B

J. ISASI

- Características generales.

- Variedades alotrópicas. Enlace.

- Propiedades físicas.

- Propiedades químicas.

- Estado natural. Aplicaciones.

- Fibras de boro.

H

Li

Na

K

BaCs

Rb Sr

Ca Sc

Y

RfAc

La

Ti

Hf

Zr

V

Nb

SgDb

Ta

Cr

W

Mo

Mn

Tc

HsBh

Re

Fe

Os

Ru

Co

Rh

UunMt

Ir

Ni

Pt

Pd

Be

Cu

Ag

UubUuu

Au

Zn

Hg

Cd

Ga

UuqUut

In

Pb

Sn

P

As

Sb

UuhUup

Bi Po

Te

Cl

Br

I

UuoUus

At Rn

Xe

PaTh

Ce Pr

NpU

Nd Pm

AmPu

Sm Eu

BkCm

Gd Tb

EsCf

Dy Ho

Fr Ra

Al C

ON LiF

Tl

He

MdFm

Er Tm

LrNo

Yb Lu

C

Ge

O

S

Se

He

Ne

Ar

Kr

H

Be

Mg

B C

Si

1

2

3

4

5

6

7

Si

Ge

Único elemento no metálico del grupo, los restantes son metales.

En el boro existe variedad de formas alotrópicas.

Boro No existe el catión B3+, su Zef >>>

Resto de elementos del grupo su química es fundamentalmente catiónica Al3+………….Tl+1

CARACTERISTICAS GENERALES

B:1s22s22p1

s2p

Al III

Ga I III

In I III

Tl I III

Estados de oxidación más frecuentes en los restantes elementos de su grupo

Más frecuente el estado de oxidación III

El estado de oxidación I se hace más estable al descender en el grupo

La mayor estabilidad relativa del estado de oxidación +1

Se debe

No se debe

A la energía de desapareamientodel par inerte (s2) que es muy elevada

Al aumentar n , menor energía de enlace, no compensándose la energía empleada en

la separación de los electrones situados en los orbitales s.

Todo ello favorece la existencia del par inerte y el estado de oxidación +1

En la mayoría: elemento estructural común icosaedro regular B12

que existe también en algunos de sus compuestos

Elemento químico con mayor número de formas alotrópicas

20 caras triangulares y 12 vértices en los que se sitúan 12 B

Las formas alotrópicas difieren en la ordenación del icosaedro en el cristal

B12 //Bastante voluminoso y hueco como en C60, aunque más ligero que el carbono

d(B-B) = 1.8 Å

d(B-B) correspondiente a enlace covalente = 1.62 Å

Enlace más débil

Cada B unido a otros 5

VARIEDADES ALOTRÓPICAS: ENLACE

A través de vértices mediante enlacescovalentes normales B –B

Enlaces localizados (2 electrones)

Unión entre icosaedros

Por un enlace de tres centros entre tres átomos de B que pertenecen a tres icosaedros

Enlaces deslocalizados (2 electrones)

Se originan de ese modo tres orbitales deslocalizados: enlazante, no enlazante y antienlazante.

El enlazante se encuentra ocupado por los dos electrones

Frecuentemente la coordinación del boro es de 6 ó 7:

Y a uno o a dos boros de icosaedros distintos

B: 2s22p1

El número de coordinación es superior al de orbitales atómico, igual que ocurre en los metales

En un icosaedro B12 existen 12 átomos de boro

Como la configuración externa del B: 2s22p1

12 átomos de boro x 3 electrones de valencia = 36 electrones

Para formar enlaces directos B-B necesito muchos electrones = 36

¿Cómo puedo formar 6 ó 7 enlaces covalentes dirigidos?

Formando enlaces covalentes deslocalizados

Electrones necesarios para formar la unidad B12 unida a otro B de otra lámina:

5 B en el icosaedro + B de otra lámina que aportan cada uno 1 electrón (2p1) = 6 e‐

6 enlaces deslocalizados de tres centros y doselectrones.Cada B participa en 2/3 = 6 enlaces x 2/3 = 4e‐

Electrones que restan para formar la unidad B12 = 36 ‐ (6 + 4) = 26 e‐

1

23

4

5

6

26 electrones equivalente a 13 pares = 12 + 1

Representación de enlaces de tres centros en un icosaedro.

Los boros en el icosaedro se unen mediante enlaces deslocalizados

que se pueden referir a la deslocalización en caras, ya que

las aristas del icosaedro son elementos estructurales geométricos

y no representan enlaces ordinarios entre los átomos.

Los 13 pares de electrones se distribuyen pero no en todas las caras del icosaedro

Deslocalización en las caras triangulares

BORO -ROMBOÉDRICO O BORO ROMBOÉDRICO (R-12)

Láminas de icosaedros unidas paralelamente

6 átomos de B en planos diferentes: 3 a 3

Vista a lo largo de una cara triangular

Las láminas se unen entre si por enlaces B-B

ic = 7 (5 del icosaedro + otros dos)

Estructura laminar

6 enlaces tricéntricos, 3 a mayor altura que los otros

La unión entre los icosaedros dentro de las

láminas se realiza por enlaces de tres centros

La densidad es de 2.46 g/cm3

BORO TETRAGONAL (T-50) Forma tridimensional

Vista a lo largo de una

cara pentagonal

Los icosaedros no están a la

misma altura (distinto color)

dando origen a un tetraedro

de boro.

En el centro 1 átomo de B

Formado por 50 átomos de boro por celdilla unidad

1.63 Å

1.6 Å

1.8 Å

2B(B12)-B(B12) = 1.63 Å

5 uniones B-Bmismo icosaedro = 1.8 Å

2 uniones B(B12)-B(tetra) = 1.6 Å

Suma de radios covalentes hay enlaces dirigidos B-B

Pero también hay otros más cortos

Enlaces deslocalizados de tres centro y dos electrones en las caras del icosaedro

Se extienden a lo largo de las tres direcciones del espacio generando una estructura tridimensional

En cada icosaedro

ic del átomo de boro en la unidad B(B12) = 6

ic del boro en la unidad B(tetra) = 4

B12 (12) x 4 = 48 + 1 B en centro + 1B en vértice (que participa en ¼ = 1) = 50 átomos de boro

La densidad es de 2.31 g/cm3

BORO - ROMBOÉDRICO Forma estable del boro /B84

La densidad es de 2.35 g/cm3

Subunidades (B12)(B12) (B60)unidas por enlace covalente

En condiciones estándar es un sólido covalente.

Cristalizado puro tiene dureza próxima al diamante (> 9 en la escala de Mohs).

p.f = 2250 ºCp.e = 2550 ºC

Su color es muy oscuro ya que absorbe todas las radiaciones del espectro visible y tiene brillo al igual que los metales; sin embargo, es mal conductor de la corriente eléctrica.

Es semiconductor como Si y Ge. Las propiedades del boro elemental y de muchos de sus compuestos son semejantes a las de algunos

semimetales como son Si y Ge

No es conductor metálico, como si que lo son

los elementos de su grupo: Al, Ga, In y Tl

E incluso, más altos dependiendo de la variedad alotrópica

PROPIEDADES FÍSICAS DEL BORO

El B amorfo no es muy reactivo y las formas cristalinas son extraordinariamente inertes.

Con halógenos X2 (F2, Cl2, Br2, I2) /T BX3 trihalogenuros de boro

Con O2 /700 ºC B2O3 trioxido de boro

Con S8/T B2S3 trisulfuro de boro

Con N2, P/ T (BN)n (1200 oC), BP (800oC)

Con metales/T MBn boruros metálicos de composición variable

Con hidróxidos alcalinos MH2BO3 boratos alcalinos

Con C, Si/ T B12C3 (900oC) B4Si3, B6Si (1400oC) (estructuras variadas)

La facilidad de la reacción depende del grado de división y del desorden cristalino

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL BORO

En caliente, si está finamente dividido, es atacado por ácidos oxidantes concentrados (HNO3) o mezclas B2O3

A pH básico y T = 160 oCBoratos

Inatacable por ácidos como el HCl y HF

A unos 700 oC arde en el aire con formación de B2O3: 2B + 3/2O2 B2O3

Por el calor reacciona con los halógenos, el azufre y el nitrógeno con formación de haluros, sulfuros y nitruros

Corteza terrestre 3 g /Ton Es un elemento escaso

Por erosión de estos minerales primarios, el B es movilizado por las aguas en formade boratos y acumulado en el mar

Boro puro, en sus formas alotrópicas

En algunos silicatos: las turmalinas contienen 9 – 11 % de B2O3

Forma yacimientos de boratos en las regiones áridas: borax Na2B4O710H2O o la kernita Na2B4O7.4H2O

Reducción con MgBoro impuro

HCl (para reducir el contenido de impurezas)

El calor de formación del B2O3 >>>>

Existen varios depósitos de sus sales

ESTADO NATURAL

Agente limpiador en forma de bórax (actualmente peroxoborato de sodio, NaBO3)

Fabricación del vidrio de borosilicato (pyrex)

Componente vital de las plantas de energía nuclear por su capacidad para absorber neutrones

Conservadores de madera, retardantes de la flama en llamas y fundentes en soldaduras (boratos)

Aplicaciones en fibras inorgánicas

APLICACIONES

Sección y microfotografia longitudinal de un filamento de boro de 100 mm

* Densidad: 2.57 kg/dm3

* Alta resistencia: 3600 MPa

* Alto modulo: 400 GPa

•Elevado coste

•Se combina con epoxi (MCMO) y con aluminio y titanio (MCMM)

• Aplicaciones de alta tecnología

BCl3 + 3/2H2 3HCl + B

Boro depositado en un alambre de W