unidad viii

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura
Universidad Nacional del Nordeste
Avenida Libertad 5450- 3400. Corrientes
TE: (03783)457996- Int. 105
QUÍMICA INORGÁNICA
Unidad VIII: GRUPO DEL BORO
Contenidos temáticos desarrollados por:
Dra. GRACIELA MABEL MONTIEL
Profesor Responsable
CARRERAS: Bioquímica- Licenciatura en Ciencias Químicas
Profesorado en Ciencias Química y del Ambiente
BIBLIOGRAFIA GENERAL
•Atkins, P. ; Jones, L. (2006). “Principios de Química. Los caminos
del descubrimiento”. Editorial Médica PANAMERICANA S. A.
Argentina.
•Atkins, P. ; Jones, L. (1998).”Química. Moléculas. Materia.
Cambio”. Omega S.A.. Barcelona. España.
•Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B. (1998) ”Química la Ciencia
Central”. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México.
•Geoff Rayner-Canham.(2000) Química Inorgánica Descriptiva.
Prentice-Hall.
•Gutierrez Ríos, E.( 2003). Química Inorgánica .Editorial Reverté S.A.
Petrucci, R. Harwood, W.(1999) Química General. Principios y
Aplicaciones Modernas. Editorial Prentice Hall Iberia.
•Whitten, K.W.; Gailey, K.D.; Davis, R.E.(1992) Química General.
3ra. Edición. México. Mc Graw-Hill Interamericana.
•Shriver, D.F.; Atkins P.W.; Langford C.H. (1998) “Química
Inorgánica” .Volumen I. Editorial Reverté S.A.
•http://www.uv.es/~borrasj/docencia/apuntes/
•http://www.colegiolosrosales.com/sp/
LOS ELEMENTOS DEL
GRUPO
 B: no metal o semimetal
 Al, Ga, In y Tl: metales
 Los puntos de fusión varían notablemente, de modo
irregular.
B: 2030 ºC | Ga: 29,6ºC
 El Ga tiene un intervalo en estado líquido mayor
conocido. Se utiliza en termómetros para altas
temperaturas.
Estructuras cristalinas
• B: adopta estructuras cristalinas
complejas basadas en estructuras
icosaédricas con fuertes enlaces
covalentes entre los B.
• El resto adoptan empaquetamientos
típicos de metales.
Reactividad
B: es inerte y no es atacado por los
ácidos ni por las bases
Los demás elementos son bastante reactivos
Los compuestos con carácter covalente son
frecuentes en este grupo: B y Al
Elevada carga y pequeño radio
El B sólo forma compuestos binarios covalentes
La única forma de estabilizar compuestos iónicos
es hidratar el catión metálico
H del Al: -4665 kJ·mol-1,
3 I: +5137 kJ·mol-1
Estados de oxidación
Configuración electrónica de la
capa de valencia:
ns2 np1
A medida que descendemos en el
grupo el efecto del par inerte
Presencia en la naturaleza
Boro:
Poco abundante (3 ppm)
boratos:
kernita: Na2B4O7·4H2O; borax: Na2B4O7·10H2O
Aluminio:
Abundancia del 7%, silicatos:
feldespato: K[AlSi3O8] ; caolínAl2(OH)4Si2O5.
Bauxita: Al2O3·H2O, impurificado con diversas
cantidades de Fe2O3 y SiO2.
Abundancia de
Ga: 15 ppm; In: 0,1 ppm; Tl: 0,3 ppm
BORO
Es el único elemento no metálico del grupo
13. El B es el único no metal o semimetal
que tiene 3 e- en su capa de valencia
No puede completar su octeto por
formación de 3 enlaces covalentes.
El B forma enlaces muy peculiares
Muchas de sus reacciones químicas son de
tipo ácido-base
Características del B
Sólido de gran dureza (cercana al
diamante) y alto punto de fusión (2180ºC).
Color muy oscuro y brillo metálico.
Es mal conductor de la electricidad
Usos como elemento
endurecer aceros
producir fibras inorgánicas que endurecen
a los plásticos, el grafito o el wolframio. Muy
importante
se utiliza como abrasivo
moderador en reactores nucleares. Por su
capacidad para absorber neutrones
Reactividad del B
• Es un elemento bastante inerte químicamente.
• Inatacable por HCl o HF
• En caliente y finamente dividido es atacado por ácidos
oxidantes (HNO3)
• Con hidróxidos alcalinos forma boratos alcalinos:
MH2BO3
• Tiene elevada afinidad por el oxígeno: a 700ºC arde
con formación de B2O3
• En caliente reacciona con no metales.
• Halógenos formando haluros: BX3
• Azufre formando sulfuros: B2S3
• Nitrógeno formando nitruros: (BN)x
• Reacciona con algunos metales formando boruros
metálicos: MBn
Métodos de obtención del B
 La estabilidad del enlace B–O hace
que sea costoso obtenerlo por
reducción de compuestos
oxigenados
 Hay que utilizar reductores fuertes
como el Na, Al o H2
 Altas temperaturas
 Se lo obtiene frecuentemente
impurificado con restos de óxidos o
boruros metálicos
 Por reducción por metales a alta temperatura se
obtiene boro de 95-98% de pureza
 Reducción electrolítica de boratos fundidos o de
KBF4 en KCl/KF fundido a 800º, se obtiene boro en
polvo del 95%.
 Reducción de compuestos volátiles
 Descomposición térmica de hidruros de boro o
de haluros
Estructura del B elemental
Forman redes extensas formadas por icosaedros
(poliedros formados por 12 átomos de B con 20
caras).
los icosaedros se unen por enlaces covalentes entre
dos átomos de B situados en los vértices o por
enlaces tricéntricos
Complejidad estructural
 tiene más orbitales de valencia que electrones
Alotropía en el B
B amorfo (de aspecto vítreo y opaco)
no es conductor porque los electrones están
localizados entre las unidades icosaédricas
Compuestos de Boro
En muchos compuestos el B no se rodea de
un octeto electrónico lo que hace que sean
deficientes en electrones.
La deficiencia electrónica de algunos
compuestos de boro conduce a un tipo de
enlace muy especial: 3c-2e
Muchos de ellos, sobre todo los moleculares
tipo BX3, son ácidos de Lewis fuertes.
El boro presenta una notable tendencia a la
homocatenación: enlaces –B–B– extendidos
Compuestos del boro
reconocidos:
• BOROHIDRUROS y BORANOS
• BORUROS METÁLICOS
• HALUROS
• ÓXIDOS Y OXOÁCIDOS
• B-N: Borazinas

4
Hidruros de B: Borohidruros
 Los hidruros MH3 son inestables para a
todos los elementos del Grupo 13. Sin
embargo todos pueden formar las
especies aniónicas: MH4¯
(tetrahidrometalato)
 LiAlH4: también se utiliza para la síntesis
de silanos.
 NaBH4: Sólido blanco
Hidruros de B: Boranos
Diborano: B2H6
Obtención:
Propiedades del diborano:
 Gas incoloro, tóxico y sumamente
reactivo
Se inflama en el aire
Fuertemente higroscópico
A temperaturas >50ºC
Enlace en el diborano:
3c-2e (tres centros dos electrones)
Estructura aceptada para el diborano:
4 H y 2 B situados en un plano: 8e
hibridación sp3 para el B (coordinación
local del B casi tetraédrica)
2H que actúan como puente entre 2B: 4e
B–H–B: enlace 3 centros con 2 electrones
Otros boranos
Tetraborano
Cuando se calienta el diborano a 100ºC se
forma el decaborano B10H14
Sus estructuras están basadas en
poliedros regulares donde los B
definen caras triangulares (estructuras
deltaédricas):
Enlaces directos: B–B o B–H
Enlaces tricéntricos: B–H–B, B–B–B
Clasificación:
 Closoboranos: cuando todos los vértices de los
poliedros están ocupados por átomos de B.
[BnHn]2 Nidoboranos: boranos neutros de fórmula BnHn+4
Se derivan de los closo por eliminación del átomo de
B de mayor índice de coordinación, dejando así
una cara del poliedro abierta.
 Aracnoboranos: también son neutros de fórmula
BnHn+6
Derivan de los nido por eliminación de un átomo de B
de la cara abierta.
Boruros metálicos: caso del boruro
de magnesio
MgB2: superconductor
En 2001 se descubrió que el MgB2 es un
material superconductor por debajo de 39K
Propiedades como superconductor:
Resistencia eléctrica cero
Diamagnetismo perfecto: las lineas de
campo magnético se ven repelidas por el
material (efecto Meissner)
Muchas aplicaciones tecnológicas
Propiedades químicas de los
trihaluros
Son ácidos de Lewis
Fortaleza como ácidos de Lewis
Compuestos oxigenados
 El B puede formar compuestos con el
oxígeno. Están entre los más importantes
desde el punto de vista industrial.
 Enlace B-O: en los compuestos oxigenados
es predominante la hibridación sp2
quedando libre el orbital pz del B para un
posible solapamiento con orbitales pz del O
(llenos) formándose un enlace p- p que
refuerza el enlace sencillo .
 La entalpía de formación del B2O3 es muy
alta, H= -1250 kJ·mol-1
 La energía de disociación D(B–O) es elevada
(536 kJ·mol-1)
• Óxidos
• ¿Hidróxidos?
• Boratos
Óxido de Boro: B2O3
• es un óxido ácido
• reacciona con el agua para dar ácido bórico,
B(OH)3 o H3BO3
Ácido bórico: H3BO3
Usos principales
El ácido bórico es un antiséptico suave
También se utiliza para hacer menos
inflamable el papel utilizado para
empapelar paredes.
El uso mayoritario es para obtener óxido
bórico
Es un ácido monoprótico muy débil
(pK1=9,2)
Es un ácido de Lewis porque acepta un par
electrónico del ion OH¯
Estructura del ácido bórico
Los cristales de ácido bórico son blancos y
trasparentes, de aspecto escamoso.
En sólido, las unidades B(OH)3 están unidas
mediante puentes de hidrógeno en una
estructura plana, en capas unidas entre sí
por fuerzas de Van der Waals que explica la
textura en escamas de este compuesto.
Esteres del ácido bórico
Preparación del borato de etilo
En las reacciones de esterificación
el H2SO4 actúa como agente
deshidratante.
Hidróxidos del grupo
 B(OH)3 como acabamos de decir es en realidad un
ácido (ácido bórico) aunque convenga escribirlo
como está y no como H3BO3.
 Al(OH)3, Ga(OH)3 y In(OH)3 son compuestos
anfóteros.
La adición de disolución básica a las sales de Al o Ga
da lugar al precipitado blanco del hidróxido
M(OH)3 que se disuelve para formar el ion M(OH)4¯
 Tl(OH)3 no se ha podido aislar
Boratos
Anión metatriborato
Anión metatetraborato
Boratos más comunes:
BORAX: Na2B2O7·10H2O
PEROXOBORATO: Na2BO3
ALUMINIO
Propiedades del Aluminio
 Es un metal de apariencia brillante
 Es un metal blando (como el Cu y el Sn). Es por tanto
fácilmente moldeable. Sin embargo, algunas de sus
aleaciones son más resistentes que el acero.
 El tercer elemento más común en el planeta (tras el
O y Si) y el metal más abundante; constituye el 8%
de la corteza. No existe en estado metálico en la
naturaleza. Esta muy disperso en forma de arcillas
(silicatos), debiendo ser extraído de las menas de
bauxita.
 Funde a temperaturas más elevadas (600ºC) que la
mayoría de los demás metales.
 Carece de función biológica esencial.
Las plantas lo absorben (especialmente la planta del
te) y se acumula fácilmente en las grasas.
 Muy buen conductor de la electricidad
 Buen conductor del calor
Reactividad del Aluminio
 El aluminio es un metal con potencial de reducción
muy negativo (Eº=- 1.67V) y por tanto es de esperar
que sea un elemento fácilmente oxidable.
 El Al metálico no arde en presencia de O2, pero
finamente dividido puede inflamarse bajo
determinadas condiciones en una reacción muy
exotérmica, formándose un polvo blanco de
alúmina.
Es resistente a la corrosión
no por su posición en la serie
electroquímica (muy reductor)
sino por la rápida formación
de una capa de óxido
coherente e inerte que lo pasiva.
Reactividad ácido base del Al
Es anfótero
Química acuosa del Al
En disolución acuosa, el catión
Al3+ sufre reacciones de hidrólisis:
Los haluros de Al son ácidos de Lewis muy
reactivos y aceptan fácilmente un par de
electrones para formar un aducto.
Óxido de Aluminio
Se le denomina alúmina cuando está en forma
microcristalina (polvo) y corindón cuando esta
en forma cristalina.
El corindón es una piedra preciosa: zafiro blanco.
Inclusiones de otros metales dan lugar a otras
piedras preciosas
(a) Rubí es alúmina con Cr(III) sustituyendo a
algunos Al(III)
(b) Zafiro es alúmina con pequeñas cantidades de
Fe(III) y Ti(IV)
(c) Topacio es alúmina con pequeñas cantidades
de Fe(III)
Sulfato de Al: alumbres y espinelas
 Los alumbres son sales dobles que responden a la
fórmula general:
M(I) M(III) (SO4)2 12 H2O
donde M(I) es un catión monopositivo ( ion sodio, ion
potasio, ion amonio); y M(III) es un catión tripositivo (
ion aluminio, ion cromo(III) o ion hierro(III)).
 La espinela corresponde al metalaluminato de
magnesio anhidro Mg(AlO2)2.
Sulfato de Al y tratamiento
de aguas
Se utilizan cantidades enormes de Al2(SO4)3
en el tratamiento de aguas ya que permite
precipitar finas partículas en suspensión que
de otro modo serían muy difíciles de filtrar.
El agente floculante es el Al(OH)3.
Tl: Efecto del par inerte
 Conforme se baja en el grupo aumenta la dificulta
para ionizar los electrones s y, por consiguiente, la
valencia máxima del elemento disminuye en 2
respecto de la valencia máxima
 En este elemento se estabiliza la e.o. +I.
 El efecto del par inerte se incrementa en los grupos
siguientes: 14, 15 y 16
Los compuestos de Tl
 Son muy venenosos
 El radio del Tl+ es muy semejante al del K+. Si se
ingiere una sal de Tl+, interfiere en los roles
biológicos del K+ al que sustituye.