Boro
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| Generale | |||||||||
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| Nome, Simbolo, Numero Atomico | boro, B, 5 | ||||||||
| Serie chimica | metalloidi | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 13 (IIIA), 2, p | ||||||||
| Densità, Durezza | 2460 kg/m3, 9,3 | ||||||||
| Colore | nero |
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| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 10,811 amu | ||||||||
| Raggio atomico | 85 pm | ||||||||
| Raggio covalente | 82 pm | ||||||||
| Raggio di van der Waals | sconosciuto | ||||||||
| Configurazione elettronica | He2s22p1 | ||||||||
| e- per livello energetico | 2, 3 | ||||||||
| Stato di ossidazione | 3 (lievemente acido) | ||||||||
| Struttura cristallina | Romboedrica | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato di aggregazione | solido (non magnetico) | ||||||||
| Punto di fusione | 2349 K, (2075,85 °C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 4200 K, (3926,85 °C) | ||||||||
| Volume molare | 4,39 · 10-3 m3/mol | ||||||||
| Calore di vaporizzazione | 489,7 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 50,2 kJ/mol | ||||||||
| Pressione di vapore | 0,348 Pa a 2573 K | ||||||||
| Velocità del suono | 16200 m/s a 293,15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 2,04 (Scala di Pauling) | ||||||||
| Capacità calorica specifica | 1026 J/(kg*K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 1,0 · 10-4/m ohm | ||||||||
| Conducibilità termica | 27,4 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 800,6 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 2427,1 kJ/mol | ||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 3659,7 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 25025,8 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quinta ionizzazione | 32826,7 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 10B | 19,9% | B è stabile con 5 neutroni | |||||||
| 11B | 80,1% | B è stabile con 6 neutroni | |||||||
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iso = isotopo |
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Il boro è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi, che ha come simbolo B e come numero atomico il 5. È un metalloide trivalente, si trova abbondantemente nella borite. Ci sono due allotropi del boro; il boro amorfo è una polvere marrone, il boro metallico è nero. La forma metallica è dura (9,3 sulla scala di Mohs) ed è una cattiva conduttrice a temperatura ambiente. Il boro non si trova libero in natura. Questo elemento, per la relazione diagonale, ha proprietà e reattività simili al silicio ed è un semiconduttore.
Indice |
[modifica] Caratteristiche
Il boro è mancante di un elettrone, possedendo un orbitale-p vacante. I composti di boro spesso si comportano come acidi di Lewis, legandosi prontamente con sostanze ricche di elettroni.
Le caratteristiche ottiche di questo elemento includono la trasmissione di luce infrarossa. A temperature normali il boro è un povero conduttore elettrico ma diventa un buon conduttore ad alte temperature.
Il boro ha la più alta forza tensile tra tutti gli elementi conosciuti.
Il nitruro di boro può essere utilizzato per produrre materiali duri come il diamante. Il nitruro inoltre agisce da isolante elettrico ma conduce il calore in maniera simile a un metallo. Questo elemento ha inoltre qualità lubrificanti simili alla grafite. Il boro è anche simile al carbonio con la sua capacità di formare strutture molecolari stabili legate covalentemente.
[modifica] Applicazioni
Il composto di boro più importante dal punto di vista economico è il tetraborato di sodio Na2B4O7·10H2O, o borace, che è usato in abbondanza nella produzione di isolanti (vetroresina) e perborato di sodio (candeggianti). Altri usi;
- A causa del suo distintivo colore verde, il boro amorfo è usato nei fuochi d'artificio.
- L'acido borico è un importante composto usato nei prodotti tessili e, in medicina in soluzione diluita, come blando antisettico per uso esterno.
- Composti di boro sono usati estensivamente nella sintesi organica e nella manufattura di vetri borosilicati.
- Altri composti sono usati come conservanti del legno, e sono molto interessanti sotto questo aspetto perché poco tossici.
- Il boro-10 è utilizzato nel controllo dei reattori nucleari, come schermo contro le radiazioni e nel rilevamento dei neutroni.
- I filamenti di boro sono materiali molto resistenti e leggeri, usati principalmente per strutture aerospaziali avanzate.
I composti di boro vengono studiati per l'uso in un ampia gamma di applicazioni; componente per membrane permeabili agli zuccheri, sensori di carboidrati e bioconiugati. Applicazioni mediche attualmente allo studio includono la terapia per cattura neutronica del boro e il rilascio di farmaci. Altri composti di boro sono promettenti nella cura dell'artrite.
Gli idruri di boro ossidano facilmente e liberano una considerevole quantità di energia. Sono quindi studiati come possibile carburante per i razzi.
[modifica] Storia
Composti di boro ( dall'arabo Buraq, persiano Burah) sono conosciuti da migliaia di anni. Nell'antico Egitto, la mummificazione dipendeva da un materiale conosciuto come natron, che conteneva borati e altri sali comuni. Glasse di borace erano usate in Cina dal 300 d.c., e composti di boro erano usati per la fabbricazione del vetro nell'antica Roma.
L'elemento venne isolato nel 1808 fino al 50% di purezza da Sir Humphry Davy, Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard. Essi non riconobbero la sostanza come un elemento. Fu Jöns Jacob Berzelius nel 1824 che identificò il boro come elemento. Il primo boro puro fu prodotto dal chimico americano W. Weintraub nel 1909.
[modifica] Disponibilità
Gli Stati Uniti e la Turchia sono i più grandi produttori di boro. Il boro non è presente in natura nella sua forma elementare ma si trova combinato nel borace, nell'acido borico, nella colemantite, nella kernite, nell'ulexite e nei borati. L'acido borico si trova a volte nelle sorgenti d'acqua vulcaniche. L'ulexite è un minerale che possiede naturalmente le proprietà delle fibre ottiche.
Il boro puro non è di facile preparazione. I primi metodi impiegati utilizzavano la riduzione dell'ossido di boro con metalli quali il magnesio o l'alluminio. Comunque il prodotto era quasi sempre contaminato. Il boro puro può essere preparato riducendo alogenati di boro volatili, con l'idrogeno ad alte temperature.
Nel 1997 il boro cristallino (puro al 99%) costava circa 5 US$ al grammo, il boro amorfo 2 US$ al grammo.
[modifica] Isotopi
Il boro ha due isotopi stabili rintracciabili in natura, 11B (80.1%) e 10B (19.9%). Il frazionamento isotopico del boro è controllato dalle reazioni di scambio delle specie di boro B(OH)3 and B(OH)4. Gli isotopi di boro vengono frazionati anche durante la cristallizzazione minerale, durante i cambi di fase dell'acqua nei sistemi idrotermici e durante le alterazioni idrotermiche delle rocce. L'ultimo effetto (rimozione preferenziale dello ione 10B(OH)4 nelle argille) risulta in soluzioni arricchite di 11B(OH)3 e può essere responsabile per l'arricchimento di 11B nell'acqua marina.
[modifica] Analisi chimica
Il boro si identifica quantitativamente per via spettrofotometrica utilizzando come reagente una soluzione di kinalizarina (45mg disciolti in un litro di acido solforico al 96%) e misurandone l'assorbanza a 620nm.
[modifica] Precauzioni
Il boro e i borati non sono tossici e quindi non richiedono precauzioni speciali per maneggiarli. Alcuni dei composti di boro e idrogeno più esotici comunque sono tossici e richiedono particolare attenzione.
Il Boro è tossico se ingerito, il valore limite per l'acqua potabile è fissato dal dal DPR 236/88 a 1 mg/l, mentre l'OMS consiglia un valore di 0.5 mg/l [1]
[modifica] Altri progetti
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