O boro é um semi-metal extremamente duro e resistente ao calor que pode ser encontrado de várias formas. É amplamente utilizado em compostos para fazer de tudo, de alvejantes e vidros a semicondutores e fertilizantes agrícolas.
As propriedades do boro são:
- Símbolo atômico: B
- Número atômico: 5
- Categoria do elemento: Metalóide
- Densidade: 2.08g / cm3
- Ponto de fusão: 3769 F (2076 C)
- Ponto de ebulição: 7101 F (3927 C)
- Dureza de Moh: ~ 9.5
Características do boro
O boro elementar é um semi-metal alotrópico, o que significa que o próprio elemento pode existir em diferentes formas, cada uma com suas próprias propriedades físicas e químicas. Além disso, como outros semi-metais (ou metalóides), algumas das propriedades do material são de natureza metálica, enquanto outras são mais semelhantes aos não-metais.
O boro de alta pureza existe como um pó amorfo marrom escuro a preto ou como um metal cristalino escuro, brilhante e quebradiço.
Extremamente duro e resistente ao calor, o boro é um mau condutor de eletricidade a baixas temperaturas, mas isso muda à medida que as temperaturas aumentam. Embora o boro cristalino seja muito estável e não reativo aos ácidos, a versão amorfa oxida lentamente no ar e pode reagir violentamente no ácido.
Na forma cristalina, o boro é o segundo mais difícil de todos os elementos (atrás apenas do carbono em sua forma de diamante) e tem uma das mais altas temperaturas de fusão. Semelhante ao carbono, para o qual os primeiros pesquisadores confundiram o elemento, o boro forma ligações covalentes estáveis que dificultam o isolamento.
O elemento número cinco também tem a capacidade de absorver um grande número de nêutrons, tornando-o um material ideal para hastes de controle nuclear.
Pesquisas recentes mostraram que, quando super-resfriado, o boro forma uma estrutura atômica completamente diferente que permite que ele atue como um supercondutor.
História do Boro
Embora a descoberta de boro seja atribuída a químicos franceses e ingleses que pesquisam borato minerais no início do século XIX, acredita-se que uma amostra pura do elemento não tenha sido produzida até 1909.
Minerais de boro (muitas vezes referidos como boratos), no entanto, já eram utilizados pelos seres humanos há séculos. O primeiro uso registrado de bórax (borato de sódio que ocorre naturalmente) foi pelos ourives árabes que aplicaram o composto como um fluxo para purificar ouro e prata no século VIII d.C.
Esmaltes nas cerâmicas chinesas que datam entre os séculos III e 10 d.C. também foram mostrados para fazer uso do composto que ocorre naturalmente.
Usos modernos do boro
A invenção do vidro de borosilicato termicamente estável no final do século XIX forneceu uma nova fonte de demanda por minerais de borato. Utilizando essa tecnologia, a Corning Glass Works introduziu as panelas de vidro Pyrex em 1915.
Nos anos pós-guerra, os pedidos de boro cresceram para incluir uma gama cada vez maior de indústrias. O nitreto de boro começou a ser usado em cosméticos japoneses e, em 1951, foi desenvolvido um método de produção de fibras de boro. Os primeiros reatores nucleares, que entraram em operação durante esse período, também fizeram uso de boro em suas hastes de controle.
Logo após o desastre nuclear de Chernobyl, em 1986, 40 toneladas de compostos de boro foram despejados no reator para ajudar a controlar a liberação de radionuclídeos.
No início dos anos 80, o desenvolvimento de ímãs permanentes de terras raras de alta resistência criou ainda mais um grande mercado para o elemento. Mais de 70 toneladas métricas de ímãs de neodímio-ferro-boro (NdFeB) são agora produzidos todos os anos para uso em tudo, desde carros elétricos a fones de ouvido.
No final dos anos 90, o aço boro começou a ser usado em automóveis para fortalecer componentes estruturais, como barras de segurança.
Produção de boro
Embora existam mais de 200 tipos diferentes de minerais de borato na crosta terrestre, apenas quatro são responsáveis por mais de 90% da extração comercial de compostos de boro e boro - tincal, kernita, colemanita e ulexita.
Para produzir uma forma relativamente pura de pó de boro, o óxido de boro presente no mineral é aquecido com fluxo de magnésio ou alumínio. A redução produz pó de boro elementar que é aproximadamente 92% puro.
O boro puro pode ser produzido reduzindo ainda mais os halogenetos de boro com hidrogênio a temperaturas acima de 1500 C (2732 F).
O boro de alta pureza, necessário para uso em semicondutores, pode ser produzido decompondo o diborano a altas temperaturas e cultivando cristais únicos por meio da fusão por zona ou pelo método Czolchralski.
Pedidos de boro
Enquanto mais de seis milhões de toneladas métricas de minerais contendo boro são extraídas a cada ano, a grande maioria disso é consumido como sais de borato, como ácido bórico e óxido de boro, com muito pouco sendo convertido em boro elementar. De fato, apenas cerca de 15 toneladas métricas de boro elementar são consumidas a cada ano.
A amplitude de uso de boro e compostos de boro é extremamente ampla. Alguns estimam que existem mais de 300 usos finais diferentes do elemento em suas várias formas.
Os cinco principais usos são:
- Vidro (por exemplo, vidro borossilicato termicamente estável)
- Cerâmica (por exemplo, esmaltes de azulejos)
- Agricultura (por exemplo, ácido bórico em fertilizantes líquidos).
- Detergentes (por exemplo, perborato de sódio em detergente para a roupa)
- Alvejantes (por exemplo, removedores de manchas domésticos e industriais)
Aplicações Metalúrgicas de Boro
Embora o boro metálico tenha muito poucos usos, o elemento é altamente valorizado em várias aplicações metalúrgicas. Ao remover carbono e outras impurezas à medida que se liga ao ferro, uma pequena quantidade de boro - apenas algumas partes por milhão - adicionada ao aço pode torná-lo quatro vezes mais forte que o aço de alta resistência médio.
A capacidade do elemento de dissolver e remover o filme de óxido de metal também o torna ideal para fluxos de soldagem. O tricloreto de boro remove nitretos, carbonetos e óxidos do metal fundido. Como resultado, o tricloreto de boro é usado na fabricação alumínio, magnésio, zinco e ligas de cobre.
Na metalurgia do pó, a presença de boretos metálicos aumenta a condutividade e a resistência mecânica. Nos produtos ferrosos, sua existência aumenta a resistência à corrosão e dureza, enquanto ligas de titânio usado em estruturas a jato e peças de turbina boretos aumentam a resistência mecânica.
As fibras de boro, que são feitas depositando o elemento hidreto no fio de tungstênio, são fortes e leves material estrutural adequado para uso em aplicações aeroespaciais, bem como tacos de golfe e materiais de alta resistência fita.
A inclusão de boro no ímã NdFeB é fundamental para a função de ímãs permanentes de alta resistência que são usados em turbinas eólicas, motores elétricos e em uma ampla gama de eletrônicos.
A propensão do Boron para a absorção de nêutrons permite que ele seja usado em barras de controle nuclear, escudos de radiação e detectores de nêutrons.
Finalmente, o carboneto de boro, a terceira substância mais conhecida, é usado na fabricação de várias armaduras e coletes à prova de balas, além de abrasivos e peças de desgaste.