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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 puede cristalizarse sólo con gran dificultad. También se llama óxido bórico [6] o boria . [7] Tiene muchas aplicaciones industriales importantes, principalmente en cerámica como fundente para esmaltes y vidriados 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- B2O3 ) es , con diferencia , la más común. Se cree que está compuesta por anillos de boroxol, que son anillos de seis miembros compuestos de boro de coordinación tridireccional y oxígeno de coordinación bidireccional.

Debido a la dificultad de construir modelos desordenados a la densidad correcta con muchos anillos de boroxol, esta visión fue inicialmente controvertida, pero recientemente se han construido dichos modelos y exhiben propiedades en excelente acuerdo con la experimentación. [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 anillos de boroxol en B2O3 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]

Forma cristalina α

La forma cristalina (α- B2O3 ) está compuesta exclusivamente por triángulos BO3 . Inicialmente se creyó que su estructura cristalina eran los grupos espaciales enantiomórficos P31 ( #144) y P32 ( #145), como la γ-glicina; [ 16] [17] pero luego se revisó a los grupos espaciales enantiomórficos P3121 ( #152) y P3221 ( #154) en el sistema cristalino trigonal , como el α- cuarzo [18]

La cristalización de α- B2O3 a partir del estado fundido a presión ambiente está fuertemente desfavorecida cinéticamente ( compárense las densidades del líquido y del cristal). Se puede obtener con recocido prolongado del sólido amorfo a ~200 °C bajo al menos 10 kbar de presión. [ 19] [1]

Forma β cristalina

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

Preparación

El trióxido de boro se produce mediante el tratamiento del 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 96-97 %. [3]

Otro método consiste en calentar el ácido bórico por encima de los 300 °C. El ácido bórico se descompondrá inicialmente en vapor (H 2 O (g) ) y ácido metabórico (HBO 2 ) a unos 170 °C, y un calentamiento posterior por encima de los 300 °C producirá más vapor y trióxido de diboro. Las reacciones son las siguientes:

H3BO3 → HBO2 + H2O​​​​
2HBO2 → B2O3 + H2O​​​​​

El ácido bórico se convierte en B2O3 microcristalino anhidro en un lecho fluidizado calentado. [ 21] Una velocidad de calentamiento cuidadosamente controlada evita la formación de goma 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 trazas de humedad:

2B2H6 ( g )+3O2 ( g ) → 2B2O3 ( s )+6H2 ( g )
B2H6 (g)+3H2O ( g ) → B2O3 ( s )+6H2 ( g ) [ 22]

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. [23]

Aplicaciones

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Gurr, GE; Montgomery, PW; Knutson, CD; Gorres, BT (1970). "La estructura cristalina del trióxido de diboro trigonal". Acta Crystallographica B . 26 (7): 906–915. doi :10.1107/S0567740870003369.
  2. ^ Corrosión a alta temperatura y química de los materiales: actas del Simposio en memoria de Per Kofstad. Actas de la Sociedad Electroquímica. The Electrochemical Society. 2000. pág. 496. ISBN 978-1-56677-261-7.
  3. ^ ab 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. ^ abcd Guía de bolsillo del 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". 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 a partir de los 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 de 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 de anillo del vidrio de trióxido de boro". Journal of Non-Crystalline Solids . 261 (1–3): 282–286. Código Bibliográfico :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.
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  15. ^ Alderman, 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 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. ^ Gurr, GE; Montgomery, PW; Knutson, CD; Gorres, BT (1970). "La estructura cristalina del trióxido de diboro trigonal". Acta Crystallographica B . 26 (7): 906–915. doi :10.1107/S0567740870003369.
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  21. ^ 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". Ingeniería química y procesamiento . 35 (4): 311–317. doi :10.1016/0255-2701(95)04142-7.
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