Química

Boro

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Propriedades e compostos de boro

a boro É um elemento relativamente escasso na natureza (menos de 10 ppm na crosta terrestre e aproximadamente 5 ppm nas águas marinhas), mas está concentrado em depósitos de superfície, especialmente na forma de boratos.

Conhecido desde os tempos antigos como um bórax, foi isolado como um elemento impuro pela primeira vez em 1808 e foi obtido em seu estado puro apenas cerca de um século depois.

O boro é um sólido quase preto., muito duro, que pode existir tanto em um estado amorfo quanto em várias formas cristalinas estáveis ​​a diferentes temperaturas; É um semicondutor do tipo n, cuja condutividade elétrica aumenta fortemente com a temperatura.

Dada sua posição no sistema periódico, possui caráter não metálico, apresentando em seu comportamento químico notáveis ​​analogias com o silício; não forma compostos iônicos, mas normalmente dá origem a três ligações covalentes com hibridação spdois com geometria do plano trigonal.

No estado de alta pureza, e particularmente em suas formas cristalinas, o boro é quimicamente quase inerte à temperatura ambiente, reagindo apenas com flúor; Não é atacado por ácidos não oxidantes, mesmo quando quente e queima no ar apenas em temperaturas muito altas (> 700 ° C).

É oxidado pelo ácido nítrico concentrado ao ferver e é atacado por álcalis fundidos a temperaturas acima de 800 ° C. Em altas temperaturas, pode reagir com quase todos os elementos não metálicos, como enxofre, nitrogênio, carbono, fósforo e arsênico.

No estado amorfo e especialmente em pó e baixa pureza, o boro é muito mais reativo, reagindo violentamente com oxidantes como oxigênio, ácido nítrico concentrado, peróxido de hidrogênio mesmo no frio, bem como com água a temperaturas mais altas. alta.

boro

Boro

Compostos de boro

O boro possui em seus compostos estáveis ​​principalmente o estado de oxidação +3 e, devido ao tamanho muito pequeno e ao forte poder de polarização do hipotético íon B3+, forma apenas ligações covalentes que dão origem a hibridação trigonal plana (spdois)

Em solução e no estado sólido, os compostos de boro se comportam como ácidos de Lewis, que aceitam elétrons e atingem a tetracoordinação, com a conclusão do octeto (hibridação sp3)

Diferentemente dos outros elementos do grupo IIIA, por não possuir o nível d, o boro não pode ter uma coordenação maior que quatro.

EU ‘ ácido bórico H3BO3 Cristalizado em lamelas brancas brilhantes, constitui o sassolita mineral e é encontrado em emanações vulcânicas (chuveiros) e em águas altamente mineralizadas. Aquecido a 100 ° C, forma ácido metabólico HBOdois. É um ácido muito fraco usado na medicina como anti-séptico suave e também na indústria de vidro e cerâmica.

a trióxido de boro ou anidrido bórico BdoisOU3, pode ser obtido por reação direta entre boro e oxigênio, mas normalmente é preparado por desidratação do ácido bórico (H3BO3) a alta temperatura e baixa pressão. É um sólido branco e higroscópico, normalmente em estado vítreo porque é difícil de cristalizar, que derrete entre 400 e 500 ° C. Dissolve-se na água com o desenvolvimento do calor formando o ácido bórico H3BO3; no estado fundido, tem a propriedade de dissolver muitos óxidos metálicos formando boratos de vidro, enquanto acima de 1000 ° C reage diretamente com muitos metais. O trióxido de boro é amplamente utilizado na indústria de vidro e cerâmica para modificar certas propriedades do material, substituindo o boro por um pouco do silício.

ELE boratos são os sais dos ácidos ortóricos H3BO3HBO metabólicadoisTetraboric Hdoissim4 4OU7 7. Eles constituem um grupo importante de minerais de boro em cuja fórmula a água de cristalização pode ou não estar presente.

ELE borans ou hidretos de boro, são compostos de boro com hidrogênio. O mais simples dos boranos e os diborano BdoisH6 6 gasoso, obtido por hidrogenação do óxido de boro, BdoisOU3ou cloreto de boro BCl3, na presença de catalisadores. Para boranos de maior peso molecular, não há síntese prática direta: boranos como B4 4H10B5 5H9 e B10H14 geralmente são preparados por pirólise do diborano. Devido ao seu alto calor de combustão, os boranos são usados ​​no campo de combustíveis de foguetes.

a trifluoreto de boro BF3 Pode ser preparado por síntese direta a partir dos elementos, mas geralmente é obtido pela reação de boratos com fluoretos em ambientes ácidos. É um gás incolor (por exemplo, -101 ° C), solúvel em água onde hidrolisa quando quente, e também solúvel em muitos solventes orgânicos; no estado gasoso, a molécula é simples, com uma estrutura trigonal plana (hibridação spdois) Comporta-se na ausência de moléculas doadoras, como um ácido de Lewis típico, que tende a formar adutos de coordenação (ou seja, compostos de adição formados por meio de ligações de condensação) tetraédrico (hibridização sp3): com fluoretos, por exemplo, forma o íon tetrafluorobórico BF4 4estável em solução ácida. É amplamente utilizado na indústria química como um catalisador para alquilação, polimerização, isomerização e adição em reações de alcenos.

a tricloreto de boro BCl3 É um gás incolor (por exemplo, 12 ° C) com propriedades semelhantes às do trifluoreto. É usado como catalisador na indústria química e também na metalurgia para refinar ligas não ferrosas. Outros halogenetos são tribrometo (BBr3), triiodeto (BI3) e diborotetraleidas (BdoisF4 4BdoisCl4 4 e BdoisELE4 4)

ELE boretos São compostos de boro com metais, geralmente obtidos por síntese direta dos elementos em alta temperatura ou por redução dos óxidos metálicos com carbono e carboneto de boro. Geralmente são sólidos cristalinos muito duros, com alta condutividade elétrica, refratários e inertes do ponto de vista químico. Muitos boretos metálicos com diferentes estequiometrias e tipos de estruturas foram identificados (por exemplo:doisB, MgBdois, FeB, Cr3sim4 4etc.) Alguns boretos de titânio e zircônio encontraram recentemente usos como materiais de qualidade para a tecnologia de alta temperatura (revestimentos de turbinas e bocais de motores a jato e foguetes, etc.).

II carboneto de boro B4 4C É obtido pela redução do trióxido de boro com carbono para 2500 ° C: é um sólido preto, com dureza próxima à do diamante, e possui importantes usos industriais como abrasivo resistente ao ataque de ácidos e bases.

a nitreto de boro BN pode ser preparado por reação entre BCl3 e amônia (NH3) a cerca de 800 ° C ou BdoisOUdois, carbono e nitrogênio em temperaturas próximas a 2000 ° C.

bórax

Bórax

Uso de boro

O boro elementar não encontra aplicações significativas hoje. Entre seus compostos, o ácido bórico e o bórax (hidrato de borato de sódio, mineral) são utilizados como fluxos na soldagem de metais e na preparação de vidros de laboratório chamados silicatos de boro, neutros e resistentes a mudanças de temperatura.

Os usos mais importantes estão no campo nuclear como moderador (telas de nêutrons, barras de controle etc.), dada a alta seção de captura de nêutrons térmicos apresentada em particular pelo isótopo. 10SIM.

As aplicações mais recentes e interessantes, que no entanto envolvem apenas um pequeno consumo de boro ultrapuro, estão no campo eletrônico, especialmente para semicondutores de dopagem de silício e germânio e para células solares.

Método de produção de boro

Os métodos mais utilizados para obter boro elementar são os da redução de trióxido (BdoisOU3) com um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso, redução de halogeneto (brometo e iodeto) com hidrogênio e redução eletrolítica de boratos e fluoroboratos.

Para preparar boro em quantidades industriais, o processo de redução exotérmica de trióxido de magnésio Moissan é preferencialmente usado:

3Mg + BdoisOU3 → 2B + 3MgO

Por tratamento subsequente com ácidos clorídricos e ácido fluorídrico (para remover o MgO e várias impurezas) e a evaporação a vácuo a cerca de 1500 ° C (para remover o excesso de Mg), o boro é obtido na forma amorfa com um título de não mais de 98%. comercialmente utilizável para vários usos.

O boro pode ser ainda purificado para 99,9% por tratamento a cerca de 350 ° C com cloro ou por fusão de zona; Para obter o boro de altíssima pureza, um método de decomposição térmica dos halogenetos na presença de hidrogênio foi usado em um filamento de boro aquecido eletricamente.

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