BORO

Nombre: Boro (del mineral Bórax, nombre del elemento en inglés: "Boron")

Símbolo: B

Grupo: 13

Período: 2

Bloque: s

Categoría: Metaloides

Número atómico: 5

Masa atómica: 10,81 u

Electrones por capa: 2, 3

Electronegatividad: 2,04

Densidad: 2,46 gr/cc

Punto de Fusión: 2075ºC

Punto de Ebullición: 4000ºC

Conductividad Térmica: 27 W (m·K) 

Conductividad Eléctrica: 0,0001 S/m 

Orden Magnético: Diamagnético

Estado Ordinario: Sólido

Estados de Oxidación: 3, 2, 1, -1, -5

Dureza Mohs: 9,3 - 9,5

Dureza Vickers: 42 GPa (Gigapascales, en MPa: 42000) 

Dureza Brinell: Sin datos

Isótopos más estables: B-10 (20%), B-11 (80%)

Descubridor: Humphry Davy, inglés (1808)

El nombre del elemento proviene del mineral Bórax, con fórmula química compleja Na2B4O7 · 10(H2O) que es conocido desde la antigüedad. Humphry Davy obtuvo éste elemento del grupo de los metaloides en 1808, un año especialmente prolífico para este químico, quien también descubriría en el mismo año los principales alcalino-térreos. La terminación del nombre original anglosajón, “Boron” (es decir, el sufijo -on) es una referencia a la similitud que tiene éste elemento con el Carbono, el cual en inglés se denomina “Carbon” (no confundir con el “carbón” en español). Lo mismo sucede con el Silicio, “Silicon”. 

Es uno de los elementos más escasos, teniendo en cuenta su bajo número atómico, no sólo de la Tierra si no de todo el Universo observable. Como en el caso del Litio y el Berilio (Z=3 y Z=4, respectivamente) se estima que la mayor parte del elemento provenga de la transmutación de otros elementos a raíz del impacto de rayos cósmicos. 

El Boro no es muy famoso ni siquiera a día de hoy, pero cuando lo estudias, se vuelve muy interesante. Es muy polivalente, o mejor dicho, tiene usos muy variados entre sí que más tarde describiremos, ahora centrémonos en sus características principales. 

Propiedades

El Boro, como el Carbono, existe en más de una forma física (alotropo), presentándose como Boro amorfo y Boro cristalino. Ambas modificaciones son distintas, como lo es el Grafito y el Diamante. 

El Boro amorfo es un sólido granular de color rojo oscuro, como “de ladrillo”, sin estructura cristalina definida (ergo, “amorfo”) más reactivo y menos blando que el Boro macizo. 

El Boro macizo propiamente dicho es más masivo, se pueden obtener cantidades relativamente grandes. En muchos aspectos, recuerda a una cerámica de alto rendimiento, salvo por el hecho de que se trata de un elemento puro y no un compuesto binario (como suele ser casi siempre). En éste estado se presenta de un color que oscila entre el gris-metálico al negro oscuro. Es extremadamente duro (9,3-9,5 Mohs dependiendo de la pureza), extremadamente rígido, más denso que el Silicio (a pesar de la diferencia de número atómico) y compacto, los enlaces B-B en el alotropo cristalino del elemento son muy estables y están muy próximos entre sí, resultando en una alta dureza, densidad y resistencia química. En estado elemental, el Boro es de los pocos elementos que no reacciona con los ácidos más agresivos, como el Fluorhídrico, ni siquiera a altas temperaturas. Conseguir Boro de alta pureza es difícil ya que atómicamente se asemeja mucho al Carbono (al menos en el tamaño del radio atómico) siendo precisamente éste último la principal impureza en el Boro “puro”. Es resistente a la oxidación incluso a altas temperaturas y tiene uno de los módulos de resistencia a la rotura mediante compresión más altos de todos los elementos puros o combinados, con un valor de 32 Gigapascales de resistencia, o lo que es lo mismo, 32000 Megapascales en la escala Vickers. Esto no siginifica que sea “indestructible”, no olvides que sigue siendo un metaloide: es quebradizo, pero muy resistente al estrés mecánico prolongado (no confundir con la resistencia a los impactos). Varios golpes de un martillo casero bastarían para pulverizarlo. 

Otra similitud con el Carbono es que forma Boruros; compuestos extremadamente duros, con elevadísimos puntos de fusión, resistencia a los golpes de calor, a la abrasión, et cétera. Uno de los Boruros más famosos, el de Renio, concretamente el Diboruro de Renio (ReB2) entra en la clasificación de compuestos ultra-duros, con un índice de dureza cercano al del Diamante, aunque es muy caro de producir (el Renio ya es caro de por sí y la fabricación del compuesto también). 

Otra característica curiosa del elemento es que forma otros compuestos, igualmente ultra-duros, con el Carbono, su vecino inmediato, y el Nitrógeno. El Carburo de Boro (B4C) y el Nitruro (BN) son dos de los compuestos sintéticos más duros jamás creados por el hombre en los que el Boro sirve de base, y no como agente endurecedor. 

Aplicaciones

El Boro elemental no se usa salvo en casos excepcionales. Es caro aislarlo, y los usos que podría tener en estado de gran pureza no compensan a otros compuestos que se comportan físicamente de manera similar y son más baratos y fáciles de obtener. Más de la mitad del elemento producido a nivel mundial cada año se usa en la industria química como ácido Bórico desde el cual se obtienen cerámicas (de calidad estructural/ornamental) y vidrios especiales (no necesariamente de Borosilicato en todas las ocasiones). 

Se usa como dopante en la Fibra de Vidrio, mejorando su fluencia y resistencia al calor. 

El Cristal de Borosilicato es químicamente muy parecido al de Soda-Lima, que representa más del 90% de todo el cristal (“vidrio”) producido a nivel mundial año a año. El Borosilicato contiene el óxido de Boro en un porcentaje estimado de 8-13% en el que pueden estar presentes (o no) los óxidos típicos de alcalinos como el Potasio, Sodio, Calcio, et cétera que sí están presentes, y de hecho son la razón del nombre del cristal de Soda-Lima. El vidrio (o cristal) de Borosilicato es mucho más tenaz, resistente al calor y al ataque químico en caliente que el de Soda-Lima. También, como es lógico, es más caro y tiene usos muy específicos, aunque ninguno es “de élite”, es decir, podemos comprar vidrio de Borosilicato ya que es accesible de manera comercial en grandes volúmenes, a diferencia de otros compuestos más exóticos, como el Nitruro, que solamente tendrías en propiedad por el mero hecho de coleccionar. 

El vidrio de Borosilicato se usa en todo tipo de aplicaciones donde el vidrio común pudiera no dar la talla y fracturarse ante un cambio muy vertiginoso de temperatura (“heat-induced cracking”). La resistencia a la corrosión es ligeramente superior o directamente idéntica, pero la principal baza radica en sus mejores prestaciones mecánicas, tanto en tenacidad como resistencia a las altas temperaturas.