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Borato

Un borato es cualquiera de una gama de oxianiones de boro , aniones que contienen boro y oxígeno , como el ortoborato BO 3−3, metaborato BO−2, o tetraborato B 4 O2−7; o cualquier sal de dichos aniones, como metaborato de sodio , Na + [BO2 ] − y bórax ( Na + ) 2 [ B4O7 ] 2− . El nombre también se refiere a ésteres de dichos aniones, como borato de trimetilo B(OCH3 ) 3 , pero son alcóxidos.

Ocurrencia natural

Los iones borato se encuentran, solos o con otros aniones, en muchos minerales de borato y borosilicato, como el bórax , la boracita , la ulexita (boronatrocalcita) y la colemanita . Los boratos también se encuentran en el agua de mar, donde contribuyen de manera importante a la absorción de sonidos de baja frecuencia en el agua de mar. [1]

Los boratos también se encuentran en las plantas, incluidas casi todas las frutas. [2]

Aniones

Los principales aniones borato son:

Iones de borato
  • La estructura del ion tetrahidroxiborato
    La estructura del ion tetrahidroxiborato ( [B(OH) 4 ] − ). Este anión tiene una geometría molecular tetraédrica en el átomo de boro.
  • La estructura del ion ortoborato
    La estructura del ion ortoborato ( [BO 3 ​​] 3− ). Este anión tiene una geometría molecular trigonal plana .
  • La estructura del trímero del ion metaborato
    Estructura del trímero del ion metaborato ( [B 3 O 6 ] 3− ). Este anión es una molécula cíclica y tiene una geometría molecular trigonal plana en los átomos de boro. Los nueve átomos de este anión se encuentran en el mismo plano.
  • La estructura del ion tetrahidroxitetraborato
    Estructura del ion tetrahidroxitetraborato ( [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2− ). Este anión es una molécula bicíclica puenteada , contiene átomos de oxígeno que unen los átomos de boro , que están unidos a cuatro grupos hidroxilo ( −OH ), uno por cada átomo de boro. El anión tiene una geometría molecular tetraédrica en los dos átomos de boro tetracoordinados , y tiene una geometría molecular trigonal plana en los dos átomos de boro tricoordinados .
  • La estructura del ion tetrahidroxiborato
    La estructura del ion tetraborato ( [B 4 O 7 ] 2− ). Este anión tiene la misma topología que el ion tetrahidroxitetraborato, pero sin los grupos hidroxilo y todos los átomos de boro tienen una geometría molecular trigonal plana. [3]
  • La estructura del ion perborato
    Estructura del ion perborato ( [B 2 O 4 (OH) 4 ] 2− ). Este anión es una molécula cíclica y tiene una geometría molecular tetraédrica en los átomos de boro. Contiene dos grupos peróxido puente ( −O−O− ) y cuatro grupos hidroxilo ( −OH ) unidos a átomos de boro, dos por cada boro. El anillo tiene una conformación de silla . [4]
  • La estructura de la unidad repetitiva del ion octaborato en la forma alfa del octaborato de disodio
    Estructura de la unidad repetitiva del ion octaborato ( [B 8 O 13 ] 2− ) en la forma alfa del octaborato de disodio (α- Na 2 [B 8 O 13 ] ). [5] Este anión es cíclico y polimérico . Tiene una geometría molecular tetraédrica en los átomos de boro con carga negativa y una geometría molecular trigonal plana en los átomos de boro neutros.

Preparación

En 1905, Burgess y Holt observaron que la fusión de mezclas de óxido bórico B 2 O 3 y carbonato de sodio Na 2 CO 3 producía al enfriarse dos compuestos cristalinos con composiciones definidas, consistentes con el bórax anhidro Na 2 B 4 O 7 (que puede escribirse Na 2 O·2B 2 O 3 ) y el octaborato de sodio Na 2 B 8 O 13 (que puede escribirse Na 2 O·4B 2 O 3 ). [6]

Estructuras

Los aniones borato (y grupos funcionales) consisten en unidades estructurales trigonales planares BO 3 y/o tetraédricas BO 4 , unidas entre sí a través de átomos de oxígeno compartidos (esquinas) o pares de átomos (bordes) en grupos más grandes para construir varios iones como [B 2 O 5 ] 4− , [B 3 O 8 ] 7− , [B 4 O 12 ] 12− , [B 5 O 6 (OH) 5 ] 2− , [B 6 O 13 ] 8− , etc. Estos aniones pueden tener una estructura cíclica o lineal, y pueden polimerizarse aún más en cadenas infinitas, capas y marcos tridimensionales. [7] [8] Los átomos de oxígeno terminales (no compartidos) en los aniones borato pueden estar cubiertos con átomos de hidrógeno ( −OH ) o pueden llevar una carga negativa ( −O − ).

Las unidades planas BO 3 pueden apilarse en la red cristalina de modo de tener orbitales moleculares π-conjugados , lo que a menudo da como resultado propiedades ópticas útiles como generación de armónicos fuertes, birrefringencia y transmisión UV . [8]

Los aniones borato poliméricos pueden tener cadenas lineales de 2, 3 o 4 unidades estructurales trigonales BO 3 , cada una de las cuales comparte átomos de oxígeno con unidades adyacentes. [7] como en LiBO 2 , contienen cadenas de unidades estructurales trigonales BO 3 . Otros aniones contienen ciclos; por ejemplo, NaBO 2 y KBO 2 contienen el ion cíclico [B 3 O 6 ] 3− , [9] que consiste en un anillo de seis miembros de átomos de boro y oxígeno alternados con un átomo de oxígeno adicional unido a cada átomo de boro.

La expansión térmica de los boratos cristalinos está dominada por el hecho de que los poliedros BO 3 y BO 4 y los grupos rígidos que consisten en estos poliedros prácticamente no cambian su configuración y tamaño al calentarse, pero a veces giran como bisagras, lo que resulta en una expansión térmica muy anisotrópica que incluye una expansión negativa lineal. [10]

Reacciones

Solución acuosa

En solución acuosa, el ácido bórico B(OH) 3 puede actuar como un ácido de Brønsted débil , es decir, un donador de protones , con p K a ~ 9 . Sin embargo, actúa más a menudo como un ácido de Lewis , aceptando un par de electrones de un ion hidróxido producido por la autoprotólisis del agua : [11]

B (OH) 3 + 2H2O⇌ [B(OH) 4 ] − + H3O + ( pK = 8,98 ) [ 12 ]

Esta reacción es muy rápida, con un tiempo característico inferior a 10 μs . [13] Los oxoaniones de boro poliméricos se forman en una solución acuosa de ácido bórico a pH 7-10 si la concentración de boro es superior a aproximadamente 0,025 mol/L. El más conocido de ellos es el ion tetraborato [B 4 O 7 ] 2− , que se encuentra en el mineral bórax:

4 [B(OH) 4 ] − + 2 H + ⇌ [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2− + 7 H 2 O 

Otros aniones observados en solución son triborato(1−) y pentaborato(1−), en equilibrio con ácido bórico y tetrahidroxiborato según las siguientes reacciones generales: [13]

2 B(OH) 3 + [B(OH) 4 ] − ⇌ [B 3 O 3 (OH) 4 ] − + 3 H 2 O (rápido, p K = —1,92)
4 B(OH) 3 + [B(OH) 4 ] − ⇌ [B 5 O 6 (OH) 4 ] − + 6 H 2 O (lento, p K = —2,05)

En el rango de pH de 6,8 a 8,0, cualquier sal alcalina de aniones de "óxido bórico" con fórmula general [B x O y (OH) z ](( q − ) donde 3 x + q = 2 y + z eventualmente se equilibrará en solución a una mezcla de B(OH) 3 , [B(OH) 4 ] − , [B 3 O 3 (OH) 4 ] − y [B 5 O 6 (OH) 4 ] − . [13]

Estos iones, al igual que los boratos complejos mencionados anteriormente, son más ácidos que el propio ácido bórico. Como resultado de esto, el pH de una solución concentrada de poliborato aumentará más de lo esperado cuando se diluya con agua.

Sales de borato

Se conocen varios boratos metálicos que pueden obtenerse tratando ácido bórico u óxidos de boro con óxidos metálicos. [ cita requerida ]

Sales aniónicas mixtas

Algunas sustancias químicas contienen otro anión además del borato, como los cloruros de borato , los carbonatos de borato , los nitratos de borato , los sulfatos de borato y los fosfatos de borato .

Oxianiones complejos que contienen boro

Se pueden formar aniones más complejos condensando triángulos o tetraedros de borato con otros oxianiones para producir materiales como borosulfatos , boroselenatos , boroteluratos , boroantimonatos , borofosfatos o boroselenitos .

El vidrio de borosilicato , también conocido como pyrex , puede considerarse un silicato en el que algunas unidades [SiO 4 ] 4− se sustituyen por centros [BO 4 ] 5− , junto con cationes adicionales para compensar la diferencia en los estados de valencia de Si(IV) y B(III). Debido a que esta sustitución conduce a imperfecciones, el material cristaliza lentamente y forma un vidrio con un bajo coeficiente de expansión térmica , por lo que es resistente al agrietamiento cuando se calienta, a diferencia del vidrio sódico .

Usos

Cristales de bórax

Las sales de borato más comunes son el metaborato de sodio (NaBO 2 ) y el bórax. El bórax es soluble en agua, por lo que los depósitos minerales solo se producen en lugares con muy pocas precipitaciones. Se encontraron grandes depósitos en el Valle de la Muerte , que se transportaron en cuadrillas de veinte mulas entre 1883 y 1889. En 1925, se encontraron depósitos en Boron , California , en el borde del desierto de Mojave . El desierto de Atacama, en Chile, también contiene concentraciones de borato que se pueden extraer.

El metaborato de litio , el tetraborato de litio o una mezcla de ambos se pueden utilizar en la preparación de muestras de fusión de borato de diversas muestras para análisis por XRF , AAS , ICP-OES e ICP-MS . La fusión de borato y la espectrometría de fluorescencia de rayos X por energía dispersiva con excitación polarizada se han utilizado en el análisis de suelos contaminados. [14]

El tetrahidrato de octaborato de disodio Na2B8O13·4H2O ( comúnmente abreviado como DOT ) se utiliza como conservante de madera o fungicida. El borato de zinc se utiliza como retardante de llama .

Se han considerado algunos boratos con aniones grandes y múltiples cationes, como K 2 Al 2 B 2 O 7 y Cs 3 Zn 6 B 9 O 21, para aplicaciones en óptica no lineal . [8]

Ésteres de borato

Los ésteres de borato son compuestos orgánicos que se preparan convenientemente mediante la reacción de condensación estequiométrica del ácido bórico con alcoholes (o sus análogos calcógenos [15] ).

Películas delgadas

Las películas delgadas de borato metálico se han cultivado mediante una variedad de técnicas, incluyendo epitaxia en fase líquida (por ejemplo, FeBO 3 , [16] β-BaB 2 O 4 [17] ), evaporación por haz de electrones (por ejemplo, CrBO 3 , [18] β-BaB 2 O 4 [19] ), deposición por láser pulsado (por ejemplo, β-BaB 2 O 4 , [20]  Eu(BO 2 ) 3 [21] ), y deposición de capa atómica (ALD). El crecimiento por ALD se logró utilizando precursores compuestos por el ligando tris(pirazolil)borato y ozono o agua como oxidante para depositar películas de CaB 2 O 4 , [22] SrB 2 O 4 , [23] BaB 2 O 4 , [24] Mn 3 (BO 3 ) 2 , [25] y CoB 2 O 4 [25] .

Fisiología

Los aniones borato se encuentran en gran parte en forma de ácido no disociado en solución acuosa a pH fisiológico. No se produce ningún metabolismo posterior ni en animales ni en plantas. En los animales, las sales de ácido bórico/borato se absorben prácticamente por completo tras la ingestión oral. La absorción se produce por inhalación, aunque no se dispone de datos cuantitativos. Los datos limitados indican que el ácido bórico/las sales no se absorben a través de la piel intacta en un grado significativo, aunque sí se absorbe a través de la piel que está muy erosionada. Se distribuye por todo el cuerpo y no se retiene en los tejidos, excepto en los huesos, y se excreta rápidamente en la orina. [26]

Véase también

Referencias

  1. ^ "Física subyacente y mecanismos de absorción del sonido en el agua de mar". Laboratorio Nacional de Física . Consultado el 21 de abril de 2008 .
  2. ^ Allen, AH; Tankard, AR (1904). "La determinación del ácido bórico en sidra, frutas, etc." Analyst . 29 (octubre): 301–304. Bibcode :1904Ana....29..301A. doi :10.1039/an9042900301.
  3. ^ "Tetraborato".
  4. ^ Carrondo, MAAF de CT; Skapski, AC (1978). "Refinamiento de la estructura cristalina de rayos X del agente blanqueador industrial tetrahidroxo-di-μ-peroxo-diborato de disodio hexahidrato, Na 2 [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ]·6H 2 O". Acta Crystallogr B . 34 : 3551. doi : 10.1107/S0567740878011565.
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Enlaces externos

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