Boro

El boro es un elemento químico de la tabla periódica de los elementos que tiene el símbolo B1 y
número atómico 5, su masa es de 10,811. Es un elemento metaloide, semiconductor, trivalente
que existe abundantemente en el mineral bórax. Hay dos alótropos del boro; el boro amorfo es un
polvo marrón, pero el boro metálico es negro. La forma metálica es dura (9,5 en la escala de
Mohs) y es un mal conductor a temperatura ambiente. No se ha encontrado libre en la naturaleza.
El boro es un elemento con vacantes electrónicas en el orbital; por ello presenta una acusada
apetencia de electrones, de modo que sus compuestos se comportan a menudo como ácidos de
Lewis, reaccionando con rapidez con sustancias ricas en electrones.23
Entre las características ópticas de este elemento, se incluye la transmisión de radiación infrarroja.
A temperatura ambiente, su conductividad eléctrica es pequeña, pero es buen conductor de la
electricidad si se encuentra a una temperatura alta.
Este metaloide tiene la más alta resistencia a la tracción entre los elementos químicos conocidos;
el material fundido con arco tiene una resistencia mecánica entre 1.600 y 2.400 MPa.
El nitruro de boro, un aislante eléctrico que conduce el calor tan bien como los metales, se emplea
en la obtención de materiales tan duros como el diamante. El boro tiene además cualidades
lubricantes similares al grafito y comparte con el carbono la capacidad de formar redes
moleculares mediante enlaces covalentes estables.
Reactividad
En sus compuestos, el boro actúa como un no metal, pero difiere de ellos en que el boro puro es
un conductor eléctrico, como los metales y como el grafito (carbono). Al rojo, se combina
directamente con el nitrógeno para formar nitruro de boro (BN), y con el oxígeno para formar
óxido de boro (B2O3). Con los metales forma boruros, como el boruro de magnesio (Mg3B2). Más
extraordinaria es la anómala similitud de los hidruros de boro a los compuestos correspondientes
de silicio y el carbono. Existen varios hidruros de boro conocidos con el nombre genérico de
boranos, todos ellos tóxicos y de olor muy desagradable. En los ensayos a la llama produce una
coloración verde característica.
Usos
Se usa para fabricar vidrios de borosilicato (p. ej. Pyrex) y esmaltes, principalmente de utensilios
de cocina. También se usa para obtener aceros especiales, de gran resistencia al impacto, y otras
aleaciones. Debido a su gran dureza se emplea, en forma de carburo, para fabricar abrasivos. El
boro tiene varias aplicaciones importantes en el campo de la energía atómica. Se usa en
instrumentos diseñados para detectar y contar las emisiones de neutrones. A causa de su gran
capacidad de absorción de neutrones, es empleado como amortiguador de control en reactores
nucleares y como un material constituyente de los escudos de neutrones. El ácido bórico diluido se
utiliza como antiséptico para los ojos y la nariz. Antiguamente se empleaba el ácido bórico para
conservar los alimentos, pero se ha prohibido este uso por sus efectos perjudiciales para la salud.
El carburo de boro se usa como abrasivo y agente aleador.
Aplicaciones
El compuesto de boro de mayor importancia económica es el bórax que se emplea en grandes
cantidades en la fabricación de fibra de vidrio aislante y perborato de sodio. Otros usos incluyen:
Las fibras de boro usadas en aplicaciones mecánicas especiales, en el ámbito aeroespacial,
alcanzan resistencias mecánicas de hasta 3600 MPa.4
El boro amorfo se usa en fuegos pirotécnicos por su color verde.
El ácido bórico se emplea en productos textiles.5
El boro es usado como semiconductor.6789
Los compuestos de boro tienen muchas aplicaciones en la síntesis orgánica y en la fabricación de
cristales de borosilicato.
Algunos compuestos se emplean como conservantes de la madera, siendo de gran interés su uso
por su baja toxicidad.10 and ReB21112
El B-10 se usa en el control de los reactores nucleares, como escudo frente a las radiaciones y en la
detección de neutrones.
Los hidruros de boro se oxidan con facilidad liberando gran cantidad de energía por lo que se ha
estudiado su uso como combustible.513
En la actualidad, la investigación se está conduciendo en la producción de combustible en forma
de hidrógeno con la interacción del agua y de un hidruro de boro (tal como NaBH4). El motor
funcionaría mezclando el hidruro de boro con agua para producir el hidrógeno según lo
necesitado, de modo que solucionen algunas dificultades de aplicar el hidrógeno con seguridad en
el transporte y su correspondiente almacenaje. La investigación se está produciendo en la
Universidad de Minessota (Estados Unidos) y en el Instituto de la Ciencia en Rehovot (Israel).1415
Formación
Atendiendo a la teoría del Big Bang, en el origen el Universo encontramos como elementos H
(hidrógeno), He (helio) y Li-7 (litio-7), pero el B, el quinto elemento de la tabla periódica no tiene
presencia apreciable. Por lo tanto en la condensación de las primeras nebulosas, se forman
estrellas fundamentalmente de H con una porción de He (helio) y Li-7 (litio-7), en las que se dan
los distintos procesos de formación de elementos (Cadena protón-protón, proceso triple a y ciclo
CNO). Pero en ninguna de ellas se forma boro como producto, ya que a tales temperaturas (del
orden de 107-108k) reacciona a un ritmo mayor del que se forma. Tampoco se forma boro durante
el proceso de captura de neutrones, que da como resultado átomos de gran masa atómica. El B se
forma en un proceso denominado espalación de rayos cósmicos, que consiste en la rotura de
núcleos más pesados que el boro a causa del bombardeo de rayos cósmicos. Al ser tan poco
frecuente este proceso, la abundancia cósmica del boro es muy pequeña.
Historia
Boro.
Los compuestos de boro (del árabe buraq y este del persa burah) se conocen desde hace miles de
años.16 En el antiguo Egipto la momificación dependía del natrón, un mineral que contenía
boratos y otras sales comunes. En China se usaban ya cristales de bórax hacia el 300 a. C., y en la
antigua Roma compuestos de boro en la fabricación de cristal. A partir del siglo VIII los boratos
fueron usados en procesos de refinería de oro y plata.17
En 1808 Humphry Davy, Gay-Lussac y L. J. Thenard obtuvieron boro con una pureza del 50%
aproximadamente, aunque ninguno de ellos reconoció la sustancia como un nuevo elemento, cosa
que haría Jöns Jacob Berzelius en 1824.18 El boro puro fue producido por primera vez por el
químico estadounidense W. Weintraub en 1909.319
Obtención
Cristal de bórax.
El boro en su forma circular no se encuentra en la naturaleza. La mayor fuente de boro son los
boratos de depósitos evaporíticos, como el bórax y, con menos importancia, la colemanita.2021 El
boro también precipita como ácido ortobórico H3BO3 alrededor de algunas fuentes y humos
volcánicos, dando sasolitas. También se forman menas de boro naturales en el proceso de
solidificación de magmas silicatados; estos depósitos son las pegmatitas.
Los yacimientos más importantes de estas menas son los siguientes: yacimientos del bórax se
encuentran en California (EE. UU.), Tincalayu (Argentina) y Kirka (Turquía). De colemanita en
Turquía y en el Valle de la Muerte (EE. UU.). Sasolitas en lugares geológicamente activos de la
región de Larderello (Italia).22232425Se expende en el comercio como Na2B4O7·10 H2O o
pentahidratado, se le conoce como Bórax.262728
El boro puro es difícil de preparar; los primeros métodos usados requerían la reducción del óxido
con metales como el magnesio o aluminio, pero el producto resultante casi siempre se
contaminaba. Puede obtenerse por reducción de halogenuros de boro volátiles con hidrógeno a
alta temperatura.
El boro presenta multitud de formas alotrópicas que tienen como elemento estructural común un
icosaedro regular. La ordenación de los icosaedros puede ser de dos formas distintas:
Unión de dos icosaedros por dos vértices, mediante enlaces covalentes normales B - B (figura 1).
Unión de tres icosaedros por tres vértices, mediante un enlace de tres centros con dos electrones
(figura 2).
Figura 1.
Figura 2.
Dentro de estas posibles uniones, en el boro cristalino los icosaedros pueden asociarse de varias
maneras para originar los alótropos correspondientes:
Boro tetragonal (T - 50): formado por 50 átomos de boro por celdilla unidad, que son cuatro
unidades icosaédricas unidas entre sí por algunos enlaces B - B y de dos boros elementales que
actúan como unión tetraédrica entre icosaedros. Posee una densidad de 2,31 g/cm³.
Boro romboédrico alfa (R - 12): está formado por láminas de icosaedros unidas paralelamente. Las
uniones intralaminares se efectúan por medio de enlaces de tres centros, mientras que las uniones
interlaminares se producen mediante enlaces de dos centros. La densidad de este tipo de boro es
de 2,46 g/cm³, y presenta un color rojo claro.
Boro romboédrico beta (R - 105): formado por doce icosaedros B12 ordenados en forma
icosaédrica en torno a una unidad central de B12, es decir, B12(B12)12. Presenta una densidad de
2,35 g/cm³.
Abundancia en el universo
La abundancia del boro en el universo ha sido estimada en 0,001 ppm, abundancia muy pequeña
que junto con las abundancias del litio, el molibdeno y el berilio forma el cuarteto de elementos
"ligeros" más escasos en el universo, el resto de elementos de los cuatro primeros periodos —
hasta y exceptuando el arsénico— son cuando menos diez veces más abundantes que el boro
(exceptuando el escandio y el galio, que son aproximadamente cinco veces más abundantes que el
boro).
Distribución del boro en el Sistema Solar
El boro posee un elevado punto de fusión (2348 K), por lo tanto es un elemento refractario que
condensa y se acreciona en las primeras fases de la condensación de una nebulosa. Este hecho lo
sitúa en el Sistema Solar Interno, ya que durante la fase del Sol conocida como T-Tauri (fase inicial
de la vida de una estrella, durante la cual emite viento solar con una gran intensidad) el viento
solar produce un efecto de arrastre sobre las masas de partículas que orbitan alrededor,
arrastrando las menos densas hacia el exterior (elementos volátiles) y permaneciendo las más
densas (elementos refractarios). Es decir que encontraremos boro en los planetas rocosos que
forman el Sistema Solar Interno, pero la abundancia descenderá mucho en los planetas gaseosos
del Sistema Solar Externo.
Distribución del boro en los meteoritos
Los meteoritos (condritas y acondritas) muestran concentraciones de boro alrededor de 0,4 y 1,4
ppm respectivamente. Estas concentraciones son substancialmente mayores que las del universo,
ya que otros elementos más volátiles que el boro se encuentran dispersos por el espacio en fase
gaseosa (elementos atmófilos cómo el hidrógeno y el helio, que no se encuentran en forma de
sólidos ni condensan), o formando "nubes" de gas alrededor de sólidos a causa de un campo
gravitatorio, o en forma de fluido atmosférico. La abundancia de estos elementos en fase gaseosa
representa una buena parte de la abundancia de materia en el universo, y si consideramos que los
meteoritos (ya sean condritas o acondritas), al ser sólidos, no disponen de estos elementos, o no
disponen de ellos en abundancia, entonces la abundancia de los otros elementos se verá
aumentada. La diferencia entre las abundancias de condritas y acondritas se entiende en el hecho
de que el boro es un elemento exclusivamente litófilo, es decir que tiene preferencia a
incorporarse a las fases líquidas silicatadas. Las condritas son rocas o muestras de roca
extraterrestre que no ha pasado por un proceso de diferenciación, es decir que no ha llegado a
fundirse ni a separarse en silicatos, metales y sulfuros. Las acondritas en cambio son muestras de
roca silicatada, procedentes de masas diferenciadas, por ello su abundancia de boro es mayor que
en las condritas.