Una mirada al boro semimetal
El boro es un semi-metal extremadamente duro y resistente al calor que se puede encontrar en una variedad de formas y es ampliamente utilizado en compuestos para hacer todo, desde blanqueadores y vidrio hasta semiconductores y fertilizantes agrícolas.
Las propiedades del boro son:
- Símbolo Atómico: B
- Número atómico: 5
- Elemento Categoría: Metaloide
- Densidad: 2.08 g / cm3
- Punto de fusión: 3769 F (2076 C)
- Punto de ebullición: 7101 F (3927 C)
- La dureza de Moh: ~ 9.5
Características del Boro
El boro elemental es un semi-metal alotrópico, lo que significa que el elemento en sí mismo puede existir en diferentes formas, cada una con sus propias propiedades físicas y químicas. Además, al igual que otros semi-metales (o metaloides), algunas de las propiedades del boro son de naturaleza metálica, mientras que otras son más similares a los no metales.
El boro de alta pureza existe como un polvo amorfo de color marrón oscuro a negro o como un metal cristalino oscuro, lustroso y frágil.
Extremadamente duro y resistente al calor, el boro es un mal conductor de la electricidad a bajas temperaturas, pero esto cambia a medida que aumentan las temperaturas. Mientras que el boro cristalino es muy estable y no reacciona con los ácidos, la versión amorfa se oxida lentamente en el aire y puede reaccionar violentamente en el ácido.
En forma cristalina, el boro es el segundo más duro de todos los elementos (solo detrás del carbono en su forma de diamante) y tiene una de las temperaturas de fusión más altas. Similar al carbono, para el cual los primeros investigadores a menudo confundieron el elemento, el boro forma enlaces covalentes estables que dificultan el aislamiento.
El elemento número cinco también tiene la capacidad de absorber una gran cantidad de neutrones, lo que lo convierte en un material ideal para las barras de control nuclear.
Investigaciones recientes han demostrado que cuando se enfría súper, el boro forma aún una estructura atómica completamente diferente que le permite actuar como un superconductor.
Historia del Boro
Si bien el descubrimiento del boro se atribuye a los químicos franceses e ingleses que investigan los minerales de borato a principios del siglo XIX, se cree que una muestra pura del elemento no se produjo hasta 1909.
Sin embargo, los minerales de boro (a menudo denominados boratos) ya habían sido utilizados por los humanos durante siglos. El primer uso registrado de bórax (borato de sodio natural) fue realizado por orfebres árabes que aplicaron el compuesto como un flujo para purificar oro y plata en el siglo VIII dC
También se ha demostrado que los esmaltes en cerámica china que datan del siglo III al X dC utilizan el compuesto natural.
Usos modernos del boro
La invención del vidrio de borosilicato térmicamente estable a fines de 1800 proporcionó una nueva fuente de demanda de minerales de borato. Haciendo uso de esta tecnología, Corning Glass Works presentó los utensilios de vidrio Pyrex en 1915.
En los años de la posguerra, las aplicaciones para el boro crecieron para incluir una gama cada vez mayor de industrias. El nitruro de boro comenzó a usarse en cosméticos japoneses, y en 1951, se desarrolló un método de producción para fibras de boro. Los primeros reactores nucleares, que entraron en línea durante este período, también utilizaron boro en sus barras de control.
Inmediatamente después del desastre nuclear de Chernobyl en 1986, se vertieron 40 toneladas de compuestos de boro en el reactor para ayudar a controlar la liberación de radionucleidos.
A principios de la década de 1980, el desarrollo de imanes de tierras raras permanentes de alta resistencia creó un gran mercado nuevo para el elemento.
Más de 70 toneladas métricas de imanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) se producen cada año para su uso en todo, desde coches eléctricos hasta auriculares.
A finales de la década de 1990, el acero al boro comenzó a utilizarse en automóviles para reforzar los componentes estructurales, como las barras de seguridad.
Producción de Boro
Aunque existen más de 200 tipos diferentes de minerales de borato en la corteza terrestre, solo cuatro representan más del 90 por ciento de la extracción comercial de compuestos de boro y boro: tincal, kernita, colemanita y ulexita.
Para producir una forma relativamente pura de polvo de boro, el óxido de boro que está presente en el mineral se calienta con flujo de magnesio o aluminio. La reducción produce polvo de boro elemental que es aproximadamente un 92 por ciento puro.
El boro puro puede producirse reduciendo aún más los haluros de boro con hidrógeno a temperaturas superiores a 1500 ° C (2732 ° F).
El boro de alta pureza, requerido para su uso en semiconductores, se puede hacer mediante la descomposición de diborano a altas temperaturas y el crecimiento de cristales individuales a través de la fusión de zonas o el método Czolchralski.
Aplicaciones para Boro
Mientras más de seis millones de toneladas métricas de minerales que contienen boro se extraen cada año, la gran mayoría de esto se consume como sales de borato, como el ácido bórico y el óxido de boro, y se convierte muy poco en boro elemental. De hecho, solo se consumen alrededor de 15 toneladas métricas de boro elemental cada año.
La amplitud de uso de los compuestos de boro y boro es extremadamente amplia. Algunos estiman que hay más de 300 usos finales diferentes del elemento en sus diversas formas.
Los cinco usos principales son:
- Vidrio (por ejemplo, vidrio de borosilicato térmicamente estable)
- Cerámica (por ejemplo, esmaltes de azulejos)
- Agricultura (p. Ej., Ácido bórico en fertilizantes líquidos).
- Detergentes (p. Ej., Perborato de sodio en detergente para ropa)
- Blanqueadores (por ejemplo, quitamanchas domésticos e industriales)
Aplicaciones metalúrgicas de boro
Aunque el boro metálico tiene muy pocos usos, el elemento se valora mucho en una serie de aplicaciones metalúrgicas. Al eliminar el carbono y otras impurezas, ya que se adhiere al hierro, una pequeña cantidad de boro -sólo unas pocas partes por millón- agregado al acero puede hacerlo cuatro veces más fuerte que el acero de alta resistencia promedio.
La capacidad del elemento para disolver y eliminar la película de óxido de metal también lo hace ideal para fundentes de soldadura. El tricloruro de boro elimina nitruros, carburos y óxido del metal fundido. Como resultado, el tricloruro de boro se utiliza en la fabricación de aleaciones de aluminio, magnesio, zinc y cobre.
En la metalurgia de polvos, la presencia de boruros metálicos aumenta la conductividad y la resistencia mecánica. En los productos ferrosos, su existencia aumenta la resistencia a la corrosión y la dureza, mientras que en las aleaciones de titanio utilizadas en los marcos de los aviones y las partes de las turbinas, los boruros aumentan la resistencia mecánica.
Las fibras de boro, que se obtienen al depositar el elemento hidruro en el alambre de tungsteno, son materiales estructurales fuertes y ligeros, adecuados para su uso en aplicaciones aeroespaciales, así como palos de golf y cintas de alta resistencia.
La inclusión de boro en el imán NdFeB es fundamental para la función de imanes permanentes de alta resistencia que se utilizan en turbinas eólicas, motores eléctricos y una amplia gama de componentes electrónicos.
La inclinación del boro hacia la absorción de neutrones permite su uso en barras de control nuclear, escudos de radiación y detectores de neutrones.
Finalmente, el carburo de boro, la tercera sustancia más dura conocida, se usa en la fabricación de varias armaduras y chalecos antibalas, así como abrasivos y piezas de desgaste.
Fuentes:
Chemicool. Boro
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Información de Minerales. Boro
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/