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TEMA 11
Grupo 13 : Boro, Aluminio
Galio, Indio y Talio
Tema 10:
Boro y Aluminio: Boro: alotropía. Hibridaciones.
Compuestos oxigenados y oxácidos. Sales.
Soluciones reguladoras. Compuestos
hidrogenados y halogenados. Aluminio:
compuestos oxigenados. Anfoterismo.
Compuestos halogenados. Alumbres. Hidrólisis
sales. Compuestos complejos
Material de lectura:
Rodgers,G.E. Química Inorgánica. Introducción a
la Química de Coordinación, del estado sólido y
descriptiva. Capítulo 14. Páginas: 415. 1° Ed.
Madrid. McGraw Hill. 1995.
Ubicación en tabla periódica
estructura de la capa de valencia de estos
B Laelementos
es del tipo [GN] ns np , por lo que se
consideran átomos deficientes de electrones.
Al Son esperables los estados de oxidación formales
3-, 3+ y 1+. Sin embargo acuerdo a su mayor
sólo para el boro es importante
Ga electronegatividad,
el estado de oxidación 3-.
Por su mayor electronegatividad, sólo para el boro
In es importante el estado de oxidación 3-.
talio se caracteriza porque su estado de
Tl Eloxidación
+1 es importante.
2
1
Propiedades químicas
Propiedad
I1 (kJ/mol)
I2 (kJ/mol)
I3 (kJ/mol)
SIn
r(M3+) (Ǻ)
r (M+) (Ǻ)
B
Al
In
Tl
578.6
558.2
589.1
1978.8
1820.2
1970.5
2962.3
2704.0
2877.4
5519.7
5082.4
5437.6
0.50
0.62
0.81
0.95
-
1.13
1.32
1.40
577.4
2426.5
1816.1
3658.7
2744.1
6885.7
5137.6
(0.20)
-
B
Al
Ga
In
Tl
2.0
Estados de
oxidación
+3
(covalente)
Con O2
Carácter
ácido básico
B2O3
Ácido
1.5
+3
Al2O3
Anfótero
1.6
+1, +3
Ga2O3
Anfótero
1.7
+1, +2, +3
In2O3
Anfótero
1.8
+1, +3
Tl2
Básico
Potenciales de ionización
Ga
800.5
Electronegatividad
• No disminuyen de la manera esperada
• La explicación de este hecho está sin dudas
relacionada con la existencia de capas d (en el
Ga e In) y f (en el Tl) completas, antes de la
capa de valencia.
• Estas capas producen poco apantallamiento por
lo que la carga nuclear efectiva es más alta,
trayendo como consecuencia la elevación
observada de los potenciales de ionización en
las secuencias Al – Ga e In – Tl
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Potenciales de ionización
• No disminuyen de la manera esperada
• La explicación de este hecho está sin dudas relacionada con la
existencia de capas d (en el Ga e In) y f (en el Tl) completas, antes
de la capa de valencia.
• Estas capas producen poco apantallamiento por lo que la carga
nuclear efectiva es más alta, trayendo como consecuencia la
elevación observada de los potenciales de ionización en las
secuencias Al – Ga e In – Tl
•
BORO
Debido a los elevados potenciales de ionización
y bajo radio iónico, la posibilidad de formar
cationes 3+ es muy escasa para el boro
Boro
• El boro es un elemento químico con el símbolo B y
número atómico 5.
• Configuración Electrónica: 1s2 2s2 2p1
• Es un metaloide que presenta propiedades
intermedias entre los metales y los no metales,
predomina el carácter no metálico
• Estructura Cristalina: El boro puro cristaliza en
varias formas alotrópicas. Las formas más comunes
son el boro amorfo (un polvo marrón) y el boro
cristalino (un material negro y brillante).
Alotropía
Boro
• Se parece mucho al carbono y al silicio en su tendencia
a la formación de enlaces covalentes consigo mismo y
con otros átomos.
• Difiere de estos dos elementos en que es un átomo
deficiente de electrones. Mientras el carbono y
silicio preferentemente forman largas cadenas, los
enlaces del boro consigo mismos llevan a la
formación de enrejados o clusters que hacen que la
química del boro sea muy extensa y compleja.
Alotropía
Boro Cristalino
Boro amorfo
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Boro: alótropos
El alótropo boro αromboédrico
Varias unidades tipo icosaedro
conforman cristales
romboédricos que no pueden
aislarse pues su deficiencia
electrónica les obliga a
necesitar las unidades vecinas
Boro: alótropos
• El boro amorfo, a diferencia del boro
cristalino, no tiene una estructura cristalina
ordenada.
• En los sólidos amorfos, los átomos no
están dispuestos en un patrón repetitivo a
largo plazo, como lo estarían en un cristal.
Sin embargo, existen ciertas
características generales de cómo se
disponen los átomos en el boro amorfo
Boro: alótropos
El alótropo boro βromboédrico,
Posee cristales
romboédricos, igual que el
boro-α,pero difiere en sus
unidades estructurales (cubooctaedros)
Otros datos
Abundancia:
Aunque no es abundante en la corteza
terrestre, es esencial para la vida de las
plantas y tiene numerosas aplicaciones
industriales.
Propiedades Físicas:
El boro tiene una alta dureza, baja
densidad y es un semiconductor a altas
temperaturas.
Comportamiento químico
Comportamiento químico
• Su reactividad química depende de su pureza,
cristalinidad, subdivisión y temperatura.
• A temperatura ambiente es marcadamente inerte y sólo
es atacado por el flúor y superficialmente por el
oxígeno.
• A altas temperaturas reacciona directamente con la
mayoría de los metales y no metales (entre las
excepciones están los metales representativos de mayor
tamaño, incluyendo a los de su grupo). .
• No reacciona con ácidos no oxidantes ni con bases
fundidas.
[He]2s22p1: dispone de tres electrones para
formar enlace covalente, lo cual explica su
trivalencia, las propiedades ácidas como aceptor
electrónico y en la formación de enlaces
multicentrados.
Esta característica es la responsable de un tipo
de enlace prácticamente único, el enlace
tricentrado, que se presenta en compuestos como
los hidruros de boro.
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Comportamiento químico
Comportamiento químico
El comportamiento químico del boro está
principalmente determinado por su pequeño
tamaño( radio covalente 0,8 A) y sus altas
energías de ionización
• Su pequeño tamaño le permite incluirse en la
red cristalina de muchas sustancias, formando
muchos boruros metálicos del tipo de
aleaciones intersticiales.
Los electrones de la capa de valencia están poco
apantallados y quedan fuertemente retenidos. Así,
la suma de los tres primeros potenciales de
ionización, 71,37 eV, nos indica la imposibilidad
de formación de cationes B+++
Aleaciones
• Mezcla de dos o más elementos químicos, de los cuales
al menos uno es un metal, diseñadas para tener
propiedades específicas que no se encuentran en los
metales puros, combinando las características de los
elementos individuales para mejorar su rendimiento en
diversas aplicaciones.
• Acero: hierro y carbono, pequeñas cantidades de otros
elementos como cromo, níquel, y manganeso.
• Latón: Cobre y zinc.
• Bronce: Cobre y estaño.
• Duraluminio: Aluminio con cobre, manganeso y
magnesio.
Aleaciones de Boro
• Alta Capacidad de Absorción de
Neutrones
Se utilizan en aplicaciones nucleares para el
control de neutrones y la protección contra la
radiación. Ej: barras de control en reactores
nucleares
• Ligereza
Adecuadas para aplicaciones aeroespaciales y
otras que requieren materiales de alta
resistencia y bajo peso.
Capas alternas de átomos
metálicos (círculos
grandes) y boro (círculos
pequeños) en MB2.
Aleaciones de Boro
• Alta Dureza y Resistencia al Desgaste
– la presencia de boro forma compuestos
intermetálicos duros.
– Ej: El carburo de boro (B₄C), se utiliza en
aplicaciones que requieren alta resistencia al
desgaste, como en blindajes y abrasivos.
• Resistencia a la Corrosión
– Especialmente en ambientes agresivos. Esto
las hace ideales para aplicaciones en
condiciones químicamente agresivas.
Aleaciones de Boro
• Resistencia a Altas Temperaturas
Aplicaciones que implican condiciones térmicas
extremas.
• Propiedades Mecánicas
Resistencia a la tracción y la dureza, son
generalmente superiores a las de los metales
puros debido a la formación de compuestos
intermetálicos fuertes. Ej: aleaciones de titanioboro se utilizan en la industria aeroespacial
(ligereza y alta resistencia.)
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Comportamiento químico
Con frecuencia y a través de la hibridación sp2 los enlaces
se disponen coplanares y con ángulos de 120°
También forma complejos con índice de coordinación
máximo 4, como en los boratos y en iones como el BH4Una característica dominante de su química es su gran
afinidad por el oxígeno, lo que lleva a la formación de un
extenso grupo de boratos y oxo compuestos en general.
Comportamiento químico
Uno de los rasgos más salientes de la
química de los compuestos del boro es el
derivado de la gran entalpía de formación
del B203 (279,8 Kcal/mol), que hace que,
como en el silicio, sus reacciones con el
oxígeno tiendan a dominar en su
comportamiento químico.
.
4. COMPUESTOS
Con
Hidrógeno
Compuesto
4.1. Hidruros de boro: boranos
BORANOS (hidruros) Su preparación se lleva a cabo, en
general, por adición de ácido sobre
boruro de magnesio, MgB2
Halógenos
TRIHALUROS DE
BORO
planares lo que indica la
hibridación sp2 por parte del boro.
Oxígeno
B2O3
A su vez reacciona con agua dando
ácido bórico (*)
Hidróxido
BORATO
Azufre
SULFURO DE BORO
Nitrógeno
NITRURO DE BORO
( BN) BORAZINAS
2B + 6NaOH = 2 Na3BO3 + 3H2
Carbono
CARBORANOS
Metales
BORUROS diversos
(*)El ácido bórico fundido, disuelve muchos óxidos metálicos dando vidrios
diversos, que son los boratos de los correspondientes metales.
4.1. Hidruros de boro: boranos
Los hidruros de boro se
denominan genéricamente
“boranos”.
H
La principal característica es su complejidad estructural, que ha
llevado a clasificarlos en cinco tipos diferentes pero que tienen
en común la formación de enlaces tri - o multicentrados como
consecuencia de la deficiencia electrónica del átomo de boro.
4.1. Hidruros de boro: boranos
1s1
H
sp3
sp3
H
B
H
sp3
H
B
H
sp3
H
Se han caracterizado
aproximadamente 25
boranos neutros BnHm, y un
número aún mayor de
aniones BnHmx-.
B
1s1
En su mayoría son gases o
líquidos o sólidos muy volátiles ,
son muy reactivos y se
descomponen a temperaturas
menores de los 100ºC (la
mayoría a T menores de 25 ºC).
1s1
De todos, el más simple es el diborano, cuya fórmula es B2H6 y
cuya estructura se muestra en la Figura.
H
sp3
sp3
H
B
H
sp3
H
B
H
sp3
H
En su mayoría son gases o
líquidos o sólidos muy volátiles ,
son muy reactivos y se
descomponen a temperaturas
menores de los 100ºC (la
mayoría a T menores de 25 ºC).
1s1
De todos, el más simple es el diborano, cuya fórmula es B2H6 y
cuya estructura se muestra en la Figura.
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4.1. Hidruros de boro: boranos
Se inflama espontánea y explosivamente al aire, es
una reacción de combustión, sumamente exotérmica
B2 H 6g 3O 2 B2O3s 3H 2O H 2165kJ / mol
Aplicaciones de los Boranos
• Combustibles para Cohetes: (en estudio)
• Química de Coordinación: se usan en la
síntesis de complejos de metales de transición y
en la investigación de reacciones catalíticas.
• Medicina: terapias de captura de neutrones
para el tratamiento del cáncer utilizando
compuestos de borano.
• Precursores Químicos: precursores en la
síntesis de otros compuestos de boro.
4.2. Óxidos e Hidróxidos de boro
4.2. Óxidos e Hidróxidos de boro
• El boro tiene una gran afinidad por el oxígeno,
por ello se encuentra en la naturaleza en forma
de compuestos oxigenados casi exclusivamente
El B2O3 es un óxido ácido y reacciona
con el agua dando ácido bórico o
ácido ortobórico : B(OH)3 (ó: H3BO3)
• Los óxidos son fundamentalmente covalentes
• El B2O3 es un sólido de alta temperatura de
fusión (450ºC ) y de ebullición (2250ºC)
4.2. Óxidos e Hidróxidos de boro
El ácido bórico es un ácido cuya constante de acidez es:
Ka = 6.10-10
Es un ácido por el par de electrones del OH- (par de
electrones sobre el oxígeno) . Como acepta un solo OH- el
compuesto es monobásico (y no tribásico como se
pensaría a partir de la fórmula H3BO3)
En el sólido, las unidades sencillas de
ácido bórico están unidas por enlace
puente hidrógeno en una estructura
plana y en capas, que explica la
textura escamosa del compuesto
El ácido bórico se usa como
antiséptico suave para lavar ojos y
boca
4.2. Óxidos e Hidróxidos de boro
La acción ácida del mismo no implica la
desprotonización de los grupos OH-, sino la
asociación del oxhidrilo :
BOH 3ac 2H 2O BOH 4ac H 3O Ka 109.3
IMPORTANTE: El H3BO3 es un ácido básico y el Al(OH)3
es un hidróxido
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Aplicaciones de Óxido de boro
4.2. Óxidos e Hidróxidos de boro
Vidrios Borosilicatos
Se utiliza en la producción de vidrios
borosilicatos que tienen una alta
resistencia térmica y química.
Ejemplos incluyen Pyrex y otros utensilios
de laboratorio y cocina.
Otros Óxidos de Boro
• Óxido de Diboro (B2O):
Menos común y menos estable que el
trióxido de boro.
• Óxidos Parciales:
Compuestos como B6O que tienen
estructuras complejas y propiedades únicas
como alta dureza y resistencia al desgaste.
4.2. Óxidos e Hidróxidos de boro
Usos y aplicaciones
Metaboratos y Poliboratos
Tumores cancerosos.
• Metaborato de Sodio (NaBO2):
Usado en detergentes y productos de limpieza.
• La capacidad del isótopo boro-10 (10B) para
atrapar neutrones, emitiendo radiaciones tipo α
ha sido utilizada para tratar tumores cerebrales
en una técnica conocida como Terapia de
Captura de Neutrones de Boro (BNCT).
• Tetraborato de Sodio (Na2B4O7 ), (Borax):
Utilizado en una amplia variedad de aplicaciones,
desde la fabricación de vidrio hasta el uso en
detergentes, retardantes de fuego y soldadura.
Usos y aplicaciones
Ácido bórico.
• En forma de ácido bórico o borato, para el crecimiento
de muchas plantas. Una deficiencia de boro se
manifiesta en un crecimiento deforme,
• Salud ósea.
• El boro podría ser necesario en pequeñas cantidades
para mantener la salud ósea. Hay estudios que señalan
que la falta de boro estaría involucrada en la generación
de artritis.
• Funciones cerebrales, como la memoria y la
coordinación ojo-mano.
4.3. Halogenuros de boro
Los haluros de boro son
compuestos formados por la
combinación de boro con
halógenos (flúor, cloro, bromo y
yodo). Estos compuestos
tienen una variedad de
propiedades y aplicaciones
debido a sus estructuras únicas
y alta reactividad.
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4.3. Halogenuros de boro
BF3, BCl3, BBr3, BI3, tienen
estructura plana, hace suponer
que tienen hibridación sp2.
El orbital 2p, no hibridado, está
vacío y puede aceptar un par
de electrones de otra molécula
para formar un compuesto por
adición.
Es una reacción tipo ácido-base de Lewis.
Propiedades Químicas de los Haluros
• Ácidos de Lewis:
Capaces de aceptar pares de electrones. Esta propiedad
los hace útiles como catalizadores en diversas reacciones
químicas.
• Reactividad con Agua:
Reaccionan vigorosamente con el agua para formar ácido
bórico y los respectivos ácidos halogénicos.
: BF3+3H2O→B(OH) 3+3HF
• Formación de Complejos
Forman complejos estables con donantes de electrones,
como éteres y aminas. Esto es útil en la química de
coordinación y catálisis.
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