O que quer dizer que o boro é deficiente em eletrões?
A regra do octeto descreve bem a química do carbono, do azoto e do oxigénio. Com o boro falha, e não por uma exceção menor mas por construção.
O boro tem três eletrões de valência e quatro orbitais disponíveis na camada n=2. Quando forma três ligações simples, como no trifluoreto de boro, fica com seis eletrões à volta e uma orbital p vazia. É um ácido de Lewis forte: aceita com avidez um par de eletrões de qualquer dador.
O caso interessante é o diborano, B₂H₆. Se se contarem as suas ligações como em qualquer hidrocarboneto, seriam necessários dezasseis eletrões de valência. A molécula dispõe apenas de doze.
A resposta, estabelecida nos anos quarenta após anos de discussão, é que dois dos hidrogénios estão em ponte e formam ligações de três centros e dois eletrões: um único par partilhado entre dois átomos de boro e um hidrogénio situado entre eles. A densidade eletrónica distribui-se em forma de banana acima e abaixo do eixo.
Este tipo de ligação não era uma raridade isolada. William Lipscomb recebeu o Nobel em 1976 por descrever a estrutura dos boranos, e as regras que deduziu explicam também a química dos carboranos e de muitos compostos metálicos em cacho.
Por que é que a sua massa atómica é um intervalo?
Tal como o lítio, o boro tem dois isótopos estáveis cuja proporção varia de forma apreciável consoante a origem da amostra: boro 10, cerca de 20 %, e boro 11, o restante.
A variação natural provém do fracionamento isotópico em processos geoquímicos. O boro dissolve-se em água do mar como ácido bórico e como ião borato, e ambos incorporam os dois isótopos em proporções diferentes. A água do mar e os depósitos evaporíticos continentais acabam com assinaturas isotópicas distintas.
A isso soma-se a separação industrial. O boro 10 é enriquecido deliberadamente para uso nuclear, e o resíduo empobrecido circula pelo mercado químico. A IUPAC publica por isso um intervalo de 10,806 a 10,821 u.
Essa mesma variação tem um uso científico: a relação entre boro 11 e boro 10 em conchas fósseis de foraminíferos depende do pH da água em que se formaram, e serve para reconstituir a acidez dos oceanos do passado.
Como consegue o borossilicato resistir ao choque térmico?
Um vidro parte-se por choque térmico quando uma parte dilata e outra não. A grandeza que governa o fenómeno é o coeficiente de dilatação linear.
O vidro sodo-cálcico comum, o das janelas, tem um coeficiente de cerca de 9 × 10⁻⁶ por kelvin. Um copo desse material sujeito a água a ferver desenvolve tensões que ultrapassam a sua resistência e estilhaça.
Adicionar entre 12 e 15 % de óxido de boro à sílica baixa esse coeficiente para cerca de 3,3 × 10⁻⁶. A razão está na estrutura: o boro entra na rede de sílica e cria pontes mais flexíveis, capazes de absorver a dilatação através de um ajuste de ângulos em vez de um aumento de distâncias.
Otto Schott desenvolveu o material em Jena em 1893, e a Corning comercializou-o como Pyrex em 1915. O vidro de laboratório, os tabuleiros de forno e os espelhos de telescópio são feitos com ele.
⚠️ Convém saber que boa parte da louça doméstica vendida hoje como Pyrex em alguns mercados é vidro sodo-cálcico temperado, não borossilicato. O temperado resiste ao impacto mecânico mas não ao choque térmico.
Por que está o boro nos ímanes mais potentes?
O íman permanente mais forte que se fabrica é uma liga de neodímio, ferro e boro, de fórmula Nd₂Fe₁₄B.
O papel do boro não é magnético: nem o boro nem os seus compostos são ferromagnéticos. O que faz é estabilizar uma estrutura cristalina tetragonal concreta em que os átomos de neodímio e de ferro ficam dispostos com uma anisotropia magnética muito elevada.
A anisotropia é o que impede que os momentos magnéticos se reorientem quando se aplica um campo oposto. Sem ela, um material pode ter muita magnetização e perdê-la de imediato. Com ela, o íman conserva o seu campo.
Sem o boro essa fase não se forma. Foi descoberta simultaneamente no Japão e nos Estados Unidos em 1982, e substituiu os ímanes de samário-cobalto por ser mais potente e usar um elemento mais barato do que o cobalto.
Estes ímanes estão nos motores dos veículos elétricos, nos aerogeradores, nos discos rígidos e nos altifalantes dos auscultadores. O seu único inconveniente é a temperatura: perdem magnetização acima de uns 80 °C salvo se forem dopados com disprósio.
De onde vem o boro?
De depósitos evaporíticos, formados onde lagos salgados secaram em climas áridos e vulcânicos.
A Turquia possui cerca de 70 % das reservas mundiais, concentradas na região ocidental do país. O outro jazigo importante é o vale da Morte e arredores, na Califórnia, explorado desde o século XIX. O nome comercial daquele bórax californiano, transportado por carroças de vinte mulas, continua no mercado.
Os minerais principais são o bórax, tetraborato de sódio hidratado, e a colemanite, um borato de cálcio.
O boro elementar puro é difícil de obter e raramente necessário. A indústria consome boratos: em fibra de vidro, em detergentes, em cerâmica, na agricultura como micronutriente e no fabrico de vidro borossilicato. O boro elementar reserva-se para aplicações especializadas, e a sua forma cristalina mais estável é um romboedro de doze átomos em icosaedro, uma geometria que volta a refletir a sua deficiência de eletrões.