de pureza.

B2O3 + 3Mg à 2B + 3MgO

Se han utilizado otros elementos electropositivos, pero el producto es generalmente amorfo y está contaminado con impurezas refractarias tales como los boruros metálicos. Otra reacción altamente utilizada para producir boro cristalino en grandes masas con una pureza de 96% es la de BCl3 con zinc en un sistema de flujo a 900ºC.

· Reducción electrolítica de tetrafluoroboratos y boratos fundidos. Ejemplo: KBF4 fundido en KCl/KF a 800 ºC. éste proceso es relativamente barato, pero el boro producido por éste conducto tiene una pureza de 95%.

· Reducción de compuestos volátiles de boro por H2. Ejemplo: la reacción de BBr3 + H2 en un filamento caliente de tantalio. Produce boro con una pureza muy alta (>99.9%).

· Descomposición termal de halilos de boro. Ejemplo: los boranos se descomponen en boro amorfo cuando se calienta a temperaturas superiores a los 900ºC y también se pueden obtener productos cristalinos por descomposición termal de BI3.

A Partir de los minerales se obtienen varios compuestos del boro usados ampliamente en las industrias, esto quiere decir que no necesariamente se emplea el boro elemental. Algunos de los productos provenientes de los minerales de boro son óxidos de boro, ácido bórico y boratos, ésteres de ácido bórico, boruros, halilos de boro, boranos, carbaboranos y organoboranos. Las principales industrias en las que se emplean los compuestos listados anteriormente:

· Se usa del 30-35% para producir cristales de alta resistencia calórica como el Pyrex y fibra de vidrio.
· Se usa del 15-20% para producir detergentes, jabones, productos de limpieza y cosméticos.
· Se usa el 15% para producir esmaltes de porcelana.
· Se usa el 10% para producir herbicidas y fertilizantes sintéticos
· Se usa el 30% para catálisis de reacciones industriales, industria metalúrgica, controlar la corrosión gracias a su característica de inerte y teñido de pieles.

El uso en cristales y cerámicas es una muestra de la relación en diagonal entre el boro y el silicio y la similitud entre las redes vitrales de boratos y silicatos. El perborato de sodio es el mayor constituyente de varios polvos detergentes para lavadoras que operan con agua cuya temperatura es superior a los 70ºC, pues hace hidrólisis a H2O2 y actúa como agente blanqueador en agua caliente.

Propiedades físicas y químicas
El boro puede ser considerado como un semimetal; pero también puede ser considerado un no metal por la química de sus oxoaniones y sus hidruros[5]. Es un sólido oscuro, muy duro y semiconductor; elementalmente es muy inerte y por lo tanto poco reactivo con oxígeno, agua, alcalinos y ácidos, incluso en estado finalmente dividido sólo se disuelve lentamente en ácidos concentrados y calientes; esto difiere mucho con las características del próximo en su grupo que es el aluminio. Como se mencionó antes, el boro es único elementalmente hablando gracias a sus modificaciones alotrópicas que dan como resultado complejas estructuras, esto refleja la gran variedad de vías en las cuales el boro busca resolver el problema de tener menos electrones que orbitales atómicos disponibles para enlazar. Los elementos en ésta situación suelen adoptar enlaces metálicos, pero el pequeño tamaño y las altas energías de ionización de del boro resultan en enlaces covalentes más que en enlaces metálicos.

La estructura alotrópica más común del boro es la del B12 icosaedrico, también ocurre ésta alotropía en los boruros metálicos y en algunos derivados de hidruro de boro. Es muy difícil llegar a observar iones acuosos positivos para el boro. Se clasifica como un semimetal por que favorece la formación de enlaces covalentes otra característica que también presentan los metales del grupo 13. La naturaleza química del boro es influenciada principalmente por su pequeño tamaño y sus altas energías de ionización esto unido a la similitud de electronegatividad con el C y el H da como resultado una extensa e inusual química covalente.

Algunos valores importantes:
Electronegatividad: 2.04 (Pauling); 2.01 (Allred-Rochow)
Carga nuclear efectiva: 2.60 (Slater); 2.42 (Clementi); 2.27 (Froese-Fischer)
Punto de fusión / K: 2573
Punto de ebullición / K: 3931
Número de isótopos 9incloyendo isómeros nucleares): 6
Rango de masa de isótopos: 8 à 13


Fuentes de consulta:
· Pueyo, Juan J. Génesis de formaciones evaporíticas: Modelos Andinos e Ibéricos. Edicions Universidad de Barcelona, 1991.
· Emsley, John. The elements. Gran Bretaña: Oxford University Press. 1989. pp. 1-7, 32, 33.
· Johnson, Ronald C. Introducción a la química descriptiva: Propiedades y comportamientos de de elementos no metálicos seleccionados. Ed. Reverté, S.A. España. 1970. pp. 50-59.
· Greenwood, N. N. y A. Earnshaw. Chemistry of the elements. 1. st. Ed. Hong Kong: Pergamon Press, 1984. p. 155.

[1] Para conocer el proceso de formación se recomienda consultar: Cox, P. A. The elements: their origin, abundance and distribution. 1st. Ed. Gran Bretaña: Oxford University Press, 1990. pp. 63-91.
[2] Bor(ax+carb)on. Obtenido de: Greenwood, N. N. y A. Earnshaw. Chemistry of the elements. 1. st. Ed. Hong Kong: Pergamon Press, 1984. p. 155.
[3] Palabras de lenguas orientales que se refieren a algunas características físicas como su brillo y lustre. Obtenido el 24 de Noviembre de 2008. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Boro.
[4] Una cuenca endorreica es un área en la que el agua no tiene salida superficialmente, por ríos, hacia el mar. Obtenido el 25 de noviembre de 2008. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_endorreica.
[5] Se recomienda consultar el capítulo 2 de “Química inorgánica descriptiva” de Geoff Rayner-Canham

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