El boro es un semi-metal 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.
Las propiedades del boro son:
- Símbolo atómico: B
- Número atómico: 5
- Categoría del elemento: metaloide
- Densidad: 2.08g / cm3
- Punto de fusión: 3769 F (2076 C)
- Punto de ebullición: 7101 F (3927 C)
- Dureza de Moh: ~ 9.5
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, al igual que otros semimetales (o metaloides), algunas de las propiedades del material 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, brillante y quebradizo.
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 es reactivo 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 (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, por lo que es un material ideal para las barras de control nuclear.
Investigaciones recientes han demostrado que cuando se sobreenfría, el boro forma 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 el borato minerales a principios del siglo XIX, se cree que no se produjo una muestra pura del elemento 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 por los orfebres árabes que aplicaron el compuesto como un fundente para purificar el oro y la plata en el siglo VIII d.C.
También se ha demostrado que los esmaltes en cerámica china que datan entre los siglos III y X d.C.hacen uso del compuesto natural.
Usos modernos del boro
La invención del vidrio de borosilicato térmicamente estable a fines 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.
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 se pusieron en línea durante este período, también utilizaron boro en sus barras de control.
Inmediatamente después del desastre nuclear de Chernobyl en 1986, se arrojaron 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 permanentes de tierras raras de alta resistencia creó aún más un gran mercado para el elemento. Cada año se producen más de 70 toneladas métricas de imanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) para su uso en todo, desde automóviles eléctricos hasta auriculares.
A fines de la década de 1990, el acero al boro comenzó a usarse en automóviles para fortalecer componentes estructurales, como 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 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 flujo de magnesio o aluminio. La reducción produce polvo de boro elemental 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, requerido para su uso en semiconductores, se puede hacer mediante la descomposición del diborano a altas temperaturas y el crecimiento de cristales individuales a través de la zona de fusión o el método Czolchralski.
Aplicaciones para boro
Si bien se extraen más de seis millones de toneladas métricas de minerales que contienen boro cada año, la gran mayoría de esto es 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, solo se consumen aproximadamente 15 toneladas métricas de boro elemental cada año.
La amplitud de uso de boro y 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 (p. Ej., Vidrio de borosilicato térmicamente estable)
- Cerámica (p. Ej., Esmaltes de azulejos)
- Agricultura (p. Ej., Ácido bórico en fertilizantes líquidos).
- Detergentes (p. Ej., Perborato de sodio en detergente para la ropa)
- Blanqueadores (por ejemplo, quitamanchas domésticas e industriales)
Aplicaciones metalúrgicas 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 une al hierro, una pequeña cantidad de boro (solo unas pocas partes por millón) agregada al acero puede hacerlo cuatro veces más resistente que el acero promedio de alta resistencia.
La capacidad del elemento para disolver y eliminar la película de óxido metálico 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 usa para hacer aluminio, magnesio, zinc y Aleaciones de cobre.
En la metalurgia de polvos, la presencia de boruros metálicos aumenta la conductividad y la resistencia mecánica. En productos ferrosos, su existencia aumenta la resistencia a la corrosión y la dureza, mientras que en aleaciones de titanio utilizados en los marcos de chorro y boruros de piezas de turbina aumentan la resistencia mecánica
Las fibras de boro, que se hacen depositando el elemento hidruro en el alambre de tungsteno, son fuertes y ligeras. material estructural adecuado para su uso en aplicaciones aeroespaciales, así como palos de golf y alta resistencia a la tracción cinta.
La inclusión de boro en el imán NdFeB es fundamental para la función de los imanes permanentes de alta resistencia que se utilizan en turbinas eólicas, motores eléctricos y una amplia gama de productos electrónicos.
La propensión de Boron 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.