compuestos de boro

Los compuestos de boro son compuestos que contienen el elemento boro . En los compuestos más comunes, el boro tiene el estado de oxidación formal +3. Estos incluyen óxidos, sulfuros, nitruros y haluros. ^{[ 1 ]}

Los trihaluros adoptan una estructura trigonal plana. Estos compuestos son ácidos de Lewis, ya que forman fácilmente aductos con donadores de pares de electrones, que se denominan bases de Lewis . Por ejemplo, el fluoruro (F⁻ ⁾ y el trifluoruro de boro (BF₃ ₎ se combinan para dar el anión tetrafluoroborato , _BF₄⁻ ^. El trifluoruro de boro se utiliza en la industria petroquímica como catalizador. Los haluros reaccionan con el agua para formar ácido bórico . ^{[ 1 ]}

El boro se encuentra en la naturaleza en la Tierra casi exclusivamente como diversos 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 asemejan a los silicatos en algunos aspectos, aunque el boro se encuentra frecuentemente no solo en coordinación tetraédrica con oxígeno, sino también en una configuración trigonal plana. A diferencia de los silicatos, los minerales de boro nunca contienen boro con un número de coordinación mayor que cuatro. Un ejemplo típico lo constituyen los aniones tetraborato del mineral común bórax , que se muestran a la izquierda. La carga negativa formal del centro tetraédrico del borato se equilibra con cationes metálicos en los minerales, como el sodio (Na ⁺ ) en el bórax . ^{[ 1 ]} El grupo de la turmalina, perteneciente a los borato-silicatos, también es un grupo mineral muy importante que contiene boro, y se sabe que existen varios borosilicatos en la naturaleza. ^{[ 2 ]}

Los boranos son compuestos químicos de boro e hidrógeno, con la fórmula genérica B _x H _y . Estos compuestos no se encuentran en la naturaleza. Muchos de los boranos se oxidan fácilmente al contacto con el aire, algunos de forma violenta. El miembro precursor BH ₃ se llama borano , pero solo se conoce en estado gaseoso y se dimeriza para formar diborano , B ₂ H ₆ . Los boranos de mayor tamaño están formados por cúmulos de boro poliédricos, algunos de los cuales existen como isómeros. Por ejemplo, los isómeros de B ₂₀ H ₂₆ se basan en la fusión de dos cúmulos 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 conoce un gran número de hidruros de boro aniónicos, por ejemplo [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 considera como -1, al igual que en los hidruros de metales activos. El número de oxidación promedio para los átomos de boro es simplemente la relación entre el hidrógeno y el boro en la molécula. Por ejemplo, en el diborano B₂H₆ _, el estado de oxidación del boro es +3, pero en el decaborano B₁₀H₁₄ _{, 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 son notables por la variedad de estructuras que adoptan. Exhiben estructuras análogas a varios alótropos del carbono , incluyendo el grafito, el diamante y los nanotubos. En la estructura tipo 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 considerarse un enlace covalente coordinado , donde dos electrones son donados por el átomo de nitrógeno, que actúa como base de Lewis , a un enlace con el centro ácido de Lewis boro(III). El nitruro de boro cúbico, entre otras aplicaciones, se utiliza como abrasivo, ya que tiene una dureza comparable a la del diamante (ambas sustancias pueden producir arañazos entre sí). En el compuesto BN análogo al grafito, el nitruro de boro hexagonal (h-BN), los átomos de boro con carga positiva y los átomos de nitrógeno con carga negativa en cada plano se encuentran adyacentes al átomo de carga opuesta 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 deslizan fácilmente entre sí. Sin embargo, el h-BN es un conductor eléctrico y térmico relativamente deficiente en las direcciones planares. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Se conoce un gran número de compuestos organoborónicos, muchos de los cuales son útiles en la síntesis _orgánica . Muchos se producen mediante hidroboración , que emplea diborano , B₂H₆ _, un borano simple . Los compuestos organoborónicos(III) suelen ser tetraédricos o trigonalmente planos, por ejemplo, _el tetrafenilborato , [B(C₆H₅ ₎ ₄ _] ⁻ ^, frente al trifenilborano , B( _C₆H₅ ) _{₃ . Sin embargo} , la reacción de múltiples átomos de boro entre sí tiende a formar nuevas estructuras dodecaédricas (de 12 lados) e icosaédricas (de 20 lados) compuestas completamente de átomos de boro, o con un número variable de heteroátomos de carbono.

Los compuestos organoborónicos se han empleado en aplicaciones tan diversas como el carburo de boro (véase más abajo), una cerámica compleja y muy dura compuesta por aniones y cationes de clústeres de boro-carbono, y los carboranos , compuestos de la química de clústeres de carbono-boro que pueden halogenarse para formar estructuras reactivas, incluido el ácido carboránico , un superácido . Por ejemplo, los carboranos forman unidades moleculares útiles que añaden cantidades considerables de boro a otros compuestos bioquímicos para sintetizar compuestos que contienen boro para la terapia de captura de neutrones de boro para el tratamiento del cáncer.

_{Como se} anticipaba por sus cúmulos de hidruro , el boro forma una variedad de compuestos estables con un estado de oxidación formal menor que tres. _{B₂F₄ y} B₄Cl₄ están bien _{caracterizados} . ^{[ 6 ]}

Los compuestos binarios de metal-boro, los boruros metálicos, contienen boro en estados de oxidación negativos. Un ejemplo ilustrativo es el diboruro de magnesio (MgB₂ ₎ . Cada átomo de boro tiene una carga formal de -1 y al magnesio se le asigna una carga formal de +2. En este material, los centros de boro son trigonales planares con un doble enlace adicional para cada boro, formando láminas similares al carbono en el 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 forma similar al grafito isoelectrónico. En 2001, se descubrió que este material era un superconductor de alta temperatura . ^{[ 7 ] [ 8 ]} Es un superconductor en desarrollo activo. Un proyecto del CERN para fabricar cables de MgB₂ _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 de alta luminosidad contemplada del Gran Colisionador de Hadrones . ^{[ 9 ]}

Ciertos otros boruros metálicos encuentran aplicaciones especializadas como materiales duros para herramientas de corte. ^{[ 10 ]} A menudo, el boro en los boruros tiene estados de oxidación fraccionarios, como −1/3 en el hexaboruro de calcio (CaB ₆ ).

Desde la perspectiva estructural, los compuestos químicos más distintivos del boro son los hidruros. En esta serie se incluyen los compuestos de clúster dodecaborato ( B₁₂ H ²⁻ ₁₂ ),decaborano(B₁₀H₁₄), y loscarboranoscomo C₂B₁₀H₁₂. Característicamente, estos compuestos contienen boro con números de coordinación mayores que cuatro. ^{[ 1 ]}

• iones de boranilio