Boro - (B)

O detergente aplica alguns compostos de boro como agente oxidante

• O boro é um elemento químico de símbolo B , número atômico 5 (5 prótons e 5 elétrons) com massa atômica 11 u. Ele é exclusivamente produzido pela espalação de raios cósmicos e não pela nucleossíntese estelar , ele é um elemento escasso tanto o sistema solar e na crosta terrestre. Concentram-se nas regiões com alta solubilidade hídrica de seus compostos naturais, os boratos. Estes são extraídas industrialmente pelos evaporitos, como o bórax e a kernita. Os maiores depósitos de boro estão na Turquia, onde é também são os maiores produtores de boro.

É um elemento inerte, que é classificado como um metaloide, é encontrado em pequenas amostras em meteoroides, porém não são encontrados naturalmente na Terra. A produção industrial em seu estado nativo é difícil, tendo a produzir materiais refratários quando em contato com pequenas quantidades de carbono ou outros elementos químicos. Geralmente os alótropos de boro são amorfos, onde o boro é um pó marrom ou cristalino que é um material escurecido, com elevada dureza (aproximadamente 9,5 na escala de Mohs) e com baixa condutividade elétrica em temperatura ambiente. A sua principal aplicação está na fabricação de produção de filamentos de boro, que são utilizados como um produto similar às fibras de carbono nos materiais com alta resistência mecânica, útil na indústria aeroespacial.

• Quase todo o boro é utilizado na forma de compostos químicos. Metade do consumo mundial dos compostos de boro está na produção de aditivos para fibras de vidro utilizada para a insulação ou como um material estrutural. Também são encontrados em grande proporção na produção de polímeros e cerâmicas, do qual a estrutura necessita de uma elevada relação peso-resistência e nos materiais refratários. O vidro borossilicato é utilizado quando é requisitada uma elevada resistência mecânica e aos choques térmicos do que vidros produzidos pela cal sodada. Também são utilizados como fertilizantes na agricultura, e o perclorato de sódio nas lixívias. Nas aplicações minoritárias, ele é um importante dopante nos semicondutores, e os reagentes que contém o boro são utilizados como intermediários na síntese orgânica fina e nos compostos orgânicos utilizados na indústria farmacêutica – cuja parte dela está em fase de pesquisa ou já é encontrado no mercado. O boro encontrado na natureza é composto de dois isótopos estáveis, do qual o boro-10 têm numerosas aplicações como agente de captura de nêutrons.

Na biologia, os boratos tem uma baixa toxicidade nos mamíferos (similar ao sais), porém muito mais tóxico ao artrópodes e são utilizados como inseticidas. O ácido bórico é antimicrobiano mediano, e seus compostos são reconhecidos como um antibiótico natural. O boro é uma microelemento fundamental para a vida. Pequenas quantidades de compostos de boro fortalecem a parede celular de todas as plantas, sendo necessário terem pequenas quantidades no solo. É um elemento ultra traço nos animais, sendo desconhecida a sua importância à fisionomia. 

Características:

Propriedades físicas

O boro é o quinto elemento da tabela periódica e o único semimetal do grupo III. 

• O boro arde com chama verde e entre as características ópticas deste elemento, se incluí a transmissão de radiação infravermelha. Na temperatura ambiente sua condutividade elétrica é pequena, porém é bom condutor de eletricidade em temperaturas altas.

Este metaloide tem a maior resistência à tração entre os elementos químicos conhecidos; o material fundido com arco tem uma resistência mecânica entre 1600 e 2400 MPa.

• O nitreto de boro é um isolante elétrico, porém conduz o calor tão bem quanto os metais. É empregado na obtenção de materiais tão duros quanto o diamante. O boro tem, também, qualidades lubrificantes similares ao grafite e, comporta-se como o carbono na capacidade de formar redes moleculares através de ligações covalentes estáveis.

Propriedades químicas:

• Sua configuração eletrônica possui hibridização sp² no qual os elétrons do orbital inferior 2s ocupam os orbitais 2px e 2py que resulta em uma configuração trigonal plana com ligações químicas de caráter covalente embora também possam ter uma configuração tetragonal. O elemento não ocorre na forma livre e normalmente nem ligado a outros elementos senão o oxigênio. 

Com este elemento, é possível que forme ligações em cadeia poliméricas a partir do BO3 que podem ter formatos variados.A química dos organoboranos tem papel biológico importante e são definidas por compostos contendo ligações B-O ou B-N com um ou mais átomos de oxigênio. Em animais, a forma inorgânica é basicamente o ácido bórico e sua forma básica B(OH)4- cujas proporções variam conforme pH funcionando como mecanismo regulador de atividades enzimáticas. As ligações covalentes de amino-boranos possivelmente também possuem papel biológico sob a forma de complexos, atuando no sítio ativo de enzimas.

Aplicações:

• A principal atividade econômica do boro é na produção do bórax e do ácido bórico, com diversas aplicações, com majoritária relevância na indústria de papel, celulose e nos agroquímicos.
• Agentes alvejantes e detergentes
• O bórax é utilizado em diversos produtos de lavagem e limpeza doméstica, incluindo o aditivo de limpeza "20 Mule Team Borax" e o "Boraxo" como sabão para limpeza pesada. Ele também está presente em muitas fórmulas de creme dental com a finalidade de promover o clareamento dos dentes.
• O perborato de sódio serve como um recurso de agente oxidante em muitos detergentes, sabão em pó, agentes de clareamento e em lixívias. Apesar do nome, "Borateem" é um sabão em pó que não quaisquer compostos de boro, utilizando um aduto de carbonato de sódio com peróxido de hidrogênio como um alvejante instantâneo.
• Aplicações biológicas e farmacêuticas
• O ácido bórico tem propriedades antissépticas, fungicida e antiviral e por estas razões é utilizado como clarificador da água no tratamento de água em piscinas .
• Cerâmicas e vidrarias
• O vidro borossilicato que é geralmente composto de 12–15% de B2O3, 80% de SiO2 e 2% de Al2O3 tem um baixo coeficiente de dilatação térmica dando a ele uma boa resistência ao calor. As principais marcas do vidro borossilicato são o Pyrex e o Duran, ambos aplicados na vidraria de laboratórios químicos e em utensílios de cozinha, graças a esta característica em contato com o calor.
• As fibras de boro são muito resistentes (cerca de 3600 MPa) e leves, úteis para a indústria aeroespacial para produção de estruturas de compósitos, como também para produtos esportivos (tacos de golfe) e em varas de pesca. As fibras podem ser produzidas pela deposição química em fase vapor do boro em fibras de tungstênio.
• As fibras de boro e as molas cristalinas sub-milimétricas são produzidas via deposição química em fase vapor com laser. A translação do laser concentra na viga das ligas complexas estruturas helicais. Várias estruturas apresentam propriedades mecânicas excelentes, tendo um módulo de elasticidade de 450 GPa, o alongamento de 3.7% e a tensão de ruptura 17 GPa. Estas propriedades tornam convenientes as fibras de boro como aditivo na produção de cerâmicas ou em sistemas microeletromecânicos. 

Compostos abrasivos e superduros:

Os compostos de boro em geral são conhecido pela sua extrema dureza e tenacidade.

• O carboneto de boro e o pó nitrito de boro cúbico são geralmente utilizados como abrasivos. Os boretos são aplicados para o revestimento de ferramentas via deposição química em fase vapor ou pela deposição física de vapor. A implantação dos íons de boro nos metais e liga através da implantação de íons ou pela deposição de feixes iônicos resulta em um aumento espetacular da resistência superficial e da microdureza. O uso de laser também é usado para este caso. Estes boretos são uma alternativa para as ferramentas revestidas com diamante e suas superfícies tratadas tem efeitos similares aos boretos de bulk.

Inseticida:

• O ácido bórico e o bórax é utilizado para matar baratas, cupins, formigas, pulgas e muitos outros insetos. Para a produção do baraticida, é utilizado tanto o ácido bórico como o boráx com um alimento atraente para o inseto. A sua ação mortífera ocorre pela inibição das funções intestinais das baratas, levando-a à morte.

Magnetos:

• O boro é um dos elementos químicos encontrados nos ímãs de neodímio que são tipos de imãs permanentes com grande força magnética. Este imãs são encontrados em diversos componentes eletromecânicos e eletrônicos, como nas imagens por ressonância magnética, em pequenos motores e em atuadores. Por exemplo, nos discos rígidos dos computadores e nos tocadores de DVDs o ímã de neodímio distribui uma notável potência giratória em um conjunto compacto. Nos telefones celulares, os ímãs criam os campos magnéticos onde ligam pequenos alto-falantes que possuem uma potência de som apreciável.

Pesquisas:

• O diboreto de magnésio é um importante material supercondutor com sua temperatura de transição de 39 K. Os fios de MgB2 são produzidos com o processo de fiação e aplicado nos ímãs supercondutores. O boro amorfo é utilizado como inibidor de ponto de fusão no revestimento das ligas de cromo-níquel.

Semicondutores:

• O boro é um dopante utilizado para muito tipos de semicondutores como o silício, germânio e o carbeto de silício. Tendo um elétron de valência a menos a receber em cada átomo, ele doa um buraco resultando em um condutividade tipo P. O método tradicional de adicionar o boro aos semicondutores é a partir da difusão atômica em alta temperatura. Este processo usa ambas as substâncias: (B2O3) em estado sólido, o (BBr3) em estado líquido ou o (B2H6 ou BF3) em estado gasoso. Entretanto, depois de 1970, este processo foi substituído pela implantação de íons que emprega predominantemente o BF3 como fonte do elemento. O gás tricloreto de boro é também uma substância química importante na indústria de semicondutores, não no processo de dopagem, mas na corrosão por plasma de metais e seus óxidos. O trietilborano também é injetado dentro de reatores para a deposição química em fase vapor como uma fonte de boro como por exemplo em filmes de carbono duros, filmes de nitreto de boro e silício e para a dopagem de filmes de diamante com boro.

Outras aplicações:

• O Boro é usado em reatores nucleares com a função de materiais de controle e finalização da reação de fissão nuclear em cadeia , pois é excelente absorvente de nêutrons;
• O boro amorfo é usado em fogos de artifício devido a coloração verde que produz;
• Também é aplicado seus compostos na fabricação de medicamentos, germicidas e na metalurgia; 
• Os boratos são considerados substâncias ecologicamente corretas para o tratamento de madeiras;
• O borato de sódio é utilizado como fundente nas soldas de prata e ouro;
• O cloreto de amônio é utilizado nas soldas de metais ferrosos. Eles também são utilizados como aditivo retardante nas roupas de plástico e borracha;
• O ácido bórico (também conhecido como ácido ortobórico) H3BO3 é utilizado na produção de fibras de vidro , nos monitores de computador e na produção de muitos adesivos baseados em acetato de polivinila e álcool polivinílico;
• Os adesivos de amido e caseina contêm tetraborato de decahidrato (Na2B4O7·10 H2O);
• Muitos produtos anti-corrosivos contêm borax

História:

• O nome tem como origem a palavra árabe بورق buraq ou a persa بوره burah; que são nomes comuns ao mineral bórax. Seus compostos são conhecidos desde a Antiguidade tendo sido utilizados na China, Egito e Babilônia. O bórax é encontrado nos desertos ocidentais do Tibete onde é conhecido como tincal. Vidros com bórax foram utilizados na China no século III e alguns destes objetos chegaram ao Ocidente, durante o qual o alquimista persa Jābir ibn Hayyān parece mencionar no século VII. Marco Polo trouxe outros objetos com bórax para a Itália durante o século XIII. Agrícola, por volta de 1600, relatou o uso do bórax na metalurgia e em 1777 o ácido bórico foi reconhecido nas fontes termais próximas a Florença, Itália, e passou a ser conhecido como sal sedativum devido aos seus usos médicos. Um de seus minerais, a Sassolita o qual é encontrado perto de Sasso, Itália, que foi a principal mina de bórax de origem europeia de 1827 a 1872, quando as minas americanas e turcas substituíram os produtores de pequena escala. Os compostos foram relativamente pouco usados na química até o final da década de 1800, quando a Pacific Coast Borax Company de Francis Marion Smith popularizou estes compostos em grandes quantidades e por preços baixos.

O boro não foi reconhecido como um elemento até que fosse isolado por Sir Humphry Davy e por Joseph Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard..Em 1808 Davy observou que a corrente elétrica enviada a uma solução de boratos produzia um precipitado marrom em um dos eletrodos. Em experimentos subsequentes ele utilizou potássio para reduzir o ácido bórico ao invés da eletrólise. Ele então produziu boro o suficiente para confirmar um novo elemento que nomeou como boracium. Gay-Lussac e Thénard usaram ferro para reduzir o ácido bórico em altas temperaturas. Eles demonstraram pela oxidação do boro com o ar que o ácido bórico é um produto desta reação. Jöns Jakob Berzelius identificou o boro como um elemento em 1824 e o elemento puro pelo americano Ezekiel Weintraub em 1909.

Abundância e obtenção:

• O boro é um elemento relativamente raro representando somente 0,001% da crosta terrestre com os depósitos comerciais estimados em aproximadamente dez milhões de toneladas. sendo a Turquia, com 63% das reservas mundiais , e os Estados Unidos os maiores produtores. O elemento não é encontrado na forma pura mas combinado com outros elementos como compostos, formando minerais. 

No solo, os principais depósitos são áreas de antigas formações vulcânicas no qual está presente na forma de boratos e em sistemas de água como oceanos e rios sua concentração é variável sendo da ordem de 4,5 micrograma por litro nos oceanos. Sua assimilação no solo depende de fatores como umidade, lixiviação e acidez, o que pode provocar a deficiência em plantas de regiões tropicais.

• O boro é acumulado através de três vias geológicas distintas: óxidos ou silicatos de ferro, óxidos de magnésio sedimentados de fontes marinhas e hidratos de cálcio e sódio acumulados em regiões continentais com atividade vulcânica e que são as mais importantes economicamente que são os minerais bórax ou tincal, kernita, ulexita e a colemanita. O bórax é encontrado no Deserto de Mojave na Califórnia onde está localizada a maior mina a céu aberto do mundo e a maior produtora de bórax, que responde por quase a metade dos boratos mundiais. Entretanto, os maiores depósitos conhecidos permanecem não aproveitados na Turquia Central e Ocidental, nas províncias de Eskişehir, Kütahya e Balıkesir.

Existem mais de 150 compostos contendo boro, sendo os elementos mais comuns em combinações o Cálcio, Sódio e o Magnésio. Fontes antropogênicas incluem a queima de carvão e o despejo em depósitos de lixo. Em vias aquáticas, o elemento pode ser encontrado em efluentes, principalmente em áreas onde seus compostos são utilizados em detergentes. As principais fontes de reciclagem são de fibras de vidro, vidrarias de borosilicato e cerâmicas.

Isótopos:

• Os principais isótopos são o 10B (19,9%) e 11B (80,1%) que são abundantes e estáveis possuindo reatividades diferentes que exploradas para entender a fisiologia de seres vivos e eventos geológicos. O 10B é utilizado como receptor de nêutrons em tratamentos de câncer em tumores cerebrais inoperáveis. As diferentes proporções de cada isótopo também são utilizadas 

Papel biológico:

• O boro influencia a atividade de pelo menos 26 enzimas como inibidor ou moderador de caminhos metabólicos em plantas. É um nutriente essencial às plantas, necessário para a manutenção das paredes celulares. Todavia, em concentrações superiores a > 1.0 ppm pode provocar a necrose em pontas e margens das folhas assim como um crescimento menor do que o esperado. Níveis tão baixos quanto 0.8 ppm podem causar os mesmos sintomas em plantas sensíveis ao boro no solo. Quase todas as plantas, mesmo aquelas que são tolerantes ao elemento, irão demonstrar alguns dos sintomas da toxidade quando a concentração no solo for superior a 1.8 ppm. Quando esta for superior a 2.0 ppm, poucas plantas conseguirão se desenvolver e podem não sobreviver. Nos tecidos das plantas, os sintomas surgem quando a concentração é superior a 200 ppm.

O elemento tem importância biológica no sistema reprodutor, locomotor e imunológico em algumas espécies de animais e na retenção do mineral do Cálcio pelo corpo humano. Também está presente em funções de membrana celular, no qual prolongam a estrutura em ausência de água.

Nutrição:

• Em alimentos, está distribuído de forma desigual sendo o consumo diário da ordem de 1 mg assim como para a água ingerida. O boro inorgânico não é absorvido no trato intestinal sendo excretado pelo sistema urinário e pesquisas com animais indicam a existência de um regulador fisiológico que expele qualquer excesso ingerido pela dieta alimentar.

Toxicologia:

• A dose letal para humanos não foi estabelecida e sinais de intoxicação aguda incluem por exemplo náusea, vômito, dor de cabeça e hipotermia. Intoxicações crônicas podem incluir sintomas como, por exemplo, diminuição de apetite, peso e volume seminal. Os tratamentos variam de lavagens gástricas a diálises, quando a concentração no sangue é elevada.

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