Uma olhada no boro semi-metal
O boro é um semi-metal extremamente duro e resistente ao calor que pode ser encontrado em uma variedade de formas e é amplamente utilizado em compostos para fazer tudo, desde alvejantes e vidro para semicondutores e fertilizantes agrícolas.
As propriedades do boro são:
- Símbolo atômico: b
- Número Atômico: 5
- Categoria do Elemento: Metaloide
- Densidade: 2,08 g / cm3
- Ponto de fusão: 3769 F (2076 C)
- Ponto de Ebulição: 7101 F (3927 C)
- Dureza de Moh: ~ 9,5
Características do boro
O boro elementar é um semi-metal alotrópico, o que significa que o próprio elemento pode existir em diferentes formas, cada uma com suas próprias propriedades físicas e químicas. Além disso, como outros semi- metais (ou metalóides), algumas das propriedades do boro são de natureza metálica, enquanto outras são mais semelhantes a não-metais.
O boro de alta pureza existe quer como um pó castanho escuro amorfo a preto ou um metal cristalino escuro, brilhante e quebradiço.
Extremamente duro e resistente ao calor, o boro é um mau condutor de eletricidade a baixas temperaturas, mas isso muda à medida que as temperaturas aumentam. Enquanto o boro cristalino é muito estável e não reativo com ácidos, a versão amorfa se oxida lentamente no ar e pode reagir violentamente em ácido.
Na forma cristalina, o boro é o segundo mais duro de todos os elementos (atrás somente do carbono em sua forma de diamante) e tem uma das mais altas temperaturas de fusão. Semelhante ao carbono, para o qual os primeiros pesquisadores frequentemente confundem o elemento, o boro forma ligações covalentes estáveis que dificultam o isolamento.
O elemento número cinco também tem a capacidade de absorver um grande número de nêutrons, tornando-o um material ideal para hastes de controle nuclear.
Pesquisas recentes mostraram que, quando super-resfriado, o boro forma uma estrutura atômica completamente diferente que permite que ele atue como um supercondutor.
História do Boro
Embora a descoberta de boro seja atribuída a químicos franceses e ingleses que pesquisam minerais de borato no início do século 19, acredita-se que uma amostra pura do elemento não tenha sido produzida até 1909.
Os minerais de boro (frequentemente referidos como boratos), no entanto, já haviam sido usados por humanos durante séculos. O primeiro uso registrado de bórax (borato de sódio natural) foi feito por ourives árabes que aplicaram o composto como um fluxo para purificar ouro e prata no século VIII dC
Esmaltes em cerâmicas chinesas datadas entre os séculos 3 e 10 dC também foram mostrados para fazer uso do composto que ocorre naturalmente.
Usos modernos do boro
A invenção do vidro borossilicato termicamente estável no final do século XIX forneceu uma nova fonte de demanda por minerais boratos. Fazendo uso dessa tecnologia, a Corning Glass Works lançou a panela de vidro Pyrex em 1915.
Nos anos do pós-guerra, os pedidos de boro cresceram para incluir uma gama cada vez maior de indústrias. O nitreto de boro começou a ser usado em cosméticos japoneses e, em 1951, um método de produção de fibras de boro foi desenvolvido. Os primeiros reatores nucleares, que entraram em operação durante esse período, também usaram boro em suas hastes de controle.
Imediatamente após o desastre nuclear de Chernobyl, em 1986, 40 toneladas de compostos de boro foram despejadas no reator para ajudar a controlar a liberação de radionuclídeos.
No início dos anos 80, o desenvolvimento de ímãs de terras raras de alta resistência permaneceu criando um novo mercado para o elemento.
Mais de 70 toneladas métricas de ímãs de neodímio-ferro-boro (NdFeB) são produzidas todos os anos para uso em tudo, desde carros elétricos a fones de ouvido.
No final da década de 1990, o aço com boro começou a ser usado em automóveis para fortalecer componentes estruturais, como barras de segurança.
Produção de boro
Embora existam mais de 200 tipos diferentes de minerais de borato na crosta terrestre, apenas quatro são responsáveis por mais de 90% da extração comercial de compostos de boro e boro: tintal, kernita, colemanita e ulexita.
Para produzir uma forma relativamente pura de pó de boro, o óxido de boro presente no mineral é aquecido com magnésio ou fluxo de alumínio. A redução produz pó de boro elementar que é aproximadamente 92% puro.
O boro puro pode ser produzido pela redução adicional de haletos de boro com hidrogênio a temperaturas acima de 1500 ° C (2732 ° F).
O boro de alta pureza, requerido para uso em semicondutores, pode ser obtido pela decomposição de diborano a altas temperaturas e pelo crescimento de monocristais através da fusão da zona ou pelo método de Czolchralski.
Aplicativos para boro
Enquanto mais de seis milhões de toneladas métricas de minerais contendo boro são extraídos a cada ano, a grande maioria é consumida como sais de borato, como ácido bórico e óxido de boro, com muito pouco sendo convertido em boro elementar. De fato, apenas cerca de 15 toneladas métricas de boro elementar são consumidas a cada ano.
A amplitude do uso de compostos de boro e boro é extremamente ampla. Alguns estimam que existem mais de 300 usos finais diferentes do elemento em suas várias formas.
Os cinco principais usos são:
- Vidro (por exemplo, vidro borossilicato termicamente estável)
- Cerâmica (por exemplo, esmaltes de azulejos)
- Agricultura (por exemplo, ácido bórico em fertilizantes líquidos).
- Detergentes (por exemplo, perborato de sódio em sabão em pó)
- Branqueadores (por exemplo, removedores de manchas domésticas e industriais)
Aplicações metalúrgicas de boro
Embora o boro metálico tenha muito poucos usos, o elemento é altamente valorizado em diversas aplicações metalúrgicas. Ao remover carbono e outras impurezas quando se liga ao ferro, uma pequena quantidade de boro - apenas algumas partes por milhão - adicionada ao aço pode torná-lo quatro vezes mais forte que o aço de alta resistência.
A capacidade do elemento de dissolver e remover o filme de óxido de metal também o torna ideal para fluxos de soldagem. O tricloreto de boro remove nitretos, carbonetos e óxidos de metal fundido. Como resultado, o tricloreto de boro é usado na fabricação de ligas de alumínio, magnésio, zinco e cobre.
Na metalurgia do pó, a presença de boretos metálicos aumenta a condutividade e a resistência mecânica. Em produtos ferrosos, a sua existência aumenta a resistência à corrosão e a dureza, enquanto que nas ligas de titânio usadas em quadros de jatos e peças de turbinas, os boretos aumentam a resistência mecânica.
As fibras de boro, que são feitas depositando o elemento de hidreto no fio de tungstênio, são materiais estruturais leves e resistentes adequados para uso em aplicações aeroespaciais, bem como tacos de golfe e fitas de alta resistência.
A inclusão de boro no ímã NdFeB é fundamental para a função de ímãs permanentes de alta resistência que são usados em turbinas eólicas, motores elétricos e uma ampla gama de componentes eletrônicos.
A tendência do boro para a absorção de nêutrons permite que ele seja usado em hastes de controle nuclear, escudos de radiação e detectores de nêutrons.
Finalmente, o carbeto de boro, a terceira substância mais dura conhecida, é usado na fabricação de várias armaduras e coletes à prova de balas, bem como em abrasivos e peças de desgaste.
Fontes:
Chemicool. Boro
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Informação Mineral. Boro
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/