Apa maksudnya boron kekurangan elektron?
Aturan oktet menggambarkan dengan baik kimia karbon, nitrogen, dan oksigen. Pada boron ia gagal, dan bukan sebagai pengecualian kecil melainkan secara mendasar.
Boron memiliki tiga elektron valensi dan empat orbital tersedia pada kulit n=2. Ketika ia membentuk tiga ikatan tunggal, seperti dalam boron trifluorida, ia tersisa dengan enam elektron di sekelilingnya dan satu orbital p kosong. Ia asam Lewis kuat: ia menerima dengan rakus sepasang elektron dari pendonor mana pun.
Kasus yang menarik adalah diboran, B₂H₆. Jika ikatannya dihitung seperti pada hidrokarbon mana pun, diperlukan enam belas elektron valensi. Molekul itu hanya punya dua belas.
Jawabannya, yang mapan pada tahun empat puluhan setelah bertahun-tahun perdebatan, adalah bahwa dua dari hidrogennya berada dalam posisi jembatan dan membentuk ikatan tiga pusat dua elektron: satu pasang elektron dibagi antara dua atom boron dan satu hidrogen di antaranya. Kerapatan elektronnya menyebar berbentuk pisang di atas dan di bawah sumbu.
Jenis ikatan ini bukan keanehan tersendiri. William Lipscomb menerima Nobel pada 1976 karena memerikan struktur boran, dan aturan yang ia simpulkan juga menjelaskan kimia karboran dan banyak senyawa logam bergugus.
Mengapa massa atomnya berupa rentang?
Seperti litium, boron memiliki dua isotop stabil yang perbandingannya berbeda secara nyata menurut asal sampel: boron 10, sekitar 20 %, dan boron 11, sisanya.
Keragaman alaminya berasal dari fraksinasi isotop dalam proses geokimia. Boron larut dalam air laut sebagai asam borat dan sebagai ion borat, dan keduanya memuat kedua isotop dalam perbandingan berbeda. Air laut dan endapan evaporit daratan berakhir dengan tanda isotop yang berlainan.
Ditambah lagi pemisahan industri. Boron 10 diperkaya secara sengaja untuk keperluan nuklir, dan sisa yang miskin beredar di pasar kimia. Karena itu IUPAC menerbitkan rentang 10,806 sampai 10,821 u.
Keragaman yang sama memiliki kegunaan ilmiah: perbandingan boron 11 dan boron 10 dalam cangkang foraminifera fosil bergantung pada pH air tempat mereka terbentuk, dan berguna untuk merekonstruksi keasaman lautan masa lalu.
Bagaimana borosilikat tahan kejut termal?
Kaca pecah karena kejut termal ketika satu bagian memuai dan bagian lain tidak. Besaran yang mengatur gejala itu adalah koefisien muai linear.
Kaca soda-kapur biasa, yang dipakai untuk jendela, berkoefisien sekitar 9 × 10⁻⁶ per kelvin. Gelas dari bahan itu yang disiram air mendidih mengembangkan tegangan yang melampaui kekuatannya dan pecah.
Menambahkan 12 sampai 15 % oksida boron ke silika menurunkan koefisien itu menjadi sekitar 3,3 × 10⁻⁶. Sebabnya ada pada strukturnya: boron masuk ke jaringan silika dan menciptakan jembatan yang lebih lentur, mampu menyerap pemuaian lewat penyesuaian sudut alih-alih penambahan jarak.
Otto Schott mengembangkan bahan itu di Jena pada 1893, dan Corning memasarkannya sebagai Pyrex pada 1915. Kaca laboratorium, loyang oven, dan cermin teleskop dibuat dengannya.
⚠️ Perlu diketahui bahwa sebagian besar peralatan gelas rumah tangga yang dijual hari ini sebagai Pyrex di beberapa pasar adalah kaca soda-kapur yang ditempering, bukan borosilikat. Kaca tempering tahan benturan mekanik tetapi tidak tahan kejut termal.
Mengapa boron ada dalam magnet terkuat?
Magnet permanen terkuat yang dibuat adalah paduan neodimium, besi, dan boron, berumus Nd₂Fe₁₄B.
Peran boron bukan magnetik: baik boron maupun senyawanya tidak feromagnetik. Yang ia lakukan adalah memantapkan struktur kristal tetragonal tertentu tempat atom neodimium dan besi tersusun dengan anisotropi magnetik yang sangat tinggi.
Anisotropi adalah yang mencegah momen magnetik berputar arah ketika medan berlawanan diterapkan. Tanpanya, sebuah bahan dapat bermagnetisasi besar dan kehilangannya seketika. Dengannya, magnet mempertahankan medannya.
Tanpa boron fase itu tidak terbentuk. Ia ditemukan serentak di Jepang dan Amerika Serikat pada 1982, dan menggantikan magnet samarium-kobalt karena lebih kuat dan memakai unsur yang lebih murah daripada kobalt.
Magnet ini ada dalam motor kendaraan listrik, turbin angin, cakram keras, dan pengeras suara headphone. Satu-satunya kelemahannya adalah suhu: magnetisasinya hilang di atas sekitar 80 °C kecuali jika ditambahi disprosium.
Dari mana boron berasal?
Dari endapan evaporit, yang terbentuk di tempat danau garam mengering dalam iklim gersang dan bergunung api.
Turki memiliki sekitar 70 % cadangan dunia, terpusat di kawasan barat negara itu. Endapan penting lainnya adalah Lembah Kematian dan sekitarnya, di California, yang ditambang sejak abad XIX. Nama dagang boraks California itu, yang diangkut kereta dua puluh bagal, masih ada di pasar.
Mineral utamanya adalah boraks, natrium tetraborat terhidrat, dan kolemanit, borat kalsium.
Boron unsur murni sulit diperoleh dan jarang diperlukan. Industri memakai borat: dalam serat kaca, deterjen, keramik, pertanian sebagai unsur hara mikro, dan pembuatan kaca borosilikat. Boron unsur disimpan untuk penerapan khusus, dan bentuk kristalnya yang paling stabil adalah rombohedron dengan dua belas atom membentuk ikosahedron, geometri yang sekali lagi mencerminkan kekurangan elektronnya.