Boro para niños

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5 B
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Cristales de boro
Información general
Nombre, símbolo, número	Boro, B, 5
Serie química	Metaloides
Grupo, período, bloque	13, 2, p
Masa atómica	10.811(7) u
Configuración electrónica	[He] 2s2 2p1
Dureza Mohs	9,5
Electrones por nivel	2, 3 (imagen)
Apariencia	Negro
Propiedades atómicas
Radio medio	85 pm
Electronegatividad	2,04 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc)	87 pm (radio de Bohr)
Radio covalente	82 pm
Estado(s) de oxidación	3 (levemente ácido)
1.ª energía de ionización	800,6 kJ/mol
2.ª energía de ionización	2427,1 kJ/mol
3.ª energía de ionización	3659,7 kJ/mol
4.ª energía de ionización	25025,8 kJ/mol
5.ª energía de ionización	32826,7 kJ/mol
Líneas espectrales
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido (no magnético)
Densidad	2460 kg/m3
Punto de fusión	2349 K (2076 °C)
Punto de ebullición	4200 K (3927 °C)
Entalpía de vaporización	489,7 kJ/mol
Entalpía de fusión	50,2 kJ/mol
Presión de vapor	0,348
Varios
Estructura cristalina	romboédrica
Calor específico	1026 J/(kg·K)
Conductividad eléctrica	1,0 × 10-4 m-1 S/m
Conductividad térmica	27,4 W/(m·K)
Velocidad del sonido	16200 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del boro
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 10B 19,9% Estable con 5 neutrones 11B 80,1% Estable con 6 neutrones
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

El boro es un elemento químico que se encuentra en la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es B y su número atómico es 5. Tiene una masa atómica de 10,811.

El boro es un metaloide, lo que significa que tiene propiedades tanto de los metales como de los no metales. Es un semiconductor y se encuentra mucho en un mineral llamado bórax.

Existen dos tipos principales de boro: el boro amorfo, que es un polvo de color marrón, y el boro metálico, que es de color negro. El boro metálico es muy duro (9,5 en la escala de Mohs) y no conduce bien la electricidad a temperatura ambiente. El boro no se encuentra libre en la naturaleza.

¿Qué hace especial al boro?

Cristales de Boro.

El boro es un elemento que busca electrones para completar sus capas. Por eso, sus compuestos suelen actuar como "ácidos de Lewis", reaccionando rápidamente con sustancias que tienen muchos electrones.

Una característica interesante del boro es que puede dejar pasar la radiación infrarroja. Aunque a temperatura ambiente no es un gran conductor de electricidad, se vuelve muy bueno para conducir la electricidad cuando está a altas temperaturas.

Este metaloide es conocido por tener la mayor resistencia a la tracción (capacidad de soportar fuerzas sin romperse) entre todos los elementos químicos. El boro fundido y luego solidificado puede soportar una fuerza de entre 1.600 y 2.400 MPa.

El nitruro de boro es un material que no conduce la electricidad, pero sí el calor, casi tan bien como los metales. Se usa para crear materiales tan resistentes como el diamante. El boro también tiene propiedades que lo hacen útil como lubricante, similar al grafito. Además, puede formar estructuras moleculares estables con el carbono a través de enlaces covalentes.

¿Cómo reacciona el boro con otros elementos?

En sus compuestos, el boro se comporta como un no metal. Sin embargo, el boro puro es un conductor eléctrico, como los metales y el grafito (que es una forma de carbono).

Cuando se calienta mucho (al rojo vivo), el boro se une directamente con el nitrógeno para formar nitruro de boro (BN). También se combina con el oxígeno para crear óxido de boro (B₂O₃). Con los metales, forma compuestos llamados boruros, como el boruro de magnesio (Mg₃B₂).

Los compuestos de boro con hidrógeno, llamados boranos, son especiales porque se parecen a los compuestos de silicio y carbono. Existen varios tipos de boranos, que son tóxicos y tienen un olor fuerte. Si se quema boro, produce una llama de color verde brillante.

¿Para qué se utiliza el boro?

El boro tiene muchos usos importantes en nuestra vida diaria y en la industria:

• Se usa para fabricar vidrios especiales, como el vidrio de borosilicato (por ejemplo, el Pyrex), que es resistente al calor y se usa en utensilios de cocina y laboratorios.
• También se utiliza para hacer esmaltes y para producir aceros especiales que son muy resistentes a los golpes.
• Debido a su gran dureza, el boro, en forma de carburo de boro, se emplea para fabricar materiales abrasivos (que sirven para pulir o desgastar).
• En el campo de la energía atómica, el boro es muy útil. Se usa en instrumentos para detectar y contar neutrones.
• Gracias a su capacidad para absorber neutrones, el boro se utiliza para controlar la velocidad de las reacciones en los reactores nucleares y como parte de los escudos que protegen de la radiación.
• El ácido bórico diluido se usaba antes para conservar alimentos, pero ahora está prohibido por razones de salud. Sin embargo, todavía se usa como antiséptico suave para los ojos y la nariz.

Aplicaciones del boro en la industria

El compuesto de boro más importante para la economía es el bórax. Se usa en grandes cantidades para fabricar fibra de vidrio aislante y perborato de sodio. Otras aplicaciones incluyen:

• Las fibras de boro son muy resistentes y se usan en la industria aeroespacial para piezas que necesitan soportar mucha fuerza.
• El boro amorfo se usa en fuegos artificiales porque produce un color verde brillante.
• El ácido bórico se utiliza en la fabricación de productos textiles.
• El boro es un semiconductor, lo que lo hace útil en la electrónica.
• Los compuestos de boro se usan mucho en la química para crear nuevas sustancias y en la fabricación de cristales de borosilicato.
• Algunos compuestos de boro se usan para proteger la madera de forma segura, ya que tienen baja toxicidad.
• El isótopo B-10 se usa para controlar reactores nucleares, como protección contra la radiación y para detectar neutrones.
• Los hidruros de boro liberan mucha energía al oxidarse, por lo que se ha investigado su uso como combustible.
• Actualmente, se investiga cómo producir hidrógeno como combustible usando hidruros de boro (como el borohidruro de sodio) y agua. Esto podría ayudar a almacenar y transportar hidrógeno de forma más segura.

¿Cómo se forma el boro en el universo?

Según la teoría del Big Bang, al principio del Universo, solo existían el hidrógeno (H), el helio (He) y el litio-7 (Li-7). El boro, que es el quinto elemento, no estaba presente en cantidades significativas.

En las estrellas, donde se forman la mayoría de los elementos, el boro no se produce. Esto se debe a que a las altas temperaturas dentro de las estrellas, el boro reacciona más rápido de lo que se forma. Tampoco se crea boro cuando los átomos capturan neutrones.

El boro se forma en un proceso llamado espalación de rayos cósmicos. Esto ocurre cuando rayos cósmicos (partículas de alta energía del espacio) chocan y rompen núcleos de átomos más pesados que el boro. Como este proceso es poco común, el boro es un elemento muy escaso en el universo.

Historia del boro

Boro.

Los compuestos de boro se conocen desde hace miles de años. La palabra "boro" viene del árabe buraq, que a su vez viene del persa burah.

En el antiguo Egipto, se usaba un mineral con boratos llamado natrón para la momificación. En China, ya se usaban cristales de bórax alrededor del año 300 a.C. En la antigua Roma, los compuestos de boro se empleaban para fabricar cristal. A partir del siglo VIII, los boratos se usaron para refinar oro y plata.

En 1808, científicos como Humphry Davy, Gay-Lussac y L. J. Thenard lograron obtener boro con una pureza de aproximadamente el 50%. Sin embargo, no lo reconocieron como un nuevo elemento. Fue Jöns Jacob Berzelius quien lo hizo en 1824. El boro puro fue producido por primera vez por el químico estadounidense W. Weintraub en 1909.

¿De dónde se obtiene el boro?

Cristal de bórax.

El boro puro no se encuentra en la naturaleza. La principal fuente de boro son los boratos, que se encuentran en depósitos de rocas formadas por la evaporación de agua, como el bórax y la colemanita. El boro también puede aparecer como ácido ortobórico (H₃BO₃) cerca de fuentes y humos volcánicos, formando sasolitas. Además, se forman minerales de boro en el proceso de enfriamiento de rocas fundidas, como las pegmatitas.

Los lugares más importantes donde se encuentran estos minerales son:

• Depósitos de bórax en California (EE. UU.), Tincalayu (Argentina) y Kirka (Turquía).
• Colemanita en Turquía y en el Valle de la Muerte (EE. UU.).
• Sasolitas en zonas volcánicas activas como Larderello (Italia).

El bórax se vende comercialmente como Na₂B₄O₇·10 H₂O o en su forma pentahidratada.

Obtener boro puro es difícil. Los primeros métodos implicaban reducir el óxido de boro con metales como el magnesio o el aluminio, pero el producto siempre quedaba con impurezas. Hoy en día, se puede obtener boro puro reduciendo compuestos de boro volátiles con hidrógeno a altas temperaturas.

Producción mundial de boro en 2019 (en miles de toneladas por año)

1.	Turquía Turquía	2.400
2.	Chile Chile	400
3.	China China	250
4.	Bolivia Bolivia	200
5.	Alemania Alemania	120
6.	Perú Perú	111
7.	Rusia Rusia	80
8.	Argentina	71

Fuente: USGS. NOTA: No se han publicado datos de Estados Unidos.

¿Qué son las formas alotrópicas del boro?

El boro puede presentarse de muchas maneras diferentes, llamadas formas alotrópicas. Todas estas formas tienen una estructura básica en común: un icosaedro regular (una figura con 20 caras triangulares). Los icosaedros pueden unirse de dos formas:

• Uniéndose dos icosaedros por dos puntos, con enlaces normales de boro a boro (ver Figura 1).
• Uniéndose tres icosaedros por tres puntos, con un tipo especial de enlace que comparte electrones entre tres centros (ver Figura 2).

Dentro de estas uniones, en el boro cristalino, los icosaedros pueden organizarse de varias maneras para formar los diferentes alótropos:

• Boro tetragonal (T - 50): Tiene 50 átomos de boro en cada unidad básica. Está formado por cuatro unidades de icosaedros unidas entre sí y dos átomos de boro que actúan como enlaces entre los icosaedros. Su densidad es de 2,31 g/cm³.
• Boro romboédrico alfa (R - 12): Está formado por capas de icosaedros unidos de forma paralela. Dentro de cada capa, las uniones son de tres centros, y entre las capas, las uniones son de dos centros. Su densidad es de 2,46 g/cm³ y es de color rojo claro.
• Boro romboédrico beta (R - 105): Está formado por doce icosaedros B₁₂ que se organizan alrededor de una unidad central de B₁₂. Su densidad es de 2,35 g/cm³.

¿Dónde se encuentra el boro en el universo y en la Tierra?

Abundancia en el universo

Se calcula que el boro es muy escaso en el universo, con solo 0,001 ppm. Es uno de los elementos "ligeros" más raros, junto con el litio, el molibdeno y el berilio. Otros elementos de los primeros cuatro periodos de la tabla periódica son al menos diez veces más abundantes que el boro.

Distribución en el sistema solar

El boro tiene un punto de fusión muy alto (2348 K), lo que significa que se solidifica y se une a otras partículas muy temprano en la formación de una nebulosa. Por eso, se encuentra principalmente en el sistema solar interior, donde están los planetas rocosos. Durante la fase inicial del Sol, llamada T-Tauri, el viento solar empujó las partículas más ligeras hacia el exterior, dejando las más densas, como el boro, más cerca del Sol. Por lo tanto, hay más boro en los planetas rocosos y mucho menos en los planetas gaseosos del sistema solar exterior.

Distribución en los meteoritos

Los meteoritos (como las condritas y acondritas) tienen más boro que el promedio del universo, entre 0,4 y 1,4 ppm. Esto se debe a que los meteoritos son sólidos y no contienen elementos gaseosos como el hidrógeno y el helio, que son muy abundantes en el universo. El boro prefiere unirse a rocas de silicatos. Las condritas son rocas que no se han fundido ni separado, mientras que las acondritas son rocas de silicato que sí han pasado por ese proceso, por eso tienen más boro.

El boro en la corteza terrestre

Se estima que la corteza terrestre contiene unas 10 ppm de boro. Es mucho más abundante en rocas sedimentarias (300 ppm) que en rocas ígneas (3 ppm). Esto se debe a que el boro puede evaporarse, no se mezcla bien con las rocas fundidas, se mueve fácilmente en el agua y se adhiere a los minerales de arcilla.

El boro llega a la corteza terrestre a través de la precipitación atmosférica (lluvia, etc.), el vulcanismo y la actividad geológica. También llega desde el océano a la corteza oceánica por sedimentación. El boro sale de la corteza por erosión y por los procesos de subducción de placas tectónicas.

El boro tiende a concentrarse en las partes de magma que quedan al final de la solidificación. Por eso, las concentraciones de boro son bajas en basaltos (6-0,1 ppm) y más altas en rocas más cristalizadas como el granito (85 ppm). Las pegmatitas, que son depósitos de elementos incompatibles, pueden contener hasta 1360 ppm de boro.

Cuando las rocas submarinas se desgastan, forman minerales de arcilla que absorben boro del agua de mar, enriqueciendo la roca.

Los basaltos de las islas volcánicas suelen tener más boro. Esto se cree que ocurre porque las rocas que se hunden bajo la corteza (subducidas) liberan agua con boro, que luego se incorpora a las rocas volcánicas resultantes (andesitas y dioritas).

Los minerales de arcilla (como ilitas, esmectitas y montmorillonitas) absorben boro del agua. Las rocas sedimentarias de los océanos tienen más boro que las de los ríos, porque el agua de mar contiene más boro. El boro se absorbe a temperaturas bajas (menos de 40 °C). A temperaturas más altas (más de 150 °C), el boro puede liberarse del mineral. Por eso, las rocas sedimentarias que han sufrido metamorfismo (cambios por calor y presión) suelen tener menos boro.

Los principales minerales donde encontramos boro son rocas formadas por evaporación, como el bórax, la colemanita, la kernita y la ulexita. También hay minerales de boro importantes en yacimientos de rocas ígneas, como la datolita, el chorlo y la elbanita. La mayoría de estos minerales son boratos (sales de boro), excepto los dos últimos, que pertenecen al grupo de las turmalinas y se encuentran en vetas de pegmatita.

El boro en el agua (hidrosfera)

El boro se encuentra en el agua de mar en concentraciones de aproximadamente 4,6 ppm. Se presenta en dos formas: B(OH)₃ (trigonal) y B(OH)^4- (tetraédrico). La cantidad de cada forma depende del pH del agua de mar. Como el boro permanece mucho tiempo en el agua de mar (25 millones de años), sus concentraciones no cambian mucho en los diferentes océanos. El boro llega al agua desde los continentes (por el ciclo del agua y la erosión) y desde la corteza oceánica (por circulación hidrotermal). También llega por la precipitación atmosférica.

El boro en el aire (atmósfera)

La atmósfera contiene boro, principalmente en estado gaseoso (97%) en la troposfera, y el 3% restante en forma de partículas. El boro gaseoso permanece en la atmósfera entre 19 y 36 días, y el boro en partículas, entre 2 y 6 días. Debido a estos tiempos cortos, las concentraciones de boro varían en diferentes partes de la atmósfera. El boro llega a la atmósfera por la evaporación del agua de mar y luego puede regresar a los océanos o continentes con la lluvia.

El boro en las plantas

El boro es un nutriente muy importante para las plantas. Ayuda a mantener la estructura de las paredes celulares y las membranas. El boro no se mueve mucho dentro de la planta, por lo que si hay poca cantidad, los problemas aparecen en las hojas más jóvenes. Si hay demasiado boro, los síntomas se ven en las hojas maduras.

Un exceso de boro puede ser perjudicial para algunas plantas que no lo toleran bien, debilitando sus nervaduras. En manzanos y perales, la falta de boro puede causar una malformación interna en los frutos llamada "corazón corchoso".

Isótopos del boro

En la naturaleza, existen dos isótopos de boro: el ¹¹B (que es el 80,1% del boro natural) y el ¹⁰B (el 19,9%). Las diferencias en sus masas se usan para estudiar el boro en el agua natural. Se conocen 13 isótopos de boro. El isótopo de más corta duración es el ⁷B, que se descompone muy rápido. Los isótopos de boro se separan durante la formación de minerales y los cambios de fase del agua en sistemas calientes, así como durante la alteración de rocas por el agua.

¿Es el boro peligroso para la salud?

Ni el boro ni los boratos son considerados tóxicos para los seres humanos y los animales en cantidades normales. La cantidad que podría ser dañina para los animales es de unos 6 gramos por cada kilogramo de peso corporal. Las sustancias que requieren más de 2 gramos por kilogramo para ser dañinas se consideran no tóxicas. La cantidad mínima que podría ser perjudicial para los humanos no se ha determinado, pero se ha reportado que consumir 4 gramos al día no causó problemas. Incluso dosis de 20 gramos de ácido bórico en tratamientos médicos no causaron inconvenientes. Algunos peces pueden sobrevivir en soluciones de ácido bórico o bórax. Los boratos son más tóxicos para los insectos que para los mamíferos.

Sin embargo, los boranos (compuestos de boro e hidrógeno) son muy tóxicos y se incendian fácilmente, por lo que deben manejarse con mucho cuidado. El borohidruro de sodio puede causar incendios porque es un agente reductor y libera hidrógeno al contacto con ácidos. Los haluros de boro son corrosivos.

El boro en la salud humana

No se ha demostrado científicamente que el boro sea un elemento esencial en la dieta humana o que sea un requisito nutricional para vertebrados e invertebrados, a diferencia de su importancia para las plantas.

El cuerpo humano contiene al menos 0,7 mg de boro por cada kilo de peso, que se obtiene del agua y los vegetales. Una persona consume entre 0,8 y 2,5 mg de boro por kilo de peso al día sin que se presenten síntomas.

Consumir 5 gramos de boro al día puede causar náuseas, diarrea y vómitos. Algunas fuentes sugieren que 20 gramos de boro al día podrían ser muy perjudiciales para organismos sensibles, pero esto no se ha confirmado.

Algunas investigaciones sugieren una relación entre el consumo de boro y la artritis, mientras que otras publicaciones indican que el boro debería considerarse un elemento traza esencial para el metabolismo del calcio, cobre, magnesio y la fijación de nitrógeno.

La OMS (Organización Mundial de la Salud) ha establecido que el nivel aceptable de boro en el agua es de 2,4 ppm. En Europa, los límites locales varían entre 1 y 2 ppm, y en Canadá, es de 5 ppm.

¿Cómo se elimina el boro del agua?

Debido a sus propiedades, el boro no es fácil de eliminar del agua. Las técnicas comunes como la coagulación, la sedimentación y la ósmosis inversa no son muy efectivas. Algunas instituciones de investigación, como Fundación Chile, han encontrado que usar sistemas de resinas de intercambio iónico junto con zeolitas y carbón activado es mucho más prometedor para reducir el boro en el agua.

Véase también

En inglés: Boron Facts for Kids

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• Ácido bórico
• Borano
• Borazano
• Bórax
• Boruro de magnesio