Il Boro: Caratteristiche, Composti e Processo di Preparazione
Il boro è naturalmente presente sotto forma di borati, come la kernite Na2B4O7· 4 H2O, il borace Na2B4O7· 10 H2O e la colemanite Ca2B6O11· 5 H2O, mentre come acido borico si trova nelle manifestazioni di vulcanesimo secondario come i soffioni boraciferi di Larderello.
Preparazione del boro
Il boro è ottenuto dall’ossido per riduzione con magnesio secondo la reazione:
B2O3 + 3 Mg → 3 MgO + 2 B. Si ottiene così in forma amorfa, impura e bruna, utile tuttavia a usi tecnologici. Viene utilizzato come additivo per acciai e per le barre di controllo dei reattori nucleari. Il boro puro è difficile da preparare e viene ottenuto in piccole quantità per pirolisi dello ioduro o per riduzione del bromuro con idrogeno a elevate temperature e con particolari accorgimenti.
Proprietà del boro
Il boro è di colore nero e particolarmente duro, altofondente, refrattario e semiconduttore; sono note varie modificazioni cristalline (forme polimorfe) le tre fasi solide che si riesce ad ottenere in forma cristallina contengono unità icosaedriche B12 (costituite da 20 facce triangolari) impacchettate in maniera compatta o quasi compatta e tenute assieme da legami covalenti tra i poliedri. Per quanto attiene la reattività, bisogna distinguere tra le forme impure, che sono notevolmente reattive, e l’elemento puro che è particolarmente inerte.
Non è attaccato da acidi non ossidanti e molto lentamente dagli ossidanti in generale. Dal punto di vista chimico il boro è un non metallo e presenta più analogie con la chimica del silicio che con quella dell’alluminio.
Composti di Boro
Il boro si combina con la maggior parte degli elementi o direttamente o in altro modo, riducendo, per esempio gli ossidi metallici con miscele di carbone e carburo di boro. I composti ottenuti vengono detti genericamente boruri, ma si ottengono una grande varietà di stechiometrie e di tipi strutturali. Un composto interessante è il nitruro di boro BN che esiste in due modificazioni allotropiche: quella stabile a basse temperature ha una struttura tipo grafite mentre quella ottenuta a temperature e pressioni elevate ha una struttura tipo diamante ed è più dura del diamante stesso.
Sono noti tutti i trialogenuri di boro BF3, BCl3, BBr3, BI3, composti molecolari e monomeri a geometria triangolare planare in cui si suppone la presenza di legame π fra gli orbitali pieni dell’alogeno e quello vuoto sul boro. L’alogenuro più importante è BF3 che può essere ottenuto attraverso la reazione: B2O3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 → 2 BF3 + 3 CaSO4 + 3 H2O.
Concludendo, il boro è un elemento versatile con molteplici utilizzi nel settore tecnologico e chimico, rappresentando un elemento di grande interesse per la ricerca scientifica.Il legame fatto con la molecola donatrice per formare l’addotto tetraedrico BF3L si chiama acido di Lewis. Questo può coordinare diverse sostanze chimiche, inclusi l’acqua, gli alcoli, le ammine e altri atomi di fluoro per formare lo ione tetrafluoroborato BF4–.
Struttura e reattività dei borani
La struttura e la reattività chimica dei borani dipendono dal fatto che il boro possiede tre elettroni spaiati utilizzati per la formazione dei legami a quattro orbitali. Il borano, idruro più semplice, si lega a tre atomi di idrogeno, lasciando un orbitale p vuoto. Questa caratteristica rende la molecola estremamente reattiva, con la capacità di dimerizzarsi facilmente per formare il diborano B2H6, caratterizzato da una struttura costituita da due atomi di idrogeno centrali che distribuiscono la coppia elettronica di legame tra entrambi gli atomi di boro. Il diborano è un gas infiammabile nell’aria e si idrolizza rapidamente in acqua.
I carborani sono composti poliedrici strutturalmente connessi ai borani e ai loro anioni, in cui uno o più atomi di boro sono sostituiti da carbonio. Un altro composto del boro è il borazene B3N3H6, isoelettronico e isostrutturale con il benzene, ma si discosta da quest’ultimo a causa della diversa distribuzione della carica nell’anello, dovuta alla diversa elettronegatività tra boro e azoto.
Composti ossigenati del boro
Il triossido B2O3 è il composto ossigenato più importante, molto solubile in acqua, nel quale forma l’acido borico H3BO3. Quest’ultimo è un acido monobasico debole e poco solubile in acqua fredda, comportandosi come accettore di ossidrili e non come donatore di protoni. Dall’acido borico derivano numerosi anioni che danno luogo a strutture simili a quelle dei silicati: ortoborati contenenti l’anione planare BO32-, piroborati contenenti l’anione dimero B2O54-, metaborati contenenti l’anione ciclico B3O63-, e metaborati polimeri contenenti catene estese (BO2)nn-.