Boro

Boro (B), elemento químico, semimetal del grupo principal 13 (IIIa, o grupo de boro) de la tabla periódica, esencial para el crecimiento de la planta y de amplia aplicación industrial.

El boro es un semimetal extremadamente duro y resistente al calor que se puede encontrar en una variedad de formas. Es ampliamente utilizado en compuestos para hacer de todo, desde blanqueadores y vidrio hasta semiconductores y fertilizantes agrícolas.

Propiedades de los elementos

  • Número atómico: 5
  • Peso atómico: 10.811
  • Punto de fusión: 2.200 °C (4.000 °F)
  • Punto de ebullición: 2.550 °C (4.620 °F)
  • Peso específico: 2,34 (a 20 °C[68 °F])
  • Estado de oxidación: +3

Historia del Boro

Aunque el descubrimiento del boro se atribuye a químicos franceses e ingleses que investigaban 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 seres humanos durante siglos. El primer uso registrado del bórax (borato de sodio natural) fue por orfebres árabes que aplicaron el compuesto como fundente para purificar el oro y la plata en el siglo VIII d.C.

También se ha demostrado que los esmaltes de la cerámica china que datan de entre los siglos III y X d.C. hacen uso del compuesto natural.boro

Características del Boro

El boro elemental es un semimetal alotrópico, lo que significa que el elemento en sí puede existir en diferentes formas, cada una con sus propias propiedades físicas y químicas. Además, como otros semimetales (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 quebradizo.

Extremadamente duro y resistente al calor, el boro es un pobre conductor de electricidad a bajas temperaturas, pero esto cambia a medida que las temperaturas aumentan. 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 elemento más duro de todos (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 un gran número de neutrones, lo que lo convierte en un material ideal para las barras de control nuclear.

Investigaciones recientes han demostrado que cuando se superenfría, el boro forma una estructura atómica totalmente diferente que le permite actuar como superconductor.

Producción de Boro

Aunque existen más de 200 tipos diferentes de minerales de borato en la corteza terrestre, sólo cuatro representan más del 90 por ciento de la extracción comercial de boro y compuestos de 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 magnesio o flujo de aluminio. La reducción produce boro elemental en polvo que es aproximadamente 92 por ciento puro.

El boro puro se puede producir reduciendo aún más los haluros de boro con hidrógeno a temperaturas superiores a 1500 C (2732 F).

El boro de alta pureza, necesario para el uso en semiconductores, puede obtenerse mediante la descomposición del diborano a altas temperaturas y el crecimiento de cristales individuales mediante la fusión por zonas o el método Czolchralski.

Usos modernos del Boro

La invención del vidrio borosilicato térmicamente estable a finales del siglo XIX proporcionó una nueva fuente de demanda de minerales de borato. Haciendo uso de esta tecnología, Corning Glass Works introdujo los utensilios de cocina de vidrio Pyrex en 1915.boro

En los años de la posguerra, las aplicaciones para el boro crecieron para incluir una gama cada vez más amplia de industrias. El nitruro de boro comenzó a utilizarse en la cosmética japonesa, y en 1951 se desarrolló un método de producción de fibras de boro. Los primeros reactores nucleares, que entraron en funcionamiento 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 radionúclidos.

A principios de los años ochenta, el desarrollo de imanes permanentes de tierras raras de alta resistencia creó un nuevo mercado para el elemento. Más de 70 toneladas métricas de imanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) se producen cada año para su uso en todo tipo de vehículos, desde coches eléctricos hasta auriculares.

A finales de la década de 1990, el acero al boro comenzó a utilizarse en los automóviles para reforzar los componentes estructurales, como las barras de seguridad.

Aplicaciones para el Boro

Mientras que cada año se extraen más de seis millones de toneladas métricas de minerales que contienen boro, la gran mayoría se consume como sales de borato, como el ácido bórico y el óxido de boro, y muy poco se convierte en boro elemental. De hecho, sólo se consumen unas 15 toneladas métricas de boro elemental al año.

La amplitud de uso del boro y de los compuestos de 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 borosilicato térmicamente estable)
  • Cerámica (por ejemplo, esmaltes de azulejos y baldosas)
  • Agricultura (por ejemplo, ácido bórico en fertilizantes líquidos).
  • Detergentes (por ejemplo, perborato de sodio en el detergente para ropa)
  • Blanqueadores (por ejemplo, quitamanchas domésticos e industriales)

Aplicaciones de la metalurgia de boro

Aunque el boro metálico tiene muy pocos usos, el elemento es muy valorado en una serie de aplicaciones metalúrgicas. Al eliminar el carbono y otras impurezas a medida que se adhiere al hierro, una pequeña cantidad de boro -sólo unas pocas partes por millón- añadidas al acero puede hacerlo cuatro veces más fuerte que el acero promedio de alta resistencia.

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 los nitruros, carburos y óxido del metal fundido. Como resultado, el tricloruro de boro se utiliza en la fabricación de aluminio, magnesio, zinc y aleaciones de cobre.

En pulvimetalurgia, 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 bastidores de chorro y en las piezas de turbinas, los boruros aumentan la resistencia mecánica.boro

Las fibras de boro, que se fabrican depositando el elemento de hidruro en el alambre de wolframio, son un material estructural ligero y resistente adecuado para su uso en aplicaciones aeroespaciales, así como en palos de golf y cintas de alta resistencia.

La inclusión de boro en el imán de NdFeB es crítica para la función de los imanes permanentes de alta resistencia que se utilizan en turbinas eólicas, motores eléctricos y una amplia gama de componentes electrónicos.

La propensión del boro hacia la absorción de neutrones permite su uso en barras de control nuclear, escudos de radiación y detectores de neutrones.

Por último, el carburo de boro, la tercera sustancia más dura conocida, se utiliza en la fabricación de diversas armaduras y chalecos antibalas, así como de abrasivos y piezas de desgaste.

Referencias

 

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