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trióxido de boro

El trióxido de boro o trióxido de diboro es el óxido de boro con la fórmula B 2 O 3 . Es un sólido transparente incoloro, casi siempre vítreo (amorfo), que sólo 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 (g- B 2 O 3 ) es, con diferencia, la más común. Se cree que está compuesto por anillos de boroxol, que son anillos de seis miembros compuestos de boro de 3 coordenadas alternas y oxígeno de 2 coordenadas.

Debido a la dificultad de construir modelos desordenados con la densidad correcta con muchos anillos de boroxol, esta visión fue inicialmente controvertida, pero recientemente se han construido tales modelos y exhiben propiedades que concuerdan excelentemente con los experimentos. [8] [9] Ahora se reconoce, a partir de estudios experimentales y teóricos, [10] [11] [12] [13] [14] que la fracción de átomos de boro que pertenecen a los anillos de boroxol en el B 2 O 3 vítreo está en alguna parte entre 0,73 y 0,83, correspondiendo 0,75 = 3/4 a una relación de 1:1 entre unidades anulares y no anulares. El número de anillos de boroxol decae en estado líquido al aumentar la temperatura. [15]

Forma α cristalina

La forma cristalina (α- B 2 O 3 ) está compuesta exclusivamente por triángulos BO 3 . Inicialmente se creía que su estructura cristalina eran los grupos espaciales enantiomórficos P3 1 (#144) y P3 2 (#145), como la γ-glicina; [16] [17] pero luego fue revisado a los grupos espaciales enantiomórficos P3 1 21 (#152) y P3 2 21 (#154) en el sistema cristalino trigonal , como el cuarzo α [18]

La cristalización de α- B 2 O 3 desde el estado fundido a presión ambiente está fuertemente desfavorecida cinéticamente (compárese con las densidades del líquido y del cristal). Se puede obtener con un recocido prolongado del sólido amorfo ~200 °C bajo al menos 10 kbar de presión. [19] [1]

Forma β cristalina

La red trigonal sufre una transformación similar a la coesita a β- B 2 O 3 monoclínica a varios gigapascales (9,5 GPa). [20]

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 de óxido de boro fundido se separa del sulfato de sodio . Luego se decanta, se enfría y se obtiene con una pureza del 96 al 97%. [3]

Otro método es calentar ácido bórico por encima de ~300 °C. El ácido bórico se descompondrá inicialmente en vapor (H 2 O (g) ) y ácido metabórico (HBO 2 ) a alrededor de 170 °C, y un calentamiento adicional por encima de 300 °C producirá más vapor y trióxido de diboro. Las reacciones son:

H 3 BO 3 → HBO 2 + H 2 O
2 HBO 2 → B 2 O 3 + H 2 O

El ácido bórico se convierte en B 2 O 3 microcristalina anhidra en un lecho fluidizado calentado. [21] La velocidad de calentamiento cuidadosamente controlada evita el engomado a medida que se desprende el agua.

El óxido de boro también se formará cuando el diborano (B 2 H 6 ) reacciona con el oxígeno del aire o con trazas 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) [22]

Reacciones

El óxido de boro fundido ataca los silicatos. Los contenedores pueden pasivarse internamente con una capa de carbón grafitizado obtenida por descomposición térmica del acetileno. [23]

Aplicaciones

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Gurr, GE; Montgomery, PW; Knutson, CD; Gorras, BT (1970). "La estructura cristalina del trióxido de diboro trigonal". Acta Cristalográfica B. 26 (7): 906–915. 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. ^ ab Patnaik, P. (2003). Manual de compuestos químicos inorgánicos. McGraw-Hill. pag. 119.ISBN​ 978-0-07-049439-8. Consultado el 6 de junio de 2009 .
  4. ^ abcd Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos. "#0060". Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  5. ^ "Óxido de boro". Concentraciones inmediatamente peligrosas para la vida o la salud (IDLH) . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  6. ^ L. McCulloch (1937): "Un óxido bórico cristalino". Revista de la Sociedad Química Estadounidense , 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". Energía Solar , tomo 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 de los primeros principios". Física. Rev. Lett . 101 (6): 065504. Código bibliográfico : 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 ". Cartas de Materiales de la Naturaleza . 11 (11): 925–929. arXiv : 1209.3482 . Código Bib : 2012NatMa..11..925F. doi :10.1038/NMAT3416. PMID  22941329. S2CID  11567458.
  10. ^ Colgado, yo; et al. (2009). "Determinación de la distribución del ángulo de enlace en B 2 O 3 vítreo mediante espectroscopia de RMN de rotación (DOR)". Revista de química del estado sólido . 182 (9): 2402–2408. Código Bib : 2009JSSCh.182.2402H. doi :10.1016/j.jssc.2009.06.025.
  11. ^ Soper, Alaska (2011). "Anillos de boroxol a partir de datos de difracción de trióxido de boro vítreo". J. Phys.: Condens. Asunto . 23 (36): 365402. Código bibliográfico : 2011JPCM...23.5402S. doi :10.1088/0953-8984/23/36/365402. PMID  21865633. S2CID  5291179.
  12. ^ Joo, C.; et al. (2000). "La estructura del anillo del vidrio de trióxido de boro". Revista de sólidos no cristalinos . 261 (1–3): 282–286. Código Bib : 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 la teoría funcional de la densidad". Resonancia Magnética Nuclear de Estado Sólido . 27 (1–2): 5–9. doi :10.1016/j.ssnmr.2004.08.004. PMID  15589722.
  14. ^ Micoulaut, M. (1997). "La estructura del B 2 O 3 vítreo obtenida a partir de un modelo termostático de aglomeración". Revista de líquidos moleculares . 71 (2–3): 107–114. doi :10.1016/s0167-7322(97)00003-2.
  15. ^ Concejal, OLG Ferlat, G. Baroni, A. Salanne, M. Micoulaut, M. Benmore, CJ Lin, A. Tamalonis, A. Weber, JKR (2015). "B2O3 líquido hasta 1700K: difracción de rayos X y disolución de anillo de boroxol" (PDF) . Revista de Física: Materia Condensada . 27 (45): 455104. Código bibliográfico : 2015JPCM...27S5104A. doi :10.1088/0953-8984/27/45/455104. PMID  26499978. S2CID  21783488.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
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  20. ^ Brazhkin, VV; Katayama, Y.; Inamura, Y.; Kondrin, MV; Lyapin, AG; Popova, SV; Voloshin, RN (2003). "Transformaciones estructurales en B2O3 líquido, cristalino y vítreo a alta presión". Cartas JETP . 78 (6): 393–397. Código Bib : 2003JETPL..78..393B. doi :10.1134/1.1630134. S2CID  189764568.
  21. ^ Kocakuşak, S.; Akçay, K.; Ayok, T.; Koöroğlu, HJ; Koral, M.; Savaşçi, Ö. T.; Tolún, R. (1996). "Producción de óxido de boro cristalino anhidro en reactor de lecho fluidizado". Ingeniería y Procesamiento Químicos . 35 (4): 311–317. doi :10.1016/0255-2701(95)04142-7.
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  23. ^ Morelock, CR (1961). "Informe del laboratorio de investigación n.º 61-RL-2672M". Energia General. {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )

enlaces externos