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BORO

Flores Uribe Miguel

López Jiménez Cristina

Narváez Celada Denise Esther

GENERALIDADES

� El boro es un elemento metaloide, semiconductor, trivalente que existe abundantemente en el mineral bórax.

� Hay dos alótropos del boro; el boro amorfo es un polvo marrón, pero el boro metálico es negro. La forma metálica es dura (9,3 en la escala de Mohs) y es un mal conductor a temperatura ambiente.

� No se ha encontrado libre en la naturaleza.

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� El boro se obtiene por reducción del óxido con magnesio, lavando el producto resultante primero con una disolución alcalina, después con HCl y por último con HF.

� El Boro no forma sales iónicas binarias.

� La estructura más simple es la del boro romboédrico alfa, cuya celda unidad contiene doce átomos de boro equivalentes en forma de icosaedro. Las distintas uniones de estos icosaedros dan lugar a los distintos alótropos.

Figura 1. Boro romboédrico (α)Figura 2. Boro tetragonal (T)

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� Descubierto simultáneamente por Joseph Louis Gay-Lussac y Louis J. Thénard en Paris y Sir Humphrey Davy en Londres con 60% de pureza.

� En 1909 con 99% de pureza por Ezekiel Weintraub

� El boro puro puede formar a altas presiones un cristal “Iónico” de un solo elemento, explotando las diferencias de electronegatividad en sus Clusters

(γ en la grafica)

� Uno de los compuestos de Boro más comúnmente utilizados es el Bórax(borato de sodio ), el Perborato de Sodio y el Borato que remplaza 12.6% átomos de silicio en el Pyrex.

� Como elemento, el Boro es raro por su naturaleza como elemento creado por impacto de rayos cósmicos, y no por nucleosintesis del Big Bang.

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TRIHALOGENUROS DE BORO

Los dos haluros de interés, son el trifloruro de boro y eltricloruro de boro.El trifloruro de boro es relevante en el contexto delenlace; se le considera el prototipo del ácido de Lewis.Mientras que el trifloruro de boro muestra la altareactividad química de la mayoría de los cloruros nometálicos en comparación con los cloruros iónicos.

CARACTERÍSTICAS GENERALES:

� Volátiles

� Altamente reactivos

� Compuestos monoméricos

� Moléculas trigonales planas de simetría D3h

3

3

BF

BCl

3BBr

3BI

SólidoLíquido volátil

Gases

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TRIFLORURO DE BORO

La energía de enlace boro-flúor es extremadamente alta (613kJ/mol), mucho más alta que cualquier enlace simple (eg. carbono-flúor: 485 kJ/mol).

¿Cómo se explica esta estabilidad?

El átomo de boro tiene el orbital 2pzvacío que coincide con los tres enlacesσ de los átomo del flúor. Cada átomode flúor tiene un orbital 2p llenoparalelo al 2pz del boro. Por lo queexisten 3 estructuras de resonanciapara el BF3.

Al utilizar el orbitalvacante 2pz, el triflorurode boro se comportacomo un ácido de Lewis.

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TRICLORURO DE BORO

� El cloruro de boro es el primer cloruro que se encuentra como una molécula enlazada covalentemente. Existe como un gas o líquido a temperatura ambiente y reacciona violentamente con agua.

� BCl3 (g) + 3 H2O (l) � H3BO3 (aq) + 3 HCl (aq)

Los productos de la reacción pueden predecirse en términos de sus electronegatividades relativas entre los dos átomos.

ÁCIDEZ DE LOS TRIHALOGENUROS DE BORO

� Experimentalmente se sabe que el orden de acidez de los trihalogenuros de boro es como sigue:

3 3 3 3BI BBr BCl BF> > >

Contrario al orden de acidez que siguen los halogenuros de aluminio:

3 3 3 3AlI AlBr AlCl AlF< < <

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� Enlaces 2pπ - 2pπ. A la anterior observación, seargumenta el hecho que la donación de cargadesde los pares libres del flúor 2pπ en el orbitalvacío del boro 2pπ es más eficiente y conduce a unenlace B-X π más fuerte que la misma donación decarga de los pares libres del cloro, bromo y iododebido a un aparente traslape pobre desde estosgrandes orbitales p con los orbitales pequeños pdel boro.

3 3 3 3BI BBr BCl BF> > >

Aumenta energía de enlace

Aumenta acidez

Enlaces 3pπ - 3pπ

2pπ - 2pπ> 2pπ - 3pπ> 3pπ - 3pπ

Orden de estabilidad de los enlaces π:

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BORAZINA

SÍNTESIS DE LA BORAZINA

� 1° (Alfred Stock)

� 3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3H6N3 + 12 H2

� 200 °C- 300°C (R=50%)

� Alternativas

� 3H3N•BH3 →B3N3H6 + 6H2

� 3(NH4)2SO4 +6NaBH4→2B3N3H6 +3Na2SO4+ 18H2

� 120°C-160 °C (R=58-70%)

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AROMATICIDAD (COMPARACIÓN CON

BENCENO)

� Se espera que el grado de deslocalización de los electrones pi sea mucho más limitado en la borazina que en el benceno, ya que existe una diferencia significativa de electronegatividad entre el boro y el nitrógeno. El enlace entre ellos y cualquier subsecuente deslocalización de los electrones pi debería ser afectada por estas diferencias de electronegatividad.

� Mientras que en el benceno, las distancias de enlace C-H son uniformes con 1.08 A, la distancia B-H en la borazina es 1.20 A y la distancia N-H es 1.02 A. Estas distancias reflejan un grado de asimetría electrónica en el anillo que no está presente en el benceno.

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� Estos factores pueden explicar la mayor reatividad de la borazina así como algunas reacciones que no se llevan a cabo con el benceno. También pueden explicar el mayor grado de reactividad del boro en el anillo hacia las reacciones de sustitución. Considerando la evidencia, la descripción del anillo de borazina parece ser más cercana a la figura a, solamente con contribuciones limitadas de las estructuras b y c.

•Reactivos de Grignard•Agua, alcoholes

•Nunca hay adición o sustituciónen los nitrógenos.•Bi y tri sustitución del B resulta desfavorable.

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BORANOS

� Los boranos son hidruros de boro, El más simple conocido es el BH3, aunque su masa molecular corresponde al diborano B2H6. La mayor parte de los boranos tienen fórmulas moleculares del tipo BnHn+4 o BnHn+6. Se obtienen por hidrólisis del boruro de magnesio con ácido clorhídrico diluido.

� Algunos boranos típicos son B2H6, B4H10, B9H15, B10H14, B20H16. Los boranos se prepararon por primera vez entre 1912 y 1936 por Alfred Stock que desarrolló técnicas de vacío para manejar estas sustancias tan reactivas.

� El borano, BH3 es una molécula trigonal planar. Nótese la buena coincidencia de energía entre el B y el H, por lo que se espera una alta covalencia en el enlace B-H.

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DIBORANO

Los dos planos son exactamente ortogonales, y los dos átomos de hidrógeno del medio forman puentes simétricos entre los átomos de boro. Notar que el ángulo H-B-H es mayor a 90°, por lo que los átomos de boro están bastante cercanos entre ellos.

3 LiBH4 + 4 BF3 → 2 B2H6 + 3 LiBF4

ENLACES TRICÉNTRICOS (3C-2E)

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� La forma de este enlace se puede sustentar con el siguiente diagrama de Walsh:

� La fuerza motriz de la disminución de la energía por el doblamiento del enlace es el traslape mejorado del orbital 1s del H con el orbital híbrido del átomo central y una posible interacción entre los dos orbitales 1s.

� El enlace 3c-2e para el B2H6 involucra átomos de µ-H. Se dice que cada enlace B-H-B está “apoyado” por el otro y naturalmente cada marco B-H-B es forzado a doblarse. La mayoría de los hidruros de metales de transición y los boranos tienen este tipo de enlace “apoyado”.

� A pesar de esto, existe una interacción apreciable B-B en la molécula, aunque predomina el enlace tricéntrico por las distancias de enlace.

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Lleva al estado fundamental del Etano. Reaccion permitida por Simetría.

Configuración no comparable.Reacción impedida porsimetría.

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CAJAS DE BORO

� Algunos compuestos de boro como los Boranos(B y H), Carboranos(C, B y H) y Metalocarboranos(C, B, H y algún metal) forman compuestos en cajas.

� Su nomenclatura sigue las Reglas de Wade(se maneja de forma parecida a la regla del octeto o la de 18 electrones). Usualmente son Deltahedros.

� Aunque los Boranos no tiene muchos usos, reacciones como acetileno + decaborano nos dan el C2B10H12

� Los Carboranos pueden usarse como ligantes con reactividad similar a compuestos organicos.

� Uno de los superacidos más útiles es el ácido del carborano, H(CHB11Cl11), un millón de veces más fuerte que el ácido sulfúrico, y el ácido más fuerte que se puede aislar (el más fuerte es 1016 de veces más fuerte, H2FSbF6.)

� Es tan ácido que puede formar sales con el catiónarenio o complejo sigma, ya que su base conjugada es basicamente nula; y puede protonaral fullereno.

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METALOCARBORANOS

� Los carbonaros tiene una química amplia con metales de transición.

� Con Zinc, hay carboranos como [(nido-

C2B9H11)ZnNMe3]2, que se une a través de un enlace Zn-Zn con deficiencia electrónica.

� Con Neodimio, Tungsteno y Tantalio, forma ligantes s2p4

� Algunas aplicaciones de los metalocarboranos son inhibidores de enzimas. También son muy útiles ya su amplia química permite estudiar la química de clusters más a fondo.

APLICACIONES

� Los clusters de boro en medicina (El boro absorbe neutrones)

� Extracción de iones metálicos

� Óptica no linear

� Catálisis homogénea

� Cristales líquidos

� Electrodos de ion selectivo

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REFERENCIAS� Oganov A.R., Chen J., Gatti C., Ma Y.-M., Yu T., Liu Z.,

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� Chang, R. (2010)”Química” 10ª edición, México, Mc Graw Hill,

� Reed, C. A. (2005). "Carborane acids. New "strong yet gentle" acids for organic and inorganic chemistry" (pdf). Chemical Communications 2005

� Dr. Andrew Hughes – metallacarboranes: http://community.dur.ac.uk/a.k.hughes/research/carboranes.html

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