| Boro | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Informação geral | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nome, símbolo, número | Boro, B, 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Série química | Metaloides | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloco | 13, 2, p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidade | 2460 kg/m3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Mohs | 9,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aparência | Negro | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massa atómica | 10,811(7) ou | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rádio médio | 85 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rádio atómico (calc) | 87 pm (Rádio de Bohr) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rádio covalente | 82 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuração electrónica | [Tenho]2s22p1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elétrons por nível de energia | 2, 3 (Imagem) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado(s) de oxidación | 3 (levemente ácido) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estrutura cristalina | romboédrica | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado ordinário | Sólido (não magnético) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de fusão | 2349 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de ebullición | 4200 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpía de vaporización | 489,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpía de fusão | 50,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pressão de vapor | 0,348 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocidade do som | 16200 m/s a 293.15 K (20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vários | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad (Pauling) | 2,04 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor específico | 1026 J/(K·kg) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad eléctrica | 1,0 × 10-4 m-1 S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 27,4 W/(K·m) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.ª Energia de ionización | 800,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2.ª Energia de ionización | 2427,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.ª Energia de ionización | 3659,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4.ª Energia de ionización | 25025,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5.ª Energia de ionización | 32826,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Nota: unidades segundo o SE e em CNPT, salvo indicação contrária. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
O boro é um elemento químico da tabela periódica que tem o símbolo B e número atómico 5. É um elemento metaloide, semiconductor, trivalente que existe abundantemente no mineral bórax. Há dois alótropos do boro; o boro amorfo é um pó marrón, mas o boro metálico é negro. A forma metálica é dura (9,3 na escala de Mohs) e é um mau condutor a temperatura ambiente. Não se encontrou livre na natureza.
Conteúdo |
O boro é um elemento com vagas electrónicas no orbital; por isso apresenta uma arguida apetencia de elétrons, de maneira que seus compostos se comportam com frequência como ácidos de Lewis, reagindo com rapidez com substâncias ricas em elétrons.[1] [2]
Entre as características ópticas deste elemento, inclui-se a transmissão de radiación infravermelha. A temperatura ambiente, seu conductividad eléctrica é pequena, mas é bom condutor da electricidade a alta temperatura.
Este metaloide tem a mais alta resistência à tracção entre os elementos químicos conhecidos; o material fundido com arco tem uma resistência mecânica entre 1.600 e 2.400 MPa.
O nitruro de boro, um aislante eléctrico que conduz o calor tão bem como os metais, se emprega na obtenção de materiais tão duros como o diamante. O boro tem ademais qualidades lubrificantes similares ao grafito e compartilha com o carbono a capacidade de formar redes moleculares mediante enlaces covalentes estáveis.
O composto de boro de maior importância económica é o bórax que se emprega em grandes quantidades na fabricação de fibra de vidro aislante e perborato de sodio. Outros usos incluem:
Atendendo à teoria do Big Bang, na origem o Universo encontramos como elementos H (hidrógeno), Tenho (helio) e Li-7 (litio-7), mas o B, o quinto elemento da tabela periódica não tem presença apreciable. Portanto na condensación das primeiras nebulosas, formam-se estrelas fundamentalmente de H com uma porção de Tenho (helio) e Li-7 (litio-7), nas que se dão os diferentes processos de formação de elementos (Corrente protón-protón, processo triplo a e ciclo CNO). Mas em nenhuma delas se forma boro como produto, já que a tais temperaturas (da ordem de 107-108k) reage a um ritmo maior do que se forma. Também não forma-se boro durante o processo de captura de neutrones, que dá como resultado átomos de grande massa atómica. O B forma-se em um processo denominado astillamiento (spallation), que consiste no rompimento de núcleos mais pesados que o boro por causa do bombardeio de raios cósmicos. Ao ser tão pouco frequente este processo, a abundância cósmica do boro é muito pequena.
Os compostos de boro (do árabe buraq e este do persa burah) se conhecem desde faz milhares de anos.[15] No antigo Egipto a momificación dependia do natrón, um mineral que continha boratos e outros sais comuns. Na China usavam-se já cristais de bórax para o 300 a. C., e na antiga Roma compostos de boro na fabricação de cristal. A partir do século VIII os boratos foram usados em processos de refinaria de ouro e prata.[16]
Em 1808 Humphry Davy, Gay-Lussac e L. J. Thenard obtiveram boro com uma pureza de 50% aproximadamente, ainda que nenhum deles reconheceu a substância como um novo elemento, coisa que faria Jöns Jacob Berzelius em 1824 .[17] O boro puro foi produzido pela primeira vez pelo químico estadounidense W. Weintraub em 1909 .[2] [18]
O boro em sua forma circular não se encontra na natureza. A maior fonte de boro são os boratos de depósitos evaporíticos, como o bórax e, com menos importância, a colemanita.[19] [20] O boro também precipita como ácido ortobórico H3BO3 ao redor de algumas fontes e fumaças vulcânicas, dando sasolitas. Também se formam menas de boro naturais no processo de solidificación de magmas silicatados; estes depósitos são as pegmatitas.
Os yacimientos mais importantes destas menas são os seguintes: yacimientos do bórax encontram-se em Califórnia (EE. UU.), Tincalayu (Argentina) e Kirka (Turquia). De colemanita em Turquia e no Vale da Morte (EE. UU.). Sasolitas em lugares geológicamente activos da região de Lardarello (Itália).[21] [22] [23] Se expende no comércio como Na2B4Ou7·10 H2Ou ou pentahidratado, se lhe conhece como Bórax.[24] [25] [26]
O boro puro é difícil de preparar; os primeiros métodos usados requeriam a redução do óxido com metais como o magnésio ou alumínio, mas o produto resultante quase sempre se contaminava. Pode obter-se por redução de halogenuros de boro volátiles com hidrógeno a alta temperatura.
O boro apresenta multidão de formas alotrópicas que têm como elemento estrutural comum um icosaedro regular. A classificação dos icosaedros pode ser de duas formas diferentes:
Figura 1. |
Figura 2. |
Dentro destas possíveis uniões, no boro cristalino os icosaedros podem associar de várias maneiras para originar os alótropos correspondentes:
A abundância do boro no universo tem sido estimada em 0,001 ppm, abundância muito pequena que junto com as abundâncias do litio, o molibdeno e o berilio forma o cuarteto de elementos "ligeiros" mais escassos no universo, o resto de elementos dos quatro primeiros períodos —até e excetuando o arsénico— são quando menos mais dez vezes abundantes que o boro (excetuando o escandio e o galio, que são aproximadamente mais cinco vezes abundantes que o boro).
O boro possui um elevado ponto de fusão (2348 K), portanto é um elemento refractario que condensa e se acreciona nas primeiras fases da condensación de uma nebulosa. Este facto situa-o no Sistema Solar Interno, já que durante a fase do Sol conhecida como T-Tauri (fase inicial da vida de uma estrela, durante a qual emite vento solar com uma grande intensidade) o vento solar produz um efeito de arraste sobre as massas de partículas que orbitam ao redor, arrastando as menos densas para o exterior (elementos volátiles) e permanecendo as mais densas (elementos refractarios). Isto é que encontraremos boro nos planetas rocosos que formam o Sistema Solar Interno, mas a abundância descerá muito nos planetas gasosos do Sistema Solar Externo.
Os meteoritos (condritas e acondritas) mostram concentrações de boro ao redor de 0,4 e 1,4 ppm respectivamente. Estas concentrações são substancialmente maiores que as do universo, já que outros elementos mais volátiles que o boro se encontram dispersos pelo espaço em fase gasosa (elementos atmófilos como o hidrógeno e o helio, que não se encontram em forma de sólidos nem condensan), ou formando nuvens" de gás ao redor de sólidos por causa de um campo gravitatorio, ou em forma de fluído atmosférico. A abundância destes elementos em fase gasosa representa uma boa parte da abundância de matéria no universo, e se consideramos que os meteoritos (já sejam condritas ou acondritas), ao ser sólidos, não dispõem destes elementos, ou não dispõem deles em abundância, então a abundância dos outros elementos ver-se-á aumentada. A diferença entre as abundâncias de condritas e acondritas entende-se no facto de que o boro é um elemento exclusivamente litófilo, isto é que tem preferência a incorporar às fases líquidas silicatadas. As condritas são rochas ou mostras de rocha extraterrestre que não tem passado por um processo de diferenciación, isto é que não tem chegado a se fundir nem a se separar em silicatos , metais e sulfuros. As acondritas em mudança são mostras de rocha silicatada, procedentes de massas diferenciadas, por isso sua abundância de boro é maior que nas condritas.
A concentração estimada do boro na corteza terrestre é de 10 ppm, e sua massa de 2,4 × 1017 kg. Actualmente sabe-se que o boro é bem mais abundante em rochas sedimentarias (300 ppm) que em rochas ígneas (3ppm), esta diferença é consequência de quatro características: o boro é sublimable, a não preferência do boro pelas fases fundidas (elemento incompatível), sua alta mobilidade na fase acuosa e seu forte afinidad por minerales arcillosos (elemento litófilo).
O boro chega à corteza terrestre através de diferentes vias, e estas são a precipitação atmosférica, que contém pequenas quantidades de boro em dissolução; e o vulcanismo e a actividade geológica análoga, que libertam rocha fundida com concentrações variáveis de boro. Também há fluxos do oceano à corteza oceánica em forma de sedimentación e diagénesis. As vias de saída do boro curtical são a erosión e os processos de subducción de placas.
O boro tende a concentrar nas fases residuales da parte fundida, os elementos que compõem a massa de magma solidifican em função de seu ponto de fusão e de sua compatibilidade com a fase sólida, desta forma, nos sucessivos estádios da solidificación, a concentração dos elementos incompatíveis (entre eles o boro) vai aumentando no magma, até que finalmente temos um líquido formado por elementos incompatíveis que acabam solidificándose. Estes depósitos de elementos incompatíveis são os que conhecemos pelo nome de pegmatitas. Obedecendo a este facto as concentrações do boro são relativamente baixas em basaltos (6-0,1 ppm) e mais altas em rochas mais cristalizadas como o granito (85 ppm) ainda que também se encontram altas concentrações de boro em granitos derivados de rochas sedimentarias ricas em boro. As pegmatitas podem conter concentrações de boro de 1360 ppm.
Durante o deterioro de rochas submarinas, as rochas ígneas degradam-se e formam minerales arcillosos que adsorben boro da água marinha, desta forma se enriquece em boro a massa de rocha.
Os basaltos das ilhas magmáticas tendem a estar enriquecidos em boro; este enriquecimento atribui-se à deshidratación dos blocos rocosos subducidos, ricos em boro adsorbido por minerales arcillosos. As fracções ricas em boro tomam parte no processo de fusão e as rochas vulcânicas resultantes (andesitas e dioritas) estão consequentemente enriquecidas em boro. Minerales arcillosos (tais como ilitas, esmectitas e montmorillonitas) incorporam boro da água tanto por adsorción como em forma de elemento de substituição na estrutura. As rochas sedimentarias dos oceanos tendem a conter mais boro que as rochas sedimentarias fluviales já que a água marinha contém maior concentração de boro que as águas continentais. O boro é adsorbido só a temperaturas inferiores a 40 °C, a mais altas temperaturas (>150 °C) pode ser liberto do mineral, por isso, durante o metamorfismo de rochas sedimentarias muito do boro adsorbido é liberto na água, e se se incrementa ainda mais o metamorfismo o boro como elemento sustituyente é também libertado, portanto os sedimentos metamorfizados tendem a conter concentrações de boro amplamente menores que as equivalentes rochas sedimentarias sem metamorfizar.
Os minerales principais no que encontramos boro são em sua maioria rochas evaporíticas, como o bórax, altamente soluble em água; a colemanita; a kernita (uma forma parcialmente deshidratada do bórax) e a ulexita. Também existem importantes minerales do boro em forma de yacimientos de rochas ígneas, a datolita, o chorlo e a elbanita, estes minerales se classificam no grupo dos boratos (salgues inorgánicas compostas por boro e outros iones), excetuando os dois últimos minerales mencionados, os quais pertencem ao grupo das turmalinas, que aparecem especialmente em filões do tipo pegmatítico.
O boro encontra-se na água marinha em concentrações estimadas em 4,6 ppm e em uma massa de 5,4 × 1015 kg. Encontra-se como componente de duas moléculas hidratadas; o B(OH)3 trigonal e o B(OH)4- tetraédrico. A proporção das duas formas depende do pH da água de mar e o equilíbrio entre as concentrações das duas formas encontra-se em pH de 8,7-8,8, em meios mais básicos predomina a forma tetraédrica e em meios mais ácidos a trigonal. Devido ao grande tempo de residência do boro na água de mar (25 milhões de anos), as concentrações de B(OH)3 e B(OH)4- não variam significativamente nos diferentes oceanos. O boro chega à hidrosfera desde os continentes mediante o ciclo da água e por processos de erosión de rochas, e desde a corteza oceánica por circulação hidrotermal, ademais também procede da precipitação atmosférica.
A atmosfera contém uns 2,7 × 108 kg de boro. Este se encontra na troposfera em estado gasoso em um 97%, o 3% restante se encontra em estado sólido em forma de partículas. Os tempos de residência que se consideram para o boro troposférico em sua forma gasosa são de 19 a 36 dias, para o boro particulado são de 2 a 6 dias. Devido a estes tempos de residência tão baixos as concentrações de boro são variáveis em diferentes pontos da atmosfera. O boro chega à atmosfera através da evaporación da água marinha, então pode voltar aos oceanos ou aos continentes por precipitação.
Para as plantas o boro é um nutriente essencial. Parece ter um papel fundamental na manutenção da estrutura da parede celular (mediante formação de grupos cis-diol) e das membranas. É um elemento pouco móvel no floema, por isso os sintomas de deficiência costumam aparecer nas folhas jovens e os de toxicidad nas folhas maduras. Um excesso de boro é perjudicial para algumas plantas pouco tolerantes ao boro, podendo actuar em seus nervaduras debilitando-as. Nas macieiras e perales a deficiência de boro, manifesta-se nos frutos, com uma malformación interna denominada coração corchoso".
Na natureza encontram-se duas isótopos de boro, 11B (80,1%) e 10B (19,9%). Os resultados de suas massas diferenciam-se em uma ampla faixa de valores que se definem como a diferença entre as fracções 11B e 10B e tradicionalmente expressada em partes por mil, em águas naturais que vão desde -16 até 59. Existem 13 isótopos conhecidos de boro, o isótopo a mais curta duração é 7B que se decompõe através de emissão de protones e a desintegração alfa. Tem uma vida média de 3.5×10−22s. O fraccionamiento isotópico do boro é controlado pelas reacções de mudança dos compostos especiais B(OH)3 e B(OH)4. Os isótopos de boro também se fraccionan durante a cristalización de minerales, durante as mudanças de fase de H 2Ou em sistemas hidrotermales, e durante a alteração hidrotermal de rochas.[27] [28]
Nem o boro nem os boratos são tóxicos para os seres humanos e animais. A DL50 para os animais é de 6 g por kg de importância corporal. As substâncias com LD50 acima de 2g considera-se não tóxico. A dose mínima letal para os seres humanos não tem sido estabelecida, mas um consumo de 4 g/dia se reportou sem incidentes, e as doses clínicas de 20 g de ácido bórico para a terapia por captura de neutrones não causou problemas. Alguns peixes têm sobrevivido durante 30 minutos em uma solução saturada de ácido bórico e podem sobreviver mais tempo em soluções de bórax .[29] Os boratos são mais tóxicos para os insectos que nos mamíferos. O borano e alguns compostos gasosos similares são muito venenosos. Como de costume, não é um elemento que é intrinsecamente venenoso, mas seu toxicidad depende da estrutura.[30] [31]
Os boranos (compostos de boro de hidrógeno) são tóxicos, bem como facilmente inflamáveis e requerem cuidados especiais durante sua manipulação. O borohidruro de sodio apresenta um perigo de incêndio devido a seu carácter redutor, e a libertação de hidrógeno em contacto com o ácido. Os haluros de boro são corrosivos.[32] [33]
pnb:بورون