Óxido de boro (B2O3): estrutura, propriedades e usos - Ciência - 2023

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o óxido de boro ou o anidrido bórico é um composto inorgânico cuja fórmula química é B₂OU₃. Como boro e oxigênio são elementos do bloco p da tabela periódica, e ainda mais cabeças de seus respectivos grupos, a diferença de eletronegatividade entre eles não é muito alta; portanto, é de se esperar que o B₂OU₃é covalente por natureza.

O B₂OU₃É preparado dissolvendo o bórax em ácido sulfúrico concentrado em forno de fusão e à temperatura de 750ºC; ácido bórico desidratando termicamente, B (OH)₃, a uma temperatura de aproximadamente 300 ° C; ou também pode ser formado como um produto de reação de diborano (B₂H₆) com oxigênio.

O óxido de boro pode ter uma aparência vítrea semitransparente ou cristalina; o último por moagem pode ser obtido na forma de pó (imagem superior).

Embora possa não parecer à primeira vista, é considerado o B₂OU₃como um dos óxidos inorgânicos mais complexos; não só do ponto de vista estrutural, mas também pelas propriedades variáveis adquiridas pelos vidros e pelas cerâmicas aos quais se somam à sua matriz.

Estrutura de óxido de boro

Unidade BO₃

O B₂OU₃é um sólido covalente, portanto, em teoria, não há íons B em sua estrutura³⁺ nem O^2-, mas links B-O. O boro, de acordo com a teoria das ligações de valência (TEV), só pode formar três ligações covalentes; neste caso, três ligações B-O. Como conseqüência disso, a geometria esperada deve ser trigonal, BO₃.

A molécula BO₃ É deficiente em elétrons, especialmente átomos de oxigênio; No entanto, vários deles podem interagir entre si para suprir a referida deficiência. Assim, os triângulos BO₃ eles se unem compartilhando uma ponte de oxigênio e são distribuídos no espaço como redes de fileiras triangulares com seus planos orientados de maneiras diferentes.

Estrutura de cristal

Um exemplo dessas linhas com unidades triangulares BO é mostrado na imagem acima.₃. Se você olhar bem, nem todas as faces dos planos apontam para o leitor, mas o contrário. As orientações dessas faces podem ser responsáveis por como o B é definido₂OU₃a uma certa temperatura e pressão.

Quando essas redes têm um padrão estrutural de longo alcance, trata-se de um sólido cristalino, que pode ser construído a partir de sua célula unitária. É aqui que se diz que o B₂OU₃Possui dois polimorfos cristalinos: α e β.

O α-B₂OU₃ocorre à pressão ambiente (1 atm) e é considerado cineticamente instável; na verdade, esta é uma das razões pelas quais o óxido de boro é provavelmente um composto difícil de cristalizar.

O outro polimorfo, β-B₂OU₃, é obtido em altas pressões na faixa GPa; portanto, sua densidade deve ser maior que a de α-B₂OU₃.

Estrutura vítrea

Redes BO₃ eles naturalmente tendem a adotar estruturas amorfas; Ou seja, carecem de um padrão que descreva as moléculas ou íons no sólido. Ao sintetizar o B₂OU₃sua forma predominante é amorfa e não cristalina; em palavras corretas: é um sólido mais vítreo do que cristalino.

Diz-se então que o B₂OU₃é vítreo ou amorfo quando suas redes BO₃eles são bagunçados. Não só isso, mas também mudam a maneira como se reúnem. Em vez de serem arranjados em uma geometria trigonal, eles acabam se ligando para criar o que os pesquisadores chamam de anel de boroxol (imagem superior).

Observe a diferença óbvia entre unidades triangulares e hexagonais. Os triangulares caracterizam o B₂OU₃cristalino e hexagonal para B₂OU₃vítreo. Outra forma de se referir a esta fase amorfa é o vidro de boro, ou por uma fórmula: g-B₂OU₃ (o 'g' vem da palavra glassy, em inglês).

Assim, as redes g-B₂OU₃são compostos por anéis de boroxol e não unidades BO₃. No entanto, o g-B₂OU₃pode cristalizar em α-B₂OU₃, o que implicaria uma interconversão de anéis em triângulos, e também definiria o grau de cristalização alcançado.

Propriedades

Aparência física

É um sólido vítreo incolor. Em sua forma cristalina, é branco.

Massa molecular

69,6182 g / mol.

Sabor

Ligeiramente amargo

Densidade

-Cristalino: 2,46 g / mL.

-Vítreo: 1,80g / mL.

Ponto de fusão

Não tem um ponto de fusão totalmente definido, porque depende do quão cristalino ou vítreo ele é. A forma puramente cristalina funde a 450 ° C; entretanto, a forma vítrea derrete em uma faixa de temperatura de 300 a 700ºC.

Ponto de ebulição

Novamente, os valores relatados não correspondem a este valor. O óxido de boro aparentemente líquido (fundido de seus cristais ou de seu vidro) ferve a 1860ºC.

Estabilidade

Deve ser mantido seco, pois absorve umidade para se transformar em ácido bórico, B (OH)₃.

Nomenclatura

O óxido de boro pode ser denominado de outras maneiras, como:

-Trióxido de diboro (nomenclatura sistemática).

-Óxido de boro (III) (nomenclatura de estoque).

-Óxido bórico (nomenclatura tradicional).

Formulários

Alguns dos usos do óxido de boro são:

Síntese de trihaletos de boro

De B₂OU₃podem ser trihaletos de boro sintetizados, BX₃ (X = F, Cl e Br). Esses compostos são ácidos de Lewis, e com eles é possível introduzir átomos de boro em certas moléculas para obter outros derivados com novas propriedades.

Inseticida

Uma mistura sólida com ácido bórico, B₂OU₃-B (OH)₃, representa uma fórmula usada como inseticida doméstico.

Solvente para óxidos metálicos: formação de vidros, cerâmicas e ligas de boro

O óxido de boro líquido é capaz de dissolver óxidos de metal. Desta mistura resultante, uma vez resfriada, são obtidos sólidos compostos de boro e metais.

Dependendo da quantidade de B₂OU₃usados, bem como a técnica e o tipo de óxido de metal, uma rica variedade de vidros (borossilicatos), cerâmicas (nitretos e carbonetos de boro) e ligas (se apenas metais forem usados) pode ser obtida.

Em geral, o vidro ou a cerâmica adquirem maior resistência e resistência, além de maior durabilidade. No caso dos óculos, eles acabam sendo usados para lentes óticas, telescópicas e aparelhos eletrônicos.

Encadernador

Na construção de fornos de fundição de aço, são utilizados tijolos refratários à base de magnésio. O óxido de boro é usado como aglutinante, ajudando a mantê-los bem juntos.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2019). Trióxido de boro. Recuperado de: en.wikipedia.org
PubChem. (2019). Óxido bórico. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Rio Tinto. (2019). Óxido de Borix. 20 Mule Team Borax. Recuperado de: borax.com
A. Mukhanov, O. O. Kurakevich e V. L. Solozhenko. (s.f.). Sobre a dureza do óxido de boro (III). LPMTMCNRS, Université Paris Nord, Villetaneuse, França.
Hansen T. (2015). B₂OU₃ (Óxido bórico). Recuperado de: digitalfire.com