Boro


El boro es un elemento químico de la tabla periódica que tiene el símbolo B 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 (9,3 en la escala de Mohs) y es un mal conductor a temperatura ambiente. No se ha encontrado libre en la naturaleza.

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.

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.

Características principales

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.

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 a alta temperatura.

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.

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.
  • El boro es usado como semiconductor.
  • 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. 
  • 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.
  • 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 de Abu-Hamed y en el instituto de la ciencia en Rehovot, Israel de Weizmann. Rescatando del olvido las investigaciones que el emprendedor, adelantado inventor español precursor del motor que está por venir: limpio y alimentado de hidrógeno. Arturo Estévez Varela, denomino a su motor en términos coloquiales motor de agua y lo llevo a la práctica con éxito y demostración televisada incluida. Para tener éxito, el índice de la producción del hidrógeno del motor necesita resolver solamente las demandas energéticas del motor. Cinco kilogramos de hidrógeno (que corresponde a 40 kilogramos de NaBH4) tiene la misma cantidad de energía que veinte galones (60 kilogramos) de combustible, ya que, por desgracia, el inventor ya está fallecido y el secreto amargamente se fue con él. Se tiene que redescubrir.

Formas alotrópicas

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.
  • Unión de tres icosaedros por tres vértices, mediante un enlace de tres centros con dos electrones.

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.

Isótopos

En la naturaleza se encuentran dos isótopos de boro, 11B (80,1%) y 10B (19,9%). Los resultados de sus masas se diferencian en una amplia gama de valores que se definen como la diferencia entre las fracciones 11B y 10B y tradicionalmente expresada en partes por mil, en aguas naturales que van desde -16 hasta 59. Existen 13 isótopos conocidos de boro, el isótopo de más corta duración es 7B que se descompone a través de emisión de protones y la desintegración alfa. Tiene una vida media de 3.5×10−22s. El fraccionamiento isotópico del boro es controlado por las reacciones de cambio de los compuestos especiales B(OH)3 y B(OH)4. Los isótopos de boro también se fraccionan durante la cristalización de minerales, durante los cambios de fase de H2O en sistemas hidrotermales, y durante la alteración hidrotermal de rocas.




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