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Articulo de referencia

Trióxido de boro

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El trióxido de boro o trióxido de diboro es el óxido de boro con la fórmula B₂O₃ . Es un sólido transparente incoloro, casi siempre vítreo (amorfo), que se puede cristalizar con gran dificultad. También se le llama óxido bórico [ 6 ] o boria [ 7 ] . Tiene muchas aplicaciones industriales importantes, principalmente en cerámica como fundente para vidriados y esmaltes y en la producción de vidrios .

Estructura

El trióxido de boro tiene tres formas conocidas: una amorfa y dos cristalinas.

Forma amorfa

La forma amorfa (γ- B₂O₃ ) es, con mucho , la más común. Se cree que está compuesta por anillos de boroxol , que son anillos de seis miembros formados por átomos de boro tricoordinados y oxígeno dicoordinados alternados.

Debido a la dificultad de construir modelos desordenados con la densidad correcta y muchos anillos de boroxol, esta visión fue inicialmente controvertida, pero recientemente se han construido tales modelos y exhiben propiedades en excelente concordancia con el experimento. [ 8 ] [ 9 ] Ahora se reconoce, a partir de estudios experimentales y teóricos, [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] que la fracción de átomos de boro pertenecientes a anillos de boroxol en B 2 O 3 vítreo está en algún lugar entre 0,73 y 0,83, con 0,75 = 3/4 correspondiente a una relación 1:1 entre unidades de anillo y no anillo. El número de anillos de boroxol decae en el estado líquido con el aumento de la temperatura. [ 15 ] [ 16 ]

Forma α cristalina

La forma cristalina (α- B 2 O 3 ) está compuesta exclusivamente por triángulos BO 3. Inicialmente se creyó que su estructura cristalina correspondía a los grupos espaciales enantiomórficos P3 1 (#144) y P3 2 (#145), como la γ-glicina; [ 17 ] [ 18 ] pero posteriormente se revisó a los grupos espaciales enantiomórficos P3 1 21(#152) y P3 2 21(#154) en el sistema cristalino trigonal , como el α- cuarzo [ 19 ]

La cristalización de α- B₂O₃ a partir del estado fundido a presión ambiente es cinéticamente muy desfavorable (compárense las densidades del líquido y del cristal). Puede obtenerse mediante un recocido prolongado del sólido amorfo a ~200 ° C bajo una presión de al menos 10 kbar. [ 20 ] [ 1 ] 

Forma β cristalina

La red trigonal experimenta una transformación tipo coesita a β- B₂O₃ monoclínico a varios gigapascales (9,5 GPa) . [ 21 ]

Preparación

El trióxido de boro se produce tratando bórax con ácido sulfúrico en un horno de fusión . A temperaturas superiores a 750  °C, la capa fundida de óxido de boro se separa del sulfato de sodio . Luego se decanta, se enfría y se obtiene con una pureza del 96-97 %. [ 3 ]

Otro método consiste en calentar ácido bórico por encima de ~300  °C. El ácido bórico se descompondrá inicialmente en vapor de agua (H₂O ( g ) ) y ácido metabórico (HBO₂ ) a unos 170  °C, y un calentamiento posterior por encima de 300  °C producirá más vapor de agua y trióxido de diboro. Las reacciones son:

H₃BO₃ → HBO₂ + H₂O​​​​
2 HBO 2 → B 2 O 3 + H 2 O

El ácido bórico se transforma en B₂O₃ microcristalino anhidro en un lecho fluidizado calentado. [ 22 ] Una velocidad de calentamiento cuidadosamente controlada evita la formación de grumos a medida que se desprende agua.

El óxido de boro también se formará cuando el diborano (B₂H₆ ) reaccione con el oxígeno del aire o con cantidades traza de humedad :

2B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) → 2 B 2 O 3 (s) + 6H 2 (g)
B 2 H 6 (g) + 3H 2 O(g) → B 2 O 3 (s) + 6H 2 (g) [ 23 ]

Reacciones

El óxido de boro fundido ataca a los silicatos. Los contenedores pueden pasivarse internamente con una capa de carbono grafitizado obtenida por descomposición térmica del acetileno. [ 24 ]

Aplicaciones

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Gurr, GE; Montgomery, PW; Knutson, CD; Gorres, BT (1970). "La estructura cristalina del trióxido de diboro trigonal". Acta Crystallographica B . 26 (7): 906– 915. Bibcode : 1970AcCrB..26..906G . doi : 10.1107/S0567740870003369 .
  2. ↑ Corrosión a alta temperatura y química de materiales: actas del Simposio en Memoria de Per Kofstad. Actas de la Sociedad Electroquímica . La Sociedad Electroquímica. 2000. pág. 496. ISBN  978-1-56677-261-7.
  3. 1 2 Patnaik, P. (2003). Manual de compuestos químicos inorgánicos . McGraw-Hill. pág. 119. ISBN  978-0-07-049439-8. Consultado el 6 de junio de 2009 .
  4. 1 2 3 4 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0060" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  5. ↑ "Óxido de boro" . Concentraciones inmediatamente peligrosas para la vida o la salud . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional .
  6. ↑ L. McCulloch (1937): "Un óxido bórico cristalino". Journal of the American Chemical Society , volumen 59, número 12, páginas 2650–2652. doi : 10.1021/ja01291a05
  7. ↑ I. Vishnevetsky y M. Epstein (2015): "Reducción carbotérmica solar de alúmina, magnesia y boria al vacío". Solar Energy , volumen 111, páginas 236-251 doi : 10.1016/j.solener.2014.10.039
  8. ↑ Ferlat, G.; Charpentier, T.; Seitsonen, AP; Takada, A.; Lazzeri, M.; Cormier, L.; Calas, G.; Mauri. F. (2008). "Anillos de boroxol en B 2 O 3 líquido y vítreo desde primeros principios". Phys. Rev. Lett . 101 (6) 065504. Bibcode : 2008PhRvL.101f5504F . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.065504 . PMID 18764473 . 
  9. ↑ Ferlat, G.; Seitsonen, AP; Lazzeri, M.; Mauri, F. (2012). "Los polimorfos ocultos impulsan la vitrificación en B 2 O 3 ". Nature Materials Letters . 11 (11): 925– 929. arXiv : 1209.3482 . Bibcode : 2012NatMa..11..925F . doi : 10.1038/NMAT3416 . PMID 22941329 . S2CID 11567458 .  
  10. ↑ Hung, I.; et al. (2009). "Determinación de la distribución del ángulo de enlace en B 2 O 3 vítreo mediante espectroscopia RMN de rotación (DOR)". Journal of Solid State Chemistry . 182 (9): 2402– 2408. Bibcode : 2009JSSCh.182.2402H . doi : 10.1016/j.jssc.2009.06.025 . 
  11. ↑ Soper, AK (2011). "Anillos de boroxol a partir de datos de difracción en trióxido de boro vítreo" . J. Phys.: Condens. Matter . 23 (36) 365402. Bibcode : 2011JPCM...23.5402S . doi : 10.1088 / 0953-8984/23/36/365402 . PMID 21865633. S2CID 5291179 .  
  12. ↑ Joo, C.; et al. (2000). "La estructura anular del vidrio de trióxido de boro". Journal of Non-Crystalline Solids . 261 ( 1– 3): 282– 286. Bibcode : 2000JNCS..261..282J . doi : 10.1016/s0022-3093(99)00609-2 . 
  13. ↑ Zwanziger, JW (2005). "La respuesta de RMN de los anillos de boroxol: un estudio de teoría funcional de la densidad". Resonancia Magnética Nuclear de Estado Sólido . 27 ( 1– 2): 5– 9. Bibcode : 2005SSNMR..27....5Z . doi : 10.1016/j.ssnmr.2004.08.004 . PMID 15589722 . 
  14. ↑ Micoulaut, M. ( 1997). "La estructura del B₂O₃ vítreo obtenida a partir de un modelo termostatístico de aglomeración". Journal of Molecular Liquids . 71 ( 2–3 ): 107–114 . doi : 10.1016/s0167-7322(97)00003-2 .
  15. ↑ Alderman, OLG Ferlat, G. Baroni, A. Salanne, M. Micoulaut, M. Benmore, CJ Lin, A. Tamalonis, A. Weber, JKR (2015). "B2O3 líquido hasta 1700 K: difracción de rayos X y disolución del anillo de boroxol" (PDF) . Journal of Physics: Condensed Matter . 27 (45) 455104. Bibcode : 2015JPCM...27S5104A . doi : 10.1088/ 0953-8984 /27/45/455104 . PMID 26499978. S2CID 21783488 .  {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  16. ↑ Alderman, Oliver (2025-02-03). "Disolución del anillo de boroxol en B2O3 fundido y vítreo mediante métodos de diferencia de difracción de neutrones y rayos X" . The Journal of Chemical Physics . 162 (5): 054502. doi : 10.1063/5.0248235 .
  17. ↑ Gurr, GE; Montgomery, PW; Knutson, CD; Gorres, BT (1970). "La estructura cristalina del trióxido de diboro trigonal". Acta Crystallographica B . 26 (7): 906– 915. Bibcode : 1970AcCrB..26..906G . doi : 10.1107/S0567740870003369 .
  18. ↑ Strong, SL; Wells, AF; Kaplow, R. (1971). "Sobre la estructura cristalina del B 2 O 3 ". Acta Crystallographica B . 27 (8): 1662– 1663. Bibcode : 1971AcCrB..27.1662S . doi : 10.1107/S0567740871004515 .
  19. ^ Effenberger, H.; Lengauer, CL; Parthé, E. (2001). "Trigonal B 2 O 3 con mayor simetría de grupo espacial: resultados de una reevaluación". Monatshefte für Chemie . 132 (12): 1515-1517 . doi : 10.1007/s007060170008 . S2CID 97795834 . 
  20. ↑ Aziz, MJ; Nygren, E.; Hays, JF; Turnbull, D. (1985). "Cinética del crecimiento de cristales de óxido de boro bajo presión" . Journal of Applied Physics . 57 (6): 2233. Bibcode : 1985JAP....57.2233A . doi : 10.1063/1.334368 .
  21. ↑ Brazhkin, VV; Katayama, Y.; Inamura, Y.; Kondrin, MV; Lyapin, AG; Popova, SV; Voloshin, RN (2003). "Transformaciones estructurales en B 2 O 3 líquido, cristalino y vítreo bajo alta presión" . JETP Letters . 78 (6): 393– 397. Bibcode : 2003JETPL..78..393B . doi : 10.1134/1.1630134 . S2CID 189764568 . 
  22. ↑ Kocakuşak, S.; Akçay, K.; Ayok, T.; Koöroğlu, HJ; Koral, M.; Savaşçi, Ö. T.; Tolun, R. (1996). "Producción de óxido de boro cristalino anhidro en un reactor de lecho fluidizado". Chemical Engineering and Processing . 35 (4): 311– 317. Bibcode : 1996CEPPI..35..311K . doi : 10.1016/0255-2701(95)04142-7 .
  23. ↑ AirProducts (2011). "Almacenamiento y suministro de diborano" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 4 de febrero de 2015. Consultado el 21 de agosto de 2013 .{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  24. ↑ Morelock, CR (1961). "Informe del Laboratorio de Investigación n.° 61-RL-2672M". General Electric.{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  • Inventario Nacional de Contaminantes: Boro y compuestos
  • Información del Gobierno australiano
  • Información sobre riesgos del NIH de EE. UU. Véase NIH .
  • Hoja de datos de seguridad del material
  • CDC - Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos - Óxido de boro