História do Boro, Propriedades, Estrutura, Usos

Ele boro É um elemento não -metálico que chefia o grupo 13 da tabela periódica e é representado com o símbolo químico B. Seu número atômico é 5 e é o único elemento não metálico em seu grupo; Embora alguns produtos químicos considerem um metalóide.

É apresentado como um pó marrom escuro e está em uma proporção de 10 ppm em relação à crosta terrestre. Portanto, não é um dos elementos mais abundantes.

Amostra de boro com pureza em torno de 99%. Fonte: Alajhasha [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Faz parte de vários minerais, como bórax ou borato de sódio, sendo este o mineral de boro mais comum. Há também o kurno, outra forma de borrado de sódio; Colemanita ou borato de cálcio; e o borato de ulexito, sódio e cálcio.

Boratos são extraídos nos Estados Unidos, Tibete, China e Chile, com uma produção mundial de aproximadamente dois milhões de toneladas por ano.

Este elemento tem treze isótopos, sendo os mais abundantes ^onzeB, que constitui 80,1% do boro e o ¹⁰B, que forma os 19,9% restantes.

O boro é um traço essencial para as plantas, intervindo na síntese de algumas proteínas vegetais vitais e contribui para a absorção de água. Em mamíferos, parece necessário para a saúde dos ossos.

Embora o boro tenha sido descoberto em 1808 pelo químico inglês Sir Humphry Davy, e os químicos franceses Jacques Thérnard e Joseph Gay-Lussac, desde o início de nossa época na China, foi usado o bórax na elaboração da cerâmica do esmalte.

Boron e seus compostos têm muitos usos e aplicações, variando de seu uso na conservação de alimentos, especialmente margarina e peixe, até usar no tratamento de tumores de câncer do cérebro, bexiga, próstata e outros órgãos e outros órgãos e outros órgãos.

O boro não é muito solúvel em água, mas seus compostos são. Este pode ser um mecanismo de concentração de boro, bem como uma fonte de envenenamento com o elemento.

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História

Fundo

Desde que o Remote Times Man usou compostos de boro em várias atividades. El Borax, um mineral conhecido como Tincal, foi usado na China em 300 D Ano.C. Na elaboração da cerâmica do esmalte.

O Alquimista Persa (865-925) fez a primeira menção de compostos Boro. Rhazes classificou os minerais em seis classes, uma das quais foram as borocias que incluíam boro.

Agricola, por volta de 1600, relatou o uso do Borax como um fluxo em metalurgia. Em 1777, a presença de ácido bórico em uma corrente de fontes termais perto de Florença foi reconhecido.

Descoberta do elemento

Humphry Davy, através da eletrólise de uma solução de bórax, observou o acúmulo de um precipitado negro em um dos eletrodos. Ele também aqueceu o óxido de boro (b₂QUALQUER₃) Com potássio, produzindo um pó marrom enegrecido que era a forma conhecida de boro.

Gay-Lussac e Thénard reduziram o ácido bórico em altas temperaturas na presença de ferro para produzir boro. Eles também mostraram o processo reverso, ou seja, onde o ácido bórico é um produto da oxidação de boro.

Identificação e isolamento

Jöns Jakob Berzelius (1827) alcançou a identificação de Boro como um novo elemento. Em 1892, o químico francês Henri Moissan conseguiu produzir boro com 98% de pureza. Embora seja apontado que Boron foi produzido apenas pelo químico americano Ezekiel Weintraub, em 1909.

Propriedades

Descrição física

Pó amorfo sólido ou preto cristalino.

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Massa molar

10.821 g/mol.

Ponto de fusão

2076 ºC.

Ponto de ebulição

3927 ºC.

Densidade

-Líquido: 2,08 g/cm³.

-Cristalino e amorfo a 20 ºC: 2,34 g/cm³.

Calor de fusão

50,2 kJ/mol.

Calor de vaporização

508 kJ/mol.

Capacidade calórica molar

onze.087 J/(mol · k)

Energia de ionização

-Primeiro nível: 800.6 kJ/mol.

-Segundo nível: 2.427 KJ/mol.

-Terceiro nível: 3.659,7 KJ/mol.

Eletro-negatividade

2.04 na escala Pauling.

Rádio atômico

90 pm (empírico).

Volume atômico

4,16 cm³/mol.

Condutividade térmica

27,4 com.K

Resistividade elétrica

~ 10⁶ Ω.M (a 20ºC).

Altas temperaturas O boro é um bom condutor elétrico, mas à temperatura ambiente se torna quase um isolador.

Dureza

~ 9,5 na escala MOHS.

Reatividade

O boro não é afetado pelo ácido clorídrico à temperatura de ebulição. No entanto, é convertido por ácido nítrico quente em ácido bórico (H₃Bo₃). Boro se comporta quimicamente como um não -metal.

Reage com todos os halogênios para dar trihaluros, altamente reativos. Estes têm a fórmula geral bx₃, Onde x representa o halogênio.

É combinado com vários elementos para originar Boruros. Alguns deles estão entre as substâncias de maior dureza; Por exemplo, nitreto de boro (BN). O boro é combinado com oxigênio para formar trióxido de boro.

Estrutura e configuração eletrônica de boro

Links e unidades estruturais em boro

Geometrias das unidades estruturais comuns para boro. Fonte: MaterialScientist [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Antes de abordar as estruturas de boro (cristalina ou amorfo), é essencial ter em mente como seus átomos podem ser vinculados. O link B-B está em essência covalente; Não apenas isso, mas porque naturalmente os átomos de boro têm deficiência eletrônica, eles tentarão fornecê -lo em seus links de uma maneira ou de outra.

No boro, há um tipo especial de ligação covalente: a de três centros e dois elétrons, 3C2E. Aqui, três átomos de boro compartilham dois elétrons e definem um triângulo, um dos muitos rostos encontrados em seus poliedros estruturais (imagem superior).

Da esquerda para a direita, temos: OctaDro (a, b₆), Cuboctaedro (B, B₁₂), E o iso -baseado (c, b₁₂ também). Todas essas unidades compartilham um recurso: elas são pobres em elétrons. Portanto, eles precisam vincular covalentemente entre si; E o resultado é uma festa de link surpreendente.

Em cada triângulo desses poliedros, o link 3C2E está presente. Caso contrário, não foi possível explicar como o boro, capaz de formar apenas três ligações covalentes de acordo com a teoria do Link Valência, pode ter até cinco links nessas unidades poliédricas.

As estruturas de boro consistem então em um arranjo e repetição dessas unidades que acabam definindo um cristal (ou um sólido amorfo).

Boro α-Romboédrico

Estrutura cristalina do α-Romboédrico Boron Alotrópico. Fonte: Materialscientist na Wikipedia inglesa [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Pode haver outras unidades poliédricas de Boro, bem como um composto apenas por dois átomos, B₂; uma "linha" de boro que deve estar ligada a outros átomos após sua alta deficiência eletrônica.

O icosaedro é de longe a unidade preferida do boro; Aquele que se sente melhor. Na imagem superior, por exemplo, é apreciado como essas unidades B₁₂ Eles se entrelaçam para definir o cristal romboédrico do boro.

Se um desses icosaedros quisesse ser isolado, seria uma tarefa complicada, porque sua deficiência eletrônica os obriga a definir um cristal onde cada um fornece aos elétrons que os outros vizinhos precisam.

Boron β-Romboédrico

Estrutura cristalina do β-Romboédrico Boron Alotrópico. Fonte: Materialscientist na Wikipedia inglesa [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

O boro boro β-Romboédrico, como o nome já indica, possui cristais de rhomboédica e borons-α; No entanto, difere em suas unidades estruturais. Parece um navio extraterrestre feito com átomos de boro.

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Se você puder ver cuidadosamente as unidades icosahedric de uma maneira discreta e mesclada (no centro). Existem também unidades B₁₀ e átomos solitários de boro que atuam como uma ponte para as unidades acima mencionadas. De tudo, este é o borope mais estável.

Boro-γ gema

Estrutura cristalina de boro-γ. Fonte: Materialscientist na Wikipedia inglesa [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Neste Alotrope de Boron, as unidades B são coordenadas₂ e B₁₂. O b₂ apresenta tanta deficiência eletrônica que de fato remove os elétrons de B₁₂ E existe, portanto, um caráter iônico dentro deste sólido. Isto é, eles não estão apenas unidos covalentemente, mas existe uma atração eletrostática do tipo [b₂^-] [B₁₂⁺].

O boro-γ cristaliza em uma estrutura de sal de Gema, o mesmo que para NACL. Outros muitos do boro a altas pressões (20 GPa) e temperaturas (1800 ° C) são obtidos e, em seguida, permanecem estáveis ​​em condições normais. Sua estabilidade factual compete com a de β-Romboédrico Boron.

Cúbico e amorfo

Outros muitos do boro consistem em agregados de átomos B como se estivessem unidos por uma ligação metálica ou como se fossem cristais iônicos; isto é, é um boro cúbico.

Além disso, e não menos importante, é o boro amorfo, cuja disposição de unidades B₁₂ É aleatório e bagunçado. É apresentado como um pó fino ou vítreo de cores escuras e marrom opaco.

Borofenos

Estrutura do mais simples dos borofenos, o B36. Fonte: MaterialScientist [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

E finalmente é o mais novo e bizarro almotrópico de boro: borofenos (imagem superior). Consiste em uma camada de macaco de átomos de boro; extremamente fino e análogo ao grafeno. Observe que ele mantém os famosos triângulos, característicos da deficiência eletrônica de que seus átomos sofrem.

Além dos borofenos, dos quais o B₃₆ É o mais simples e pequeno, também existem grupos de Boro. O borosfereno (imagem abaixo) consiste em uma gaiola esférica semelhante a uma bola de quarenta átomos de boro, b₄₀; Mas, em vez de ter bordas suaves, elas são abruptas e irregulares:

Unidade Borosferenos, B40. Fonte: MaterialScientist [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Configuração eletronica

A configuração eletrônica do boro é:

[Ele] 2s² 2 p¹

Portanto, três elétrons de Valência. Ele não tem mais cinco para completar seu Octo de Valencia, e mal consegue formar três títulos covalentes; Eu precisaria de um quarto link dativo para completar seu octeto. O boro pode perder seus três elétrons para adquirir um estado de oxidação de +3.

Obtenção

O boro é isolado pela redução do ácido bórico com magnésio ou alumínio; Método semelhante a Gay-Lussac e Thénard. Tem a dificuldade de poluição de boro com os Boruros desses metais.

Uma amostra de alta pureza pode ser obtida por uma redução gasosa de tricloreto de boro, ou tribrometo, com hidrogênio em filamentos aquecidos eletricamente tânticos.

Um boro de alta pureza é preparado por decomposição a altas temperaturas de diborano, seguida de purificação por fusão de processos de zona ou czoaralski.

Formulários

Na indústria

O boro elementar tem sido usado no endurecimento do aço. Em uma liga com o ferro que contém um boro entre 0,001 e 0,005 %. Também é usado na indústria não ferrosa, geralmente como desoxidante.

Além disso, o boro é usado como um lamacento em ligas de cobre e cobre de alta condutância. Na indústria de semicondutores, pequenas quantidades de boro são adicionadas como agente doping de silício e Germanio.

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Óxido de boro (b₂QUALQUER₃) é misturado com sílica para fazer um vidro resistente ao calor (vidro de borosilicato), usado em utensílios de cozinha e determinados equipamentos de laboratório.

Carboneto boro (b₄C) É uma substância extremamente dura que é usada como agente abrasivo e de reforço em materiais compósitos. Boruro de alumínio (ALB₁₂) É usado como um substituto de poeira de diamante para fosco e polido.

O boro é usado em ligas, por exemplo, em ímãs de terras raras, ligando com ferro e neodímio. Os ímãs formados são usados ​​na fabricação de microfones, interruptores magnéticos, fones de ouvido e aceleradores de partículas.

Em medicina

A capacidade do isótopo Boro-10 (¹⁰B) Para capturar nêutrons, a radiação do tipo α emissora tem sido usada para o tratamento de tumores cerebrais em uma técnica conhecida como terapia de captura de nêutrons de boro (BNCT).

Ele ¹⁰B na forma de compostos é acumulado no tumor canceroso. Posteriormente, a zona tumoral com nêutrons é irradiada. Estes interagem com ¹⁰B, o que causa a emissão de partículas α. Essas partículas têm um alto efeito biológico relativo e, devido ao seu tamanho grande, eles têm pouco alcance.

Portanto, a ação destrutiva das partículas α é confinada nas células tumorais, realizando sua destruição. O BNCT também é usado no tratamento de tumores de pescoço, fígado, bexiga e próstata.

Ação biológica

Uma pequena quantidade de ácido bórico ou boro em forma de borrado é necessário para o crescimento de muitas plantas. Uma deficiência de boro se manifesta no crescimento deformado das plantas; o "coração marrom" de vegetais; e a "podridão seca" da beterraba de açúcar.

O boro pode ser necessário em pequenas quantidades para manter a saúde óssea. Existem estudos que indicam que a falta de boro estaria envolvida na geração de artrite. Também interviria em funções cerebrais, como Memory and Coordenation Eye-Man.

Alguns especialistas apontam que 1,5 a 3 mg de boro devem ser incluídos na dieta diária.

Riscos e cautela

Boro, óxido de boro, ácido bórico e boratos, são considerados não -toxicos. O LD50 para animais é 6 g de boro/kg de peso corporal, enquanto substâncias com um LD50 maiores que 2 g/kg de peso corporal são consideradas não -toxic.

Por outro lado, o consumo de mais de 0,5 mg/dia do boro por 50 dias causa pequenos problemas digestivos, sugestivos de toxicidade. Alguns relatórios apontam que um excesso de ingestão de boro pode afetar o funcionamento do estômago, fígado, rins e cérebro.

Da mesma forma, efeitos irritantes de curto prazo foram indicados na nasofaringe, no trato respiratório superior e nos olhos para exposição ao boro.

Os relatórios sobre a toxicidade do boro são escassos e, em muitos casos, a toxicidade é apresentada em doses muito altas, mais alto que a população em geral é exposta.

A recomendação é monitorar o conteúdo de boro dos alimentos, especialmente vegetais e frutas. As agências de saúde do governo devem monitorar que a concentração de boro de água não exceda os limites permitidos.

Os trabalhadores expostos a poeira que contêm boro devem usar máscaras que protejam o trato respiratório, luvas e botas especiais.

Referências

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