Boro

El boro es un elemento químico con el símbolo  B y número atómico  5. Producido íntegramente por espalación de rayos cósmicos y las supernovas y no por la nucleosíntesis estelar , que es un elemento de baja abundancia en el Sistema Solar y en la corteza terrestre . [11] Constituye aproximadamente el 0,001 por ciento en peso de la corteza terrestre. [12] El boro se concentra en la Tierra por la solubilidad en agua de sus compuestos naturales más comunes, los minerales de borato . Estos se extraen industrialmente como evaporitas , como el bórax.y kernita . Los mayores depósitos de boro conocidos se encuentran en Turquía , el mayor productor de minerales de boro.

Boro,  5 B
Boro R105.jpg
boro (β-romboédrico) [1]
Boro
Pronunciación/ B ɔr ɒ n / ( BOR -on )
Alótroposα-, β-romboédrico, β-tetragonal (y más )
Aparienciamarrón oscuro
Peso atómico estándar A r, estándar (B) [10.80610.821 ] convencional: 10,81
Boro en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencium Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

B

Al
berilioborocarbono
Número atómico ( Z )5
Grupogrupo 13 (grupo boro)
Períodoperíodo 2
Cuadra  bloque p
Configuración electronica[ Él ] 2s 2 2p 1
Electrones por capa2, 3
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusion2349  K (2076 ° C, 3769 ° F)
Punto de ebullición4200 K (3927 ° C, 7101 ° F)
Densidad en estado líquido (en  mp )2,08 g / cm 3
Calor de fusión50,2  kJ / mol
Calor de vaporización508 kJ / mol
Capacidad calorífica molar11,087 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 2348 2562 2822 3141 3545 4072
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−5, −1, 0, [2] +1, +2, +3 [3] [4] (un óxido ligeramente ácido )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 2,04
Energías de ionización
  • 1 °: 800,6 kJ / mol
  • 2do: 2427,1 kJ / mol
  • Tercero: 3659,7 kJ / mol
  • ( más )
Radio atómicoempírico: 90  pm
Radio covalente84 ± 3 pm
Radio de Van der Waals192 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de boro
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalina ​romboédrico
Estructura cristalina romboédrica para boro
Velocidad de sonido varilla fina16.200 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmicaForma β: 5-7 µm / (m⋅K) (a 25 ° C) [5]
Conductividad térmica27,4 W / (m⋅K)
Resistividad electrica~ 10 6  Ω⋅m (a 20 ° C)
Orden magnéticodiamagnético [6]
Susceptibilidad magnética molar−6,7 × 10 −6  cm 3 / mol [6]
Dureza de Mohs~ 9.5
Número CAS7440-42-8
Historia
DescubrimientoJoseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard [7] (30 de junio de 1808)
Primer aislamientoHumphry Davy [8] (9 de julio de 1808)
Principales isótopos de boro
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
10 B20% estable [9]
11 B80% estable [9]
El contenido de 10 B es del 19,1% al 20,3% en muestras naturales, y el resto es 11 B. [10]
Categoría Categoría: Boro
| referencias

El boro elemental es un metaloide que se encuentra en pequeñas cantidades en los meteoroides, pero el boro químicamente no combinado no se encuentra naturalmente en la Tierra. Industrialmente, el boro muy puro se produce con dificultad debido a la contaminación refractaria por carbono u otros elementos. Existen varios alótropos de boro : el boro amorfo es un polvo marrón; El boro cristalino es de plateado a negro, extremadamente duro (alrededor de 9,5 en la escala de Mohs ) y un mal conductor eléctrico a temperatura ambiente. El uso principal del boro elemental es como filamentos de boro con aplicaciones similares a las fibras de carbono en algunos materiales de alta resistencia.

El boro se utiliza principalmente en compuestos químicos. Aproximadamente la mitad de todo el boro consumido a nivel mundial es un aditivo en fibra de vidrio para materiales aislantes y estructurales. El siguiente uso principal es en polímeros y cerámicas en materiales estructurales y refractarios ligeros y de alta resistencia. El vidrio de borosilicato es deseable por su mayor fuerza y ​​resistencia al choque térmico que el vidrio ordinario de cal sodada. El boro como perborato de sodio se usa como blanqueador . Se utiliza una pequeña cantidad de boro como dopante en semiconductores y reactivos intermedios en la síntesis de productos químicos orgánicos finos . Se utilizan o están en estudio algunos productos farmacéuticos orgánicos que contienen boro. El boro natural se compone de dos isótopos estables, uno de los cuales ( boro-10 ) tiene varios usos como agente de captura de neutrones.

La intersección del boro con la biología es muy pequeña. Falta consenso sobre el boro como esencial para la vida de los mamíferos. Los boratos tienen baja toxicidad en mamíferos (similar a la sal de mesa ) pero son más tóxicos para los artrópodos y ocasionalmente se usan como insecticidas . Se conocen antibióticos orgánicos que contienen boro. Aunque solo se requieren trazas, el boro es un nutriente esencial para las plantas.

La palabra boro se acuñó a partir del bórax , el mineral del que se aisló, por analogía con el carbono , al que el boro se asemeja químicamente.

Sasolita

El bórax en su forma mineral (entonces conocido como tincal) se usó por primera vez como glaseado, comenzando en China alrededor del año 300 d.C. Un poco de bórax crudo viajó hacia el oeste, y aparentemente fue mencionado por el alquimista Jābir ibn Hayyān alrededor del año 700 d. C. Marco Polo trajo algunos esmaltes a Italia en el siglo XIII. Agricola, alrededor del 1600 d.C., informó del uso del bórax como fundente en la metalurgia . En 1777, el ácido bórico se reconoció en las aguas termales ( soffioni ) cerca de Florencia , Italia, momento en el que se conoció como sal sedativum , con aparentes beneficios médicos. El mineral recibió el nombre de sassolita , en honor a Sasso Pisano en Italia. Sasso fue la principal fuente de bórax europeo desde 1827 hasta 1872, cuando las fuentes estadounidenses lo reemplazaron. [13] [14] Los compuestos de boro se usaron relativamente raramente hasta finales de 1800, cuando la Pacific Coast Borax Company de Francis Marion Smith se popularizó por primera vez y los produjo en volumen a bajo costo. [15]

El boro no fue reconocido como un elemento hasta que fue aislado por Sir Humphry Davy [8] y por Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard . [7] En 1808, Davy observó que la corriente eléctrica enviada a través de una solución de boratos producía un precipitado marrón en uno de los electrodos. En sus experimentos posteriores, usó potasio para reducir el ácido bórico en lugar de la electrólisis . Produjo suficiente boro para confirmar un nuevo elemento y lo nombró boracium . [8] Gay-Lussac y Thénard utilizaron hierro para reducir el ácido bórico a altas temperaturas. Al oxidar el boro con aire, demostraron que el ácido bórico es un producto de oxidación del boro. [7] [16] Jöns Jacob Berzelius identificó al boro como un elemento en 1824. [17] Se podría decir que el boro puro fue producido por primera vez por el químico estadounidense Ezekiel Weintraub en 1909. [18] [19] [20]

Las primeras rutas al boro elemental implicaron la reducción del óxido bórico con metales como el magnesio o el aluminio . Sin embargo, el producto casi siempre está contaminado con boruros de esos metales. El boro puro se puede preparar reduciendo los haluros de boro volátiles con hidrógeno a altas temperaturas. El boro ultrapuro para su uso en la industria de los semiconductores se produce mediante la descomposición del diborano a altas temperaturas y luego se purifica mediante los procesos de fusión por zonas o Czochralski . [21]

La producción de compuestos de boro no implica la formación de boro elemental, pero aprovecha la conveniente disponibilidad de boratos.

Alótropos

Trozos de boro

El boro es similar al carbono en su capacidad para formar redes moleculares con enlaces covalentes estables . Incluso el boro nominalmente desordenado ( amorfo ) contiene icosaedros de boro regulares que, sin embargo, se unen aleatoriamente entre sí sin un orden de largo alcance . [22] [23] El boro cristalino es un material negro muy duro con un punto de fusión superior a 2000 ° C. Forma cuatro polimorfos principales : α-romboédrico y β-romboédrico (α-R y β-R), γ y β-tetragonal (β-T); La fase α-tetragonal también existe (α-T), pero es muy difícil de producir sin una contaminación significativa. La mayoría de las fases se basan en icosaedros B 12 , pero la fase γ se puede describir como una disposición de tipo sal - roca de los pares atómicos icosaedros y B 2 . [24] Puede producirse comprimiendo otras fases de boro a 12-20 GPa y calentando a 1500-1800 ° C; permanece estable después de liberar la temperatura y la presión. La fase T se produce a presiones similares, pero a temperaturas más altas de 1800 a 2200 ° C. En cuanto a las fases α y β, ambas podrían coexistir en condiciones ambientales, siendo la fase β más estable. [24] [25] [26] La compresión de boro por encima de 160 GPa produce una fase de boro con una estructura aún desconocida, y esta fase es un superconductor a temperaturas de 6 a 12 K. [27] Moléculas de borosfera ( B 40 similar al fullereno ) ) y borofeno (propuesta de estructura similar al grafeno ) se describieron en 2014.

Fase de boro α-R β-R γ β-T
Simetría Romboédrico Romboédrico Ortorrómbico Tetragonal
Átomos / celda unitaria [24]12 ~ 105 28
Densidad (g / cm 3 ) [28] [29] [30] [31]2,46 2,35 2.52 2,36
Dureza Vickers (GPa) [32] [33]42 45 50–58
Módulo volumétrico (GPa) [33] [34]185 224 227
Bandbap (eV) [33] [35]2 1,6 2.1

Química del elemento

El boro elemental es raro y poco estudiado porque el material puro es extremadamente difícil de preparar. La mayoría de los estudios de "boro" involucran muestras que contienen pequeñas cantidades de carbono. El comportamiento químico del boro se parece más al del silicio que al del aluminio . El boro cristalino es químicamente inerte y resistente al ataque de ácido fluorhídrico o clorhídrico hirviendo . Cuando está finamente dividido, es atacado lentamente por peróxido de hidrógeno concentrado caliente, ácido nítrico concentrado caliente, ácido sulfúrico caliente o una mezcla caliente de ácidos sulfúrico y crómico . [19]

La tasa de oxidación del boro depende de la cristalinidad, el tamaño de las partículas, la pureza y la temperatura. El boro no reacciona con el aire a temperatura ambiente, pero a temperaturas más altas se quema para formar trióxido de boro : [36]

4 B + 3 O 2 → 2 B 2 O 3
Modelo de bola y palo del anión tetraborato, [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2− , como ocurre en el bórax cristalino, Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ] · 8H 2 O. Los átomos de boro son rosa, con oxígenos puente en rojo y cuatro hidrógenos hidroxilo en blanco. Tenga en cuenta que dos boros están unidos trigonalmente sp 2 sin carga formal, mientras que los otros dos boros están unidos tetraédricamente sp 3 , cada uno con una carga formal de -1. El estado de oxidación de todos los boros es III. Esta mezcla de números de coordinación de boro y cargas formales es característica de los minerales de boro naturales.

El boro se somete a halogenación para dar trihaluros; por ejemplo,

2 B + 3 Br 2 → 2 BBr 3

En la práctica, el tricloruro se prepara normalmente a partir del óxido. [36]

Estructura atomica

El boro es el elemento más ligero que tiene un electrón en un orbital p en su estado fundamental. Pero, a diferencia de la mayoría de los otros elementos p , rara vez obedece a la regla del octeto y normalmente coloca sólo seis electrones [37] (en tres orbitales moleculares ) en su capa de valencia . El boro es el prototipo del grupo del boro (el grupo IUPAC  13), aunque los otros miembros de este grupo son metales y elementos p más típicos (solo el aluminio comparte hasta cierto punto la aversión del boro a la regla del octeto).

Compuestos químicos

Estructura de trifluoruro de boro (III) , que muestra el orbital p de boro "vacío" en enlaces covalentes de coordenadas de tipo pi

En los compuestos más familiares, el boro tiene el estado de oxidación formal III. Estos incluyen óxidos, sulfuros, nitruros y haluros. [36]

Los trihaluros adoptan una estructura trigonal plana. Estos compuestos son ácidos de Lewis porque forman fácilmente aductos con donantes de pares de electrones, que se denominan bases de Lewis . Por ejemplo, el fluoruro (F - ) y el trifluoruro de boro (BF 3 ) se combinaron para dar el anión tetrafluoroborato , BF 4 - . El trifluoruro de boro se utiliza en la industria petroquímica como catalizador. Los haluros reaccionan con el agua para formar ácido bórico . [36]

El boro se encuentra en la naturaleza en la Tierra casi en su totalidad como varios óxidos de B (III), a menudo asociados con otros elementos. Más de cien minerales de borato contienen boro en estado de oxidación +3. Estos minerales se parecen a los silicatos en algunos aspectos, aunque el boro se encuentra a menudo no solo en una coordinación tetraédrica con el oxígeno, sino también en una configuración plana trigonal. A diferencia de los silicatos, los minerales de boro nunca contienen boro con un número de coordinación superior a cuatro. Un motivo típico está ejemplificado por los aniones tetraborato del bórax mineral común , que se muestra a la izquierda. La carga formal negativa del centro de borato tetraédrico se equilibra con cationes metálicos en los minerales, como el sodio (Na + ) en el bórax. [36] El grupo de turmalina de borato-silicatos es también un grupo mineral muy importante que contiene boro, y también se sabe que existen varios borosilicatos de forma natural. [38]

Modelos de bolas y palos que muestran las estructuras de los esqueletos de boro de los grupos de boranos . Las estructuras se pueden racionalizar mediante la teoría de pares de electrones esqueléticos poliédricos . [39]

Los boranos son compuestos químicos de boro e hidrógeno, con la fórmula genérica de B x H y . Estos compuestos no se encuentran en la naturaleza. Muchos de los boranos se oxidan fácilmente en contacto con el aire, algunos violentamente. El miembro padre BH 3 se llama borano, pero solo se conoce en estado gaseoso y se dimeriza para formar diborano, B 2 H 6 . Los boranos más grandes consisten en grupos de boro que son poliédricos, algunos de los cuales existen como isómeros. Por ejemplo, los isómeros de B 20 H 26 se basan en la fusión de dos grupos de 10 átomos.

Los boranos más importantes son el diborano B 2 H 6 y dos de sus productos de pirólisis, el pentaborano B 5 H 9 y el decaborano B 10 H 14 . Se conocen un gran número de hidruros de boro aniónicos, p. Ej. [B 12 H 12 ] 2− .

El número de oxidación formal en los boranos es positivo y se basa en la suposición de que el hidrógeno se cuenta como -1 como en los hidruros metálicos activos. El número medio de oxidación de los boros es simplemente la proporción de hidrógeno a boro en la molécula. Por ejemplo, en diborano B 2 H 6 , el estado de oxidación de boro es 3, pero en decaborano B 10 H 14 , es 7 / 5 o 1,4. En estos compuestos, el estado de oxidación del boro a menudo no es un número entero.

Los nitruros de boro destacan por la variedad de estructuras que adoptan. Exhiben estructuras análogas a varios alótropos de carbono , incluidos grafito, diamante y nanotubos. En la estructura similar al diamante, llamada nitruro de boro cúbico (nombre comercial Borazon ), los átomos de boro existen en la estructura tetraédrica de los átomos de carbono en el diamante, pero uno de cada cuatro enlaces BN puede verse como un enlace covalente coordinado , en el que se donan dos electrones. por el átomo de nitrógeno que actúa como la base de Lewis para un enlace al centro ácido de boro (III) de Lewis . El nitruro de boro cúbico, entre otras aplicaciones, se utiliza como abrasivo, ya que tiene una dureza comparable a la del diamante (las dos sustancias son capaces de producir arañazos entre sí). En el compuesto BN análogo del grafito, el nitruro de boro hexagonal (h-BN), los átomos de boro cargados positivamente y de nitrógeno cargados negativamente en cada plano se encuentran adyacentes al átomo cargado opuestamente en el siguiente plano. En consecuencia, el grafito y el h-BN tienen propiedades muy diferentes, aunque ambos son lubricantes, ya que estos planos se cruzan fácilmente. Sin embargo, h-BN es un conductor eléctrico y térmico relativamente pobre en las direcciones planas. [40] [41]

Química organoboro

Se conocen un gran número de compuestos de organoboro y muchos son útiles en síntesis orgánica . Muchos se producen a partir de hidroboración , que emplea diborano , B 2 H 6 , un químico borano simple . Los compuestos de organoboro (III) son habitualmente tetraédricos o trigonales planos, por ejemplo, tetrafenilborato , [B (C 6 H 5 ) 4 ] - frente a trifenilborano , B (C 6 H 5 ) 3 . Sin embargo, múltiples átomos de boro que reaccionan entre sí tienen una tendencia a formar nuevas estructuras dodecaédricas (12 caras) e icosaédricas (20 caras) compuestas completamente por átomos de boro, o con números variables de heteroátomos de carbono.

Los compuestos químicos de organoboro se han empleado en usos tan diversos como el carburo de boro (ver más abajo), una cerámica compleja muy dura compuesta de aniones y cationes de racimo de boro-carbono, hasta carboranos , compuestos químicos de racimo de carbono-boro que pueden halogenarse para formar estructuras reactivas que incluyen ácido carborano , un superácido . Como ejemplo, los carboranos forman restos moleculares útiles que añaden cantidades considerables de boro a otros productos bioquímicos con el fin de sintetizar compuestos que contienen boro para la terapia de captura de neutrones de boro para el cáncer.

Compuestos de B (I) y B (II)

Como anticiparon sus grupos de hidruros , el boro forma una variedad de compuestos estables con un estado de oxidación formal menor de tres. B 2 F 4 y B 4 Cl 4 están bien caracterizados. [42]

Modelo de bola y palo de diboruro de magnesio superconductor. Los átomos de boro se encuentran en capas hexagonales similares al grafito aromático, con una carga de -1 en cada átomo de boro. Los iones de magnesio (II) se encuentran entre las capas

Los compuestos binarios de metal-boro, los boruros metálicos, contienen boro en estados de oxidación negativos. Es ilustrativo el diboruro de magnesio (MgB 2 ). Cada átomo de boro tiene una carga formal -1 y al magnesio se le asigna una carga formal de +2. En este material, los centros de boro son planos trigonales con un doble enlace extra para cada boro, formando láminas similares al carbono del grafito . Sin embargo, a diferencia del nitruro de boro hexagonal, que carece de electrones en el plano de los átomos covalentes, los electrones deslocalizados en el diboruro de magnesio le permiten conducir electricidad de manera similar al grafito isoelectrónico. En 2001, se descubrió que este material era un superconductor de alta temperatura . [43] [44] Es un superconductor en desarrollo activo. Un proyecto en el CERN para fabricar cables MgB 2 ha dado como resultado cables de prueba superconductores capaces de transportar 20.000 amperios para aplicaciones de distribución de corriente extremadamente alta, como la versión contemplada de alta luminosidad del gran colisionador de hadrones . [45]

Algunos otros boruros metálicos encuentran aplicaciones especializadas como materiales duros para herramientas de corte. [46] A menudo, el boro en los boruros tiene estados de oxidación fraccionados, como -1/3 en el hexaboruro de calcio (CaB 6 ).

Desde la perspectiva estructural, los compuestos químicos más característicos del boro son los hidruros. En esta serie se incluyen los compuestos de clúster dodecaborato ( B
12
H2−
12
), decaborano (B 10 H 14 ) y los carboranos tales como C 2 B 10 H 12 . De manera característica, estos compuestos contienen boro con números de coordinación superiores a cuatro. [36]

Isótopos

El boro tiene dos isótopos naturales y estables , 11 B (80,1%) y 10 B (19,9%). La diferencia de masa da como resultado un amplio rango de valores de δ 11 B, que se definen como una diferencia fraccionaria entre el 11 B y el 10 B y tradicionalmente se expresan en partes por mil, en aguas naturales que van de −16 a +59. Hay 13 isótopos conocidos de boro, el isótopo de vida más corta es el 7 B, que se desintegra por emisión de protones y desintegración alfa . Tiene una vida media de 3,5 × 10 −22 s. El fraccionamiento isotópico del boro está controlado por las reacciones de intercambio de las especies de boro B (OH) 3 y [B (OH) 4 ] - . Los isótopos de boro también se fraccionan durante la cristalización del mineral, durante los cambios de fase de H 2 O en los sistemas hidrotermales y durante la alteración hidrotermal de la roca . El último efecto da como resultado la eliminación preferencial del ión [ 10 B (OH) 4 ] - sobre las arcillas. Da lugar a soluciones enriquecidas en 11 B (OH) 3 y, por lo tanto, puede ser responsable del gran enriquecimiento de 11 B en el agua de mar en relación con la corteza oceánica y la corteza continental ; esta diferencia puede actuar como una firma isotópica . [47]

El exótico 17 B exhibe un halo nuclear , es decir, su radio es apreciablemente mayor que el predicho por el modelo de gota de líquido . [48]

El isótopo 10 B es útil para capturar neutrones térmicos (ver sección transversal de neutrones # Secciones transversales típicas ). La industria nuclear enriquece el boro natural hasta casi 10 B. El subproducto menos valioso, el boro empobrecido, es casi 11 B.

Enriquecimiento comercial de isótopos

Debido a su alta sección transversal de neutrones, el boro-10 se usa a menudo para controlar la fisión en reactores nucleares como sustancia capturadora de neutrones. [49] Se han desarrollado varios procesos de enriquecimiento a escala industrial; sin embargo, sólo se utilizan la destilación a vacío fraccionada del aducto de dimetiléter de trifluoruro de boro (DME-BF 3 ) y la cromatografía en columna de boratos. [50] [51]

Boro enriquecido (boro-10)

Sección transversal de neutrones de boro (la curva superior es para 10 B y la curva inferior para 11 B)

El boro enriquecido o 10 B se utiliza tanto en el blindaje contra la radiación y es el nucleido principal utilizado en la terapia de captura de neutrones del cáncer . En el último ("terapia de captura de neutrones de boro" o BNCT), un compuesto que contiene 10 B se incorpora a un producto farmacéutico que es absorbido selectivamente por un tumor maligno y los tejidos cercanos a él. A continuación, se trata al paciente con un haz de neutrones de baja energía a una dosis de radiación de neutrones relativamente baja. Sin embargo, los neutrones desencadenan partículas alfa secundarias energéticas y de corto alcance y radiación de iones pesados ​​de litio-7 que son productos de la reacción nuclear boro + neutrón , y esta radiación de iones bombardea adicionalmente el tumor, especialmente desde el interior de las células tumorales. [52] [53] [54] [55]

En los reactores nucleares, el 10 B se utiliza para el control de la reactividad y en los sistemas de parada de emergencia . Puede servir en forma de barras de control de borosilicato o como ácido bórico . En los reactores de agua a presión , se agrega ácido bórico 10 B al refrigerante del reactor cuando la planta se apaga para repostar. Luego se filtra lentamente durante muchos meses a medida que se agota el material fisionable y el combustible se vuelve menos reactivo. [56]

En futuras naves espaciales interplanetarias tripuladas, 10 B tiene un papel teórico como material estructural (como fibras de boro o material de nanotubos BN ) que también cumpliría un papel especial en el escudo de radiación. Una de las dificultades al tratar con los rayos cósmicos , que en su mayoría son protones de alta energía, es que parte de la radiación secundaria de la interacción de los rayos cósmicos y los materiales de la nave espacial son neutrones de espalación de alta energía . Dichos neutrones pueden ser moderados por materiales con alto contenido de elementos ligeros, como el polietileno , pero los neutrones moderados continúan siendo un peligro de radiación a menos que se absorban activamente en el blindaje. Entre los elementos ligeros que absorben neutrones térmicos, el 6 Li y el 10 B aparecen como posibles materiales estructurales de las naves espaciales que sirven tanto para el refuerzo mecánico como para la protección radiológica. [57]

Boro empobrecido (boro-11)

Semiconductores endurecidos por radiación

La radiación cósmica producirá neutrones secundarios si golpea las estructuras de las naves espaciales. Esos neutrones serán capturados en 10 B, si está presente en los semiconductores de la nave espacial , produciendo un rayo gamma , una partícula alfa y un ión de litio . Esos productos de desintegración resultantes pueden irradiar estructuras cercanas de "chips" de semiconductores, provocando pérdida de datos (cambio de bits o alteración de un solo evento ). En los diseños de semiconductores endurecidos por radiación , una contramedida es usar boro empobrecido , que está muy enriquecido en 11 B y casi no contiene 10 B. Esto es útil porque el 11 B es en gran parte inmune al daño por radiación. El boro empobrecido es un subproducto de la industria nuclear . [56]

Fusión protón-boro

El 11 B también es candidato como combustible para la fusión aneutrónica . Cuando es golpeado por un protón con una energía de aproximadamente 500 k eV , produce tres partículas alfa y 8,7 MeV de energía. La mayoría de las otras reacciones de fusión que involucran hidrógeno y helio producen radiación de neutrones penetrante, que debilita las estructuras del reactor e induce radiactividad a largo plazo, poniendo así en peligro al personal operativo. Sin embargo, las partículas alfa de la fusión 11 B se pueden convertir directamente en energía eléctrica y toda la radiación se detiene tan pronto como se apaga el reactor. [58]

Espectroscopia de RMN

Tanto 10 B como 11 B poseen espín nuclear . El espín nuclear de 10 B es 3 y el de 11 B es3/2. Estos isótopos son, por tanto, útiles en espectroscopia de resonancia magnética nuclear ; y los espectrómetros especialmente adaptados para detectar los núcleos de boro-11 están disponibles comercialmente. Los núcleos 10 B y 11 B también provocan la división en las resonancias de los núcleos unidos. [59]

Ocurrencia

Un fragmento de ulexita
Cristales de bórax

El boro es raro en el Universo y el sistema solar debido a la formación de trazas en el Big Bang y en las estrellas. Se forma en cantidades menores en la nucleosíntesis de espalación de rayos cósmicos y se puede encontrar no combinado en polvo cósmico y materiales de meteoritos .

En el ambiente de alto oxígeno de la Tierra, el boro siempre se encuentra completamente oxidado a borato. El boro no aparece en la Tierra en forma elemental. Se detectaron trazas extremadamente pequeñas de boro elemental en el regolito lunar. [60] [61]

Aunque el boro es un elemento relativamente raro en la corteza terrestre, que representa solo el 0,001% de la masa de la corteza, puede estar altamente concentrado por la acción del agua, en la que muchos boratos son solubles. Se encuentra naturalmente combinado en compuestos como el bórax y el ácido bórico (a veces se encuentra en aguas de manantiales volcánicos ). Se conocen alrededor de cien minerales de borato .

El 5 de septiembre de 2017, los científicos informaron que el rover Curiosity detectó boro, un ingrediente esencial para la vida en la Tierra , en el planeta Marte . Tal hallazgo, junto con descubrimientos previos de que el agua pudo haber estado presente en el antiguo Marte, respalda aún más la posible habitabilidad temprana del cráter Gale en Marte. [62] [63]

Las fuentes económicamente importantes de boro son los minerales colemanita , rasorita ( kernita ), ulexita y tincal . Juntos, estos constituyen el 90% del mineral extraído que contiene boro. Los mayores depósitos de bórax mundial conocidos, muchos aún sin explotar, se encuentran en el centro y oeste de Turquía , incluidas las provincias de Eskişehir , Kütahya y Balıkesir . [64] [65] [66] Las reservas mineras de mineral de boro probadas a nivel mundial superan los mil millones de toneladas métricas, frente a una producción anual de alrededor de cuatro millones de toneladas. [67]

Turquía y Estados Unidos son los mayores productores de productos de boro. Turquía produce aproximadamente la mitad de la demanda mundial anual, a través de Eti Mine Works (en turco : Eti Maden İşletmeleri ), una empresa minera y química estatal turca que se centra en productos de boro. Tiene el monopolio del gobierno sobre la extracción de minerales de borato en Turquía, que posee el 72% de los depósitos conocidos del mundo. [68] En 2012, tenía una participación del 47% en la producción mundial de minerales de borato, por delante de su principal competidor, Rio Tinto Group . [69]

Casi una cuarta parte (23%) de la producción mundial de boro proviene de la única mina de bórax Rio Tinto (también conocida como la mina de bórax boro de EE. UU.) 35 ° 2′34.447 ″ N 117 ° 40′45.412 ″ W / 35.04290194 ° N 117.67928111 ° W / 35.04290194; -117.67928111 ( Mina de bórax de Rio Tinto )cerca de Boron, California . [70] [71]

Tendencia del mercado

El costo promedio del boro cristalino es de $ 5 / g. [72] El boro libre se utiliza principalmente en la fabricación de fibras de boro, donde se deposita por deposición de vapor químico en un núcleo de tungsteno (ver más abajo). Las fibras de boro se utilizan en aplicaciones de compuestos ligeros, como cintas de alta resistencia. Este uso es una fracción muy pequeña del uso total de boro. El boro se introduce en los semiconductores como compuestos de boro, mediante implantación de iones.

El consumo mundial estimado de boro (casi en su totalidad como compuestos de boro) fue de alrededor de 4 millones de toneladas de B 2 O 3 en 2012. Las capacidades de extracción y refinación de boro se consideran adecuadas para alcanzar los niveles de crecimiento esperados durante la próxima década.

La forma en que se consume el boro ha cambiado en los últimos años. El uso de minerales como la colemanita ha disminuido debido a las preocupaciones sobre el contenido de arsénico . Los consumidores se han inclinado hacia el uso de boratos refinados y ácido bórico que tienen un menor contenido de contaminantes.

La creciente demanda de ácido bórico ha llevado a varios productores a invertir en capacidad adicional. Eti Mine Works, de propiedad estatal de Turquía, abrió una nueva planta de ácido bórico con una capacidad de producción de 100.000 toneladas por año en Emet en 2003. Rio Tinto Group aumentó la capacidad de su planta de boro de 260.000 toneladas por año en 2003 a 310.000 toneladas por año en Mayo de 2005, con planes de aumentar esta cantidad a 366.000 toneladas por año en 2006. Los productores chinos de boro no han podido satisfacer la creciente demanda de boratos de alta calidad. Esto ha llevado a que las importaciones de tetraborato de sodio ( bórax ) se hayan multiplicado por cien entre 2000 y 2005 y que las importaciones de ácido bórico se hayan incrementado en un 28% anual durante el mismo período. [73] [74]

El aumento de la demanda mundial ha sido impulsado por las altas tasas de crecimiento en la producción de fibra de vidrio , fibra de vidrio y artículos de vidrio de borosilicato . Un rápido aumento en la fabricación de fibra de vidrio que contiene boro de grado de refuerzo en Asia ha compensado el desarrollo de fibra de vidrio de grado de refuerzo sin boro en Europa y Estados Unidos. Los recientes aumentos de los precios de la energía pueden conducir a un mayor uso de fibra de vidrio de grado aislante, con el consiguiente aumento del consumo de boro. Roskill Consulting Group pronostica que la demanda mundial de boro crecerá un 3,4% anual hasta alcanzar los 21 millones de toneladas en 2010. Se espera que el mayor crecimiento de la demanda se produzca en Asia, donde la demanda podría aumentar en un promedio del 5,7% anual. [73] [75]

Casi todo el mineral de boro extraído de la Tierra se destina al refinamiento en ácido bórico y tetraborato de sodio pentahidratado . En los Estados Unidos, el 70% del boro se utiliza para la producción de vidrio y cerámica. [76] [77] El principal uso global a escala industrial de compuestos de boro (aproximadamente 46% de la utilización final) es en la producción de fibra de vidrio para aislantes y estructurales que contienen boro fiberglasses , sobre todo en Asia. El boro se agrega al vidrio como bórax pentahidratado u óxido de boro, para influir en la resistencia o las cualidades fundentes de las fibras de vidrio. [78] Otro 10% de la producción mundial de boro corresponde al vidrio de borosilicato que se utiliza en cristalería de alta resistencia. Aproximadamente el 15% del boro global se utiliza en cerámicas de boro, incluidos los materiales superduros que se describen a continuación. La agricultura consume el 11% de la producción mundial de boro y los blanqueadores y detergentes alrededor del 6%. [79]

Fibra de boro elemental

Las fibras de boro (filamentos de boro) son materiales ligeros y de alta resistencia que se utilizan principalmente para estructuras aeroespaciales avanzadas como componente de materiales compuestos , así como para artículos deportivos y de consumo de producción limitada, como palos de golf y cañas de pescar . [80] [81] Las fibras se pueden producir mediante la deposición química de vapor de boro en un filamento de tungsteno . [82] [83]

Las fibras de boro y los resortes de boro cristalino de tamaño submilimétrico se producen mediante deposición de vapor químico asistida por láser . La traslación del rayo láser enfocado permite la producción de incluso estructuras helicoidales complejas. Estas estructuras presentan buenas propiedades mecánicas ( módulo elástico 450 GPa, deformación por rotura 3,7%, tensión de rotura 17 GPa) y pueden aplicarse como refuerzo de cerámicas o en sistemas micromecánicos . [84]

Fibra de vidrio boronada

La fibra de vidrio es un polímero reforzado con fibra hecho de plástico reforzado con fibras de vidrio , comúnmente tejido en una estera. Las fibras de vidrio utilizadas en el material están hechas de varios tipos de vidrio dependiendo del uso de fibra de vidrio. Todos estos vidrios contienen sílice o silicato, con cantidades variables de óxidos de calcio, magnesio y, a veces, boro. El boro está presente como borosilicato, bórax u óxido de boro, y se agrega para aumentar la resistencia del vidrio, o como un agente fundente para disminuir la temperatura de fusión de la sílice , que es demasiado alta para trabajar fácilmente en su forma pura para hacer fibras de vidrio.

Los vidrios con alto contenido de boro que se usan en fibra de vidrio son vidrio E (llamado así por su uso "eléctrico", pero ahora es la fibra de vidrio más común para uso general). El vidrio E es un vidrio de aluminoborosilicato con menos del 1% p / p de óxidos alcalinos, que se utiliza principalmente para plásticos reforzados con vidrio. Otros vidrios comunes con alto contenido de boro incluyen el vidrio C, un vidrio de cal alcalino con alto contenido de óxido de boro, utilizado para fibras cortadas de vidrio y aislamiento, y el vidrio D, un vidrio de borosilicato , llamado así por su baja constante D ielectrica). [85]

No todas las fibras de vidrio contienen boro, pero a escala mundial, la mayor parte de la fibra de vidrio utilizada sí lo contiene. Debido al uso omnipresente de la fibra de vidrio en la construcción y el aislamiento, las fibras de vidrio que contienen boro consumen la mitad de la producción mundial de boro y son el mercado comercial de boro más grande.

Vidrio de borosilicato

Cristalería de borosilicato. Se muestran dos vasos de precipitados y un tubo de ensayo.

El vidrio de borosilicato , que normalmente tiene un 12-15% de B 2 O 3 , un 80% de SiO 2 y un 2% de Al 2 O 3 , tiene un bajo coeficiente de expansión térmica , lo que le confiere una buena resistencia al choque térmico . "Duran" de Schott AG y Pyrex de marca registrada de Owens-Corning son dos de las principales marcas de este vidrio, que se utilizan tanto en cristalería de laboratorio como en utensilios de cocina y para hornear de consumo , principalmente por esta resistencia. [86]

Cerámica de carburo de boro

Celda unitaria de B 4 C. La esfera verde y el icosaedro constan de átomos de boro y las esferas negras son átomos de carbono. [87]

Varios compuestos de boro son conocidos por su extrema dureza y tenacidad. El carburo de boro es un material cerámico que se obtiene descomponiendo B 2 O 3 con carbono en un horno eléctrico:

2 B 2 O 3 + 7 C → B 4 C + 6 CO

La estructura del carburo de boro es solo aproximadamente B 4 C, y muestra un claro agotamiento de carbono de esta relación estequiométrica sugerida. Esto se debe a su estructura muy compleja. La sustancia se puede ver con la fórmula empírica B 12 C 3 (es decir, con el dodecaedro B 12 como motivo), pero con menos carbono, ya que las unidades C 3 sugeridas se reemplazan con cadenas CBC, y algunos octaedros más pequeños (B 6 ) son presente también (ver el artículo de carburo de boro para análisis estructural). El polímero repetido más la estructura semicristalina del carburo de boro le confiere una gran resistencia estructural por peso. Se utiliza en blindaje de tanques , chalecos antibalas y muchas otras aplicaciones estructurales.

La capacidad del carburo de boro para absorber neutrones sin formar radionucleidos de larga duración (especialmente cuando está dopado con boro-10 extra) hace que el material sea atractivo como absorbente de la radiación de neutrones que surge en las centrales nucleares . [88] Las aplicaciones nucleares del carburo de boro incluyen blindaje, barras de control y pastillas de apagado. Dentro de las barras de control, el carburo de boro a menudo se pulveriza para aumentar su superficie. [89]

Compuestos abrasivos y de alta dureza

Propiedades mecánicas de los sólidos BCN [90] y ReB 2 [91]
Material Diamante cúbico-BC 2 Ncúbico-BC 5BN cúbico B 4 CReB 2
Dureza Vickers (GPa)115 76 71 62 38 22
Tenacidad a la fractura (MPa m 1⁄2 )5.3 4.5 9.5 6,8 3,5

Los polvos de carburo de boro y nitruro de boro cúbico se utilizan ampliamente como abrasivos. El nitruro de boro es un material isoelectrónico al carbono . Similar al carbono, tiene formas hexagonales (h-BN suave similar al grafito) y cúbica (c-BN dura, similar al diamante). El h-BN se utiliza como componente y lubricante para altas temperaturas. c-BN, también conocido con el nombre comercial de borazon , [92] es un abrasivo superior. Su dureza es solo un poco menor que la del diamante, pero su estabilidad química es superior. El heterodiamante (también llamado BCN) es otro compuesto de boro similar al diamante.

Metalurgia

El boro se agrega a los aceros al boro a un nivel de unas pocas partes por millón para aumentar la templabilidad. Se añaden porcentajes más altos a los aceros utilizados en la industria nuclear debido a la capacidad de absorción de neutrones del boro.

El boro también puede aumentar la dureza de la superficie de aceros y aleaciones mediante el borrado . Además, los boruros metálicos se utilizan para revestir herramientas a través de la deposición química de vapor o la deposición física de vapor . La implantación de iones de boro en metales y aleaciones, mediante la implantación de iones o la deposición por haz de iones , da como resultado un aumento espectacular de la resistencia superficial y la microdureza. La aleación láser también se ha utilizado con éxito para el mismo propósito. Estos boruros son una alternativa a las herramientas recubiertas de diamante y sus superficies (tratadas) tienen propiedades similares a las del boruro a granel. [93]

Por ejemplo, el diboruro de renio se puede producir a presiones ambientales, pero es bastante caro debido al renio. La dureza de ReB 2 presenta una anisotropía considerable debido a su estructura estratificada hexagonal. Su valor es comparable al del carburo de tungsteno , carburo de silicio , diboruro de titanio o diboruro de circonio . [91] De manera similar, los compuestos de AlMgB 14 + TiB 2 poseen alta dureza y resistencia al desgaste y se utilizan a granel o como recubrimientos para componentes expuestos a altas temperaturas y cargas de desgaste. [94]

Formulaciones de detergentes y agentes blanqueadores

El bórax se utiliza en varios productos de limpieza y lavandería para el hogar, [95] incluido el refuerzo de lavandería " 20 Mule Team Borax " y el jabón de manos en polvo " Boraxo ". También está presente en algunas fórmulas de blanqueamiento dental . [77]

El perborato de sodio sirve como fuente de oxígeno activo en muchos detergentes , detergentes para ropa , productos de limpieza y blanqueadores para ropa . Sin embargo, a pesar de su nombre, el blanqueador para ropa "Borateem" ya no contiene ningún compuesto de boro, sino que utiliza percarbonato de sodio como agente blanqueador. [96]

Insecticidas

El ácido bórico se utiliza como insecticida, especialmente contra hormigas, pulgas y cucarachas. [97]

Semiconductores

El boro es un dopante útil para semiconductores como el silicio , el germanio y el carburo de silicio . Al tener un electrón de valencia menos que el átomo anfitrión, dona un agujero que da como resultado una conductividad de tipo p . El método tradicional de introducir boro en semiconductores es mediante su difusión atómica a altas temperaturas. Este proceso utiliza fuentes de boro sólidas (B 2 O 3 ), líquidas (BBr 3 ) o gaseosas (B 2 H 6 o BF 3 ). Sin embargo, después de la década de 1970, fue reemplazado principalmente por la implantación de iones , que se basa principalmente en BF 3 como fuente de boro. [98] El gas tricloruro de boro también es una sustancia química importante en la industria de los semiconductores, sin embargo, no para el dopaje sino para el grabado con plasma de metales y sus óxidos. [99] El trietilborano también se inyecta en reactores de deposición de vapor como fuente de boro. [ cita requerida ] Algunos ejemplos son la deposición por plasma de películas de carbono duro que contienen boro, películas de nitruro de silicio-nitruro de boro y para el dopado de películas de diamante con boro. [100]

Imanes

El boro es un componente de los imanes de neodimio (Nd 2 Fe 14 B), que se encuentran entre los tipos más fuertes de imán permanente. Estos imanes se encuentran en una variedad de dispositivos electromecánicos y electrónicos, tales como sistemas de imágenes médicas de resonancia magnética (MRI), en motores y actuadores compactos y relativamente pequeños . Por ejemplo, los reproductores de discos duros (unidades de disco duro), CD (disco compacto) y DVD (disco versátil digital) de computadora dependen de motores de imán de neodimio para ofrecer una potencia rotatoria intensa en un paquete notablemente compacto. En los teléfonos móviles, los imanes 'Neo' proporcionan el campo magnético que permite que los altavoces pequeños proporcionen una potencia de audio apreciable. [101]

Blindaje y absorbedor de neutrones en reactores nucleares

El blindaje de boro se utiliza como control para reactores nucleares , aprovechando su alta sección transversal para la captura de neutrones. [102]

En los reactores de agua a presión, se utiliza una concentración variable de ácido borónico en el agua de refrigeración como veneno de neutrones para compensar la reactividad variable del combustible. Cuando se insertan nuevas barras, la concentración de ácido borónico es máxima y se reduce durante la vida útil. [103]

Otros usos no médicos

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Lanzamiento del cohete Apolo 15 Saturno V, utilizando un encendedor de trietilborano
  • Debido a su llama verde distintiva, el boro amorfo se utiliza en bengalas pirotécnicas . [104]
  • Los adhesivos a base de almidón y caseína contienen tetraborato de sodio decahidratado (Na 2 B 4 O 7 · 10 H 2 O)
  • Algunos sistemas anticorrosión contienen bórax. [105]
  • Los boratos de sodio se utilizan como fundente para soldar plata y oro y con cloruro de amonio para soldar metales ferrosos. [106] También son aditivos retardadores del fuego para plásticos y artículos de caucho. [107]
  • El ácido bórico (también conocido como ácido ortobórico) H 3 BO 3 se utiliza en la producción de fibra de vidrio textil y pantallas planas [77] [108] y en muchos adhesivos basados en PVAc y PVOH .
  • El trietilborano es una sustancia que enciende el combustible JP-7 de los motores turborreactores / estatorreactores Pratt & Whitney J58 que alimentan el Lockheed SR-71 Blackbird . [109] También fue utilizado para encender los motores F-1 en el Saturno V Rocket utilizado por la NASA 's Apollo y Skylab programas desde 1967 hasta 1973. Hoy SpaceX lo utiliza para encender los motores en su Falcon 9 cohete. [110] El trietilborano es adecuado para esto debido a sus propiedades pirofóricas , especialmente al hecho de que se quema a una temperatura muy alta. [111] El trietilborano es un iniciador industrial en reacciones de radicales , donde es eficaz incluso a bajas temperaturas.
  • Los boratos se utilizan como conservantes de madera benignos para el medio ambiente . [112]

Aplicaciones farmacéuticas y biológicas

El ácido bórico tiene propiedades antisépticas, antifúngicas y antivirales y por estas razones se aplica como clarificador de agua en el tratamiento de agua de piscinas. [113] Se han utilizado soluciones suaves de ácido bórico como antisépticos oculares.

Bortezomib (comercializado como Velcade y Cytomib ). El boro aparece como un elemento activo en su primer fármaco orgánico aprobado en el bortezomib farmacéutico, una nueva clase de fármaco llamado inhibidores del proteasoma, que son activos en el mieloma y una forma de linfoma (actualmente se encuentra en ensayos experimentales contra otros tipos de linfoma). El átomo de boro en bortezomib se une al sitio catalítico del proteasoma 26S [114] con alta afinidad y especificidad.

  • Se han preparado varios productos farmacéuticos con boro potenciales que utilizan boro-10 para su uso en la terapia de captura de neutrones con boro (BNCT). [115]
  • Algunos compuestos de boro se muestran prometedores en el tratamiento de la artritis , aunque ninguno ha sido aprobado hasta ahora para este propósito. [116]

El tavaborol (comercializado como Kerydin ) es uninhibidor de la aminoacil tRNA sintetasa que se usa para tratar hongos en las uñas de los pies. Obtuvo la aprobación de la FDA en julio de 2014. [117]

La química del dioxaborolano permite el marcaje con fluoruro radiactivo ( 18 F ) de anticuerpos o glóbulos rojos , lo que permite la obtención de imágenes por tomografía por emisión de positrones (PET) del cáncer [118] y las hemorragias , [119] respectivamente. A H uman- D erived, G Enetic, P ositron emisores y F luorescent (HD-GPF) reportero sistema utiliza una proteína humana, PSMA y no inmunogénicos, y una pequeña molécula que es emisor de positrones (boro obligados 18 F ) y fluorescente para PET de modalidad dual y formación de imágenes de fluorescencia de células modificadas del genoma, por ejemplo, células cancerosas , CRISPR / Cas9 o CAR T , en un ratón completo. [120] La molécula pequeña de modalidad dual dirigida a PSMA se probó en humanos y encontró la ubicación del cáncer de próstata primario y metastásico , la extirpación del cáncer guiada por fluorescencia y detecta células cancerosas individuales en los márgenes de los tejidos. [121]

Áreas de investigación

El diboruro de magnesio es un material superconductor importante con una temperatura de transición de 39 K. Los alambres de MgB 2 se producen con el proceso de polvo en tubo y se aplican en imanes superconductores. [122] [123]

El boro amorfo se utiliza como un depresor del punto de fusión en las aleaciones de níquel-cromo de soldadura fuerte. [124]

El nitruro de boro hexagonal forma capas atómicamente delgadas, que se han utilizado para mejorar la movilidad de los electrones en los dispositivos de grafeno . [125] [126] También forma estructuras nanotubulares ( BNNT ), que tienen alta resistencia, alta estabilidad química y alta conductividad térmica , entre su lista de propiedades deseables. [127]

El boro es un nutriente vegetal esencial , necesario principalmente para mantener la integridad de las paredes celulares. Sin embargo, altas concentraciones en el suelo de más de 1.0  ppm conducen a necrosis marginal y de las puntas en las hojas, así como a un rendimiento de crecimiento general deficiente. Niveles tan bajos como 0.8 ppm producen estos mismos síntomas en plantas que son particularmente sensibles al boro en el suelo. Casi todas las plantas, incluso aquellas algo tolerantes al boro del suelo, mostrarán al menos algunos síntomas de toxicidad por boro cuando el contenido de boro del suelo sea superior a 1.8 ppm. Cuando este contenido excede las 2.0 ppm, pocas plantas tendrán un buen desempeño y algunas no sobrevivirán. [128] [129] [130]

Se cree que el boro juega varios roles esenciales en los animales, incluidos los humanos, pero el papel fisiológico exacto es poco conocido. [131] [132] Un pequeño ensayo en humanos publicado en 1987 informó que las mujeres posmenopáusicas primero presentaban deficiencia de boro y luego se reponían con 3 mg / día. La suplementación con boro redujo notablemente la excreción urinaria de calcio y elevó las concentraciones séricas de 17 beta-estradiol y testosterona. [133]

El Instituto de Medicina de EE. UU. No ha confirmado que el boro sea un nutriente esencial para los seres humanos, por lo que no se ha establecido una cantidad diaria recomendada (RDA) ni una ingesta adecuada. La ingesta dietética de los adultos se estima en 0,9 a 1,4 mg / día, con aproximadamente un 90% absorbido. Lo que se absorbe se excreta principalmente en la orina. El nivel máximo de ingesta tolerable para adultos es de 20 mg / día. [134]

En 2013, una hipótesis sugirió que era posible que el boro y el molibdeno catalizaran la producción de ARN en Marte con la vida transportada a la Tierra a través de un meteorito hace unos 3.000 millones de años. [135]

Existen varios antibióticos naturales conocidos que contienen boro . [136] La primera encontrado uno se boromycin , aislado a partir de Streptomyces . [137] [138]

La distrofia endotelial congénita tipo 2 , una forma poco común de distrofia corneal , está relacionada con mutaciones en el gen SLC4A11 que codifica un transportador que supuestamente regula la concentración intracelular de boro. [139]

Cuantificación analítica

Para la determinación del contenido de boro en alimentos o materiales, se utiliza el método de la curcumina colorimétrica . El boro se convierte en ácido bórico o boratos y al reaccionar con la curcumina en una solución ácida, se forma un complejo de boro- quelato de color rojo , rosocianina . [140]

Problemas de salud y toxicidad

Boro
Peligros
Pictogramas GHS GHS07: Harmful
Palabra de señal GHS Advertencia
Declaraciones de peligro GHS
H302 [141]
NFPA 704 (diamante de fuego)
[142]
1
0
0

El boro elemental, el óxido de boro , el ácido bórico , los boratos y muchos compuestos orgánicos de boro son relativamente no tóxicos para los seres humanos y los animales (con una toxicidad similar a la de la sal de mesa). El LD 50 (dosis a la que hay 50% de mortalidad) para los animales es de aproximadamente 6 g por kg de peso corporal. Las sustancias con LD 50 superior a 2 g se consideran no tóxicas. Se informó una ingesta de 4 g / día de ácido bórico sin incidentes, pero más de esto se considera tóxico en más de unas pocas dosis. Las ingestas de más de 0,5 gramos por día durante 50 días causan problemas digestivos menores y otros que sugieren toxicidad. [143] La suplementación dietética de boro puede ser útil para el crecimiento óseo, la cicatrización de heridas y la actividad antioxidante, [144] y una cantidad insuficiente de boro en la dieta puede resultar en deficiencia de boro .

Se han utilizado dosis médicas únicas de 20 g de ácido bórico para la terapia de captura de neutrones sin una toxicidad indebida.

El ácido bórico es más tóxico para los insectos que para los mamíferos y se utiliza habitualmente como insecticida. [97]

Los boranos (compuestos de hidrógeno de boro) y compuestos gaseosos similares son bastante venenosos. Como es habitual, el boro no es un elemento intrínsecamente venenoso, pero la toxicidad de estos compuestos depende de la estructura (para otro ejemplo de este fenómeno, consulte la fosfina ). [13] [14] Los boranos también son altamente inflamables y requieren un cuidado especial al manipularlos. El borohidruro de sodio presenta un riesgo de incendio debido a su naturaleza reductora y la liberación de hidrógeno en contacto con el ácido. Los haluros de boro son corrosivos. [145]

Toxicidad por boro en hojas de rosas.

El boro es necesario para el crecimiento de las plantas, pero un exceso de boro es tóxico para las plantas y ocurre particularmente en suelos ácidos. [146] [147] Se presenta como una coloración amarillenta desde la punta hacia adentro de las hojas más viejas y manchas negras en las hojas de cebada, pero puede confundirse con otras tensiones como la deficiencia de magnesio en otras plantas. [148]

  • Alótropos de boro
  • Deficiencia de boro
  • Óxido de boro
  • Nitruro de boro
  • Terapia de captura de neutrones de boro
  • Ácido borónico
  • Reacción de hidroboración-oxidación
  • Acoplamiento Suzuki

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