¿Qué quiere decir que el boro es deficiente en electrones?
La regla del octeto describe bien la química del carbono, el nitrógeno y el oxígeno. Con el boro falla, y no por una excepción menor sino por diseño.
El boro tiene tres electrones de valencia y cuatro orbitales disponibles en la capa n=2. Cuando forma tres enlaces sencillos, como en el trifluoruro de boro, queda con seis electrones alrededor y un orbital p vacío. Es un ácido de Lewis fuerte: acepta con avidez un par de electrones de cualquier donante.
El caso interesante es el diborano, B₂H₆. Si se cuentan sus enlaces como en cualquier hidrocarburo, harían falta dieciséis electrones de valencia. La molécula solo dispone de doce.
La respuesta, establecida en los años cuarenta tras años de discusión, es que dos de los hidrógenos están en posición de puente y forman enlaces de tres centros y dos electrones: un solo par compartido entre dos átomos de boro y un hidrógeno situado entre ellos. La densidad electrónica se reparte en forma de plátano por encima y por debajo del eje.
Este tipo de enlace no era una rareza aislada. William Lipscomb recibió el Nobel en 1976 por describir la estructura de los boranos, y las reglas que dedujo explican también la química de los carboranos y de muchos compuestos metálicos en racimo.
¿Por qué su masa atómica es un intervalo?
Como el litio, el boro tiene dos isótopos estables cuya proporción varía de forma apreciable según el origen de la muestra: boro 10, en torno al 20 %, y boro 11, el resto.
La variación natural procede del fraccionamiento isotópico en procesos geoquímicos. El boro se disuelve en agua marina como ácido bórico y como ion borato, y ambos incorporan los dos isótopos en proporciones distintas. El agua de mar y los depósitos evaporíticos continentales acaban con firmas isotópicas diferentes.
A eso se suma la separación industrial. El boro 10 se enriquece deliberadamente para uso nuclear, y el residuo empobrecido circula por el mercado químico. La IUPAC publica por ello un intervalo de 10,806 a 10,821 u.
Esa misma variación tiene un uso científico: la relación entre boro 11 y boro 10 en conchas fósiles de foraminíferos depende del pH del agua en que se formaron, y sirve para reconstruir la acidez de los océanos del pasado.
¿Cómo consigue el borosilicato resistir el choque térmico?
Un vidrio se rompe por choque térmico cuando una parte se dilata y otra no. La magnitud que gobierna el fenómeno es el coeficiente de dilatación lineal.
El vidrio sodocálcico ordinario, el de las ventanas, tiene un coeficiente de unos 9 × 10⁻⁶ por kelvin. Un vaso de ese material sometido a agua hirviendo desarrolla tensiones que superan su resistencia y estalla.
Añadir entre un 12 y un 15 % de óxido de boro a la sílice baja ese coeficiente hasta unos 3,3 × 10⁻⁶. La razón está en la estructura: el boro entra en la red de sílice y crea puentes más flexibles, capaces de absorber la dilatación mediante un ajuste de ángulos en vez de un aumento de distancias.
Otto Schott desarrolló el material en Jena en 1893, y Corning lo comercializó como Pyrex en 1915. El vidrio de laboratorio, los platos de horno y los espejos de telescopio se fabrican con él.
⚠️ Conviene saber que buena parte de la cristalería doméstica vendida hoy como Pyrex en algunos mercados es vidrio sodocálcico templado, no borosilicato. El templado resiste el impacto mecánico pero no el choque térmico.
¿Por qué el boro está en los imanes más potentes?
El imán permanente más fuerte que se fabrica es una aleación de neodimio, hierro y boro, de fórmula Nd₂Fe₁₄B.
El papel del boro no es magnético: ni el boro ni sus compuestos son ferromagnéticos. Lo que hace es estabilizar una estructura cristalina tetragonal concreta en la que los átomos de neodimio y de hierro quedan dispuestos con una anisotropía magnética muy alta.
La anisotropía es lo que impide que los momentos magnéticos se reorienten cuando se aplica un campo opuesto. Sin ella, un material puede tener mucha magnetización y perderla enseguida. Con ella, el imán conserva su campo.
Sin el boro esa fase no se forma. Se descubrió simultáneamente en Japón y en Estados Unidos en 1982, y sustituyó a los imanes de samario-cobalto por ser más potente y usar un elemento más barato que el cobalto.
Estos imanes están en los motores de los vehículos eléctricos, en los aerogeneradores, en los discos duros y en los altavoces de los auriculares. Su único inconveniente es la temperatura: pierden magnetización por encima de unos 80 °C salvo que se doten con disprosio.
¿De dónde procede el boro?
De depósitos evaporíticos, formados donde lagos salados se secaron en climas áridos y volcánicos.
Turquía posee alrededor del 70 % de las reservas mundiales, concentradas en la región occidental del país. El otro yacimiento importante es el valle de la Muerte y sus alrededores, en California, explotado desde el siglo XIX. El nombre comercial de aquel bórax californiano, transportado por carretas de veinte mulas, sigue en el mercado.
Los minerales principales son el bórax, tetraborato sódico hidratado, y la colemanita, un borato de calcio.
El boro elemental puro es difícil de obtener y raramente necesario. La industria consume boratos: en fibra de vidrio, en detergentes, en cerámica, en agricultura como micronutriente y en la fabricación de vidrio de borosilicato. El boro elemental se reserva para aplicaciones especializadas, y su forma cristalina más estable es un romboedro de doce átomos en icosaedro, una geometría que vuelve a reflejar su deficiencia de electrones.