Los compuestos de boro, en particular el bórax, eran conocidos desde la antigüedad y se utilizaban en la fabricación de vidrio y como agentes de limpieza. En 1808, el boro elemental fue aislado casi simultáneamente por dos equipos de químicos: Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) y Louis-Jacques Thénard (1777-1857) en Francia, y Humphry Davy (1778-1829) en Inglaterra. Los químicos franceses calentaron ácido bórico con potasio metálico, mientras que Davy usó electrólisis. El nombre boro deriva del persa bûrah a través del árabe buraq, que se refería al bórax. No fue hasta 1909 que Ezekiel Weintraub (1880-1965) produjo boro con más del 99% de pureza reduciendo haluros de boro con hidrógeno en un filamento de tántalo calentado.
El boro (símbolo B, número atómico 5) es un metaloide ubicado entre los metales y los no metales en la tabla periódica, compuesto por cinco protones, generalmente seis neutrones (para el isótopo más común) y cinco electrones. Los dos isótopos estables son el boro-11 \(\,^{11}\mathrm{B}\) (≈ 80.1%) y el boro-10 \(\,^{10}\mathrm{B}\) (≈ 19.9%).
A temperatura ambiente, el boro elemental existe en varias formas alotrópicas. La forma cristalina más estable es el boro-β romboédrico, un sólido negro extremadamente duro (cercano al diamante en la escala de Mohs), quebradizo y semiconductor. El boro tiene una densidad moderada (≈ 2.34 g/cm³) y una resistencia excepcional a altas temperaturas. La temperatura a la que los estados líquido y sólido pueden coexistir (punto de fusión): 2349 K (2076 °C). La temperatura a la que pasa de líquido a gas (punto de ebullición): 4200 K (3927 °C).
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Decaimiento / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Boro-8 — \(\,^{8}\mathrm{B}\,\) | 5 | 3 | 8.024607 u | No natural | 0.770 s | Radiactivo β\(^+\) y emisión de partículas alfa; producido en el Sol a través de la cadena pp. |
| Boro-10 — \(\,^{10}\mathrm{B}\,\) | 5 | 5 | 10.012937 u | ≈ 19.9 % | Estable | Alta sección transversal de captura de neutrones; usado como absorbente de neutrones y en terapia por captura de neutrones. |
| Boro-11 — \(\,^{11}\mathrm{B}\,\) | 5 | 6 | 11.009305 u | ≈ 80.1 % | Estable | Isótopo mayoritario; usado en espectroscopia RMN y en la industria química. |
| Boro-12 — \(\,^{12}\mathrm{B}\,\) | 5 | 7 | 12.014352 u | No natural | 0.0202 s | Radiactivo β\(^-\) decae a \(\,^{12}\mathrm{C}\); producido artificialmente en aceleradores. |
| Boro-13 — \(\,^{13}\mathrm{B}\,\) | 5 | 8 | 13.017780 u | No natural | 0.0174 s | Radiactivo β\(^-\); se desintegra rápidamente emitiendo electrones. |
| Otros isótopos — \(\,^{7}\mathrm{B},\,^{9}\mathrm{B},\,^{14}\mathrm{B}-\,^{19}\mathrm{B}\) | 5 | 2, 4, 9-14 | — (resonancias) | No naturales | \(10^{-21}\) — 0.013 s | Estados muy inestables observados en física nuclear; desintegración por emisión de neutrones o radiactividad β. |
El boro tiene tres electrones de valencia y exhibe una química única y compleja. Debido a su pequeño tamaño atómico y alta electronegatividad (para un elemento del grupo 13), el boro forma principalmente enlaces covalentes en lugar de iónicos. Una característica notable del boro es su tendencia a formar estructuras moleculares con enlaces multicentro, donde un número insuficiente de electrones de valencia se comparte entre varios átomos (enlaces de tres centros y dos electrones).
El boro elemental es relativamente inerte a temperatura ambiente debido a una capa protectora de óxido. A altas temperaturas, reacciona con el oxígeno para formar óxido de boro (B₂O₃), con el nitrógeno para dar nitruro de boro (BN), y con los halógenos para formar trihaluros (BF₃, BCl₃). Los boranos (hidruros de boro) constituyen una clase fascinante de compuestos con estructuras geométricas variadas y poco comunes. El boro también forma boruros con muchos metales, algunos de los cuales tienen una dureza excepcional.
En sus compuestos, el boro se encuentra principalmente en el estado de oxidación +3, aunque existen estados de oxidación más bajos en algunas estructuras complejas. El boro es esencial para las plantas y desempeña un papel importante en la bioquímica vegetal, aunque su papel exacto en los animales sigue siendo debatido.
Al igual que el berilio y el litio, el boro no se produjo en cantidades significativas durante la nucleosíntesis primordial del Big Bang. El universo primordial pasó directamente del helio a elementos más pesados sin crear mucho boro. El boro presente en el universo actual proviene principalmente de la espalación cósmica: la fragmentación de átomos más pesados (carbono, nitrógeno, oxígeno) por colisión con rayos cósmicos de alta energía en el medio interestelar.
La abundancia de boro en estrellas antiguas y rayos cósmicos proporciona información crucial sobre la historia y la intensidad de los rayos cósmicos galácticos durante la evolución de nuestra galaxia. La relación observada boro/carbono en diferentes regiones de la galaxia ayuda a limitar los modelos de propagación de rayos cósmicos y a comprender mejor los procesos energéticos que los aceleran.
En las estrellas, el boro se destruye rápidamente a temperaturas superiores a aproximadamente 5 millones de kelvin por captura de protones, lo que lo convierte en un indicador sensible de los procesos de mezcla convectiva en los interiores estelares. Los astrónomos utilizan las observaciones de boro en las atmósferas estelares para probar modelos de rotación estelar y transporte de materia en estrellas jóvenes.
El boro también desempeña un papel en la nucleosíntesis explosiva durante las supernovas. Las reacciones nucleares que involucran boro pueden ocurrir en las capas externas eyectadas durante la explosión, contribuyendo al enriquecimiento químico del medio interestelar. El boro-8, un isótopo radiactivo inestable, se produce en el Sol a través de la cadena protón-protón y contribuye al flujo de neutrinos solares detectados en la Tierra, permitiendo a los físicos probar modelos del interior solar.
El estudio de la proporción de isótopos boro-10/boro-11 en meteoritos primitivos revela información sobre las condiciones del disco protoplanetario temprano y los procesos de formación del sistema solar. Las variaciones isotópicas del boro en estos objetos antiguos atestiguan los procesos químicos y físicos que dieron forma a nuestro sistema planetario hace 4600 millones de años.
N.B.:
Los boranos constituyen una familia fascinante de compuestos de hidrógeno y boro con estructuras moleculares inusuales. El más simple, el diborano (B₂H₆), tiene una estructura donde los átomos de hidrógeno forman "puentes" entre dos átomos de boro a través de enlaces de tres centros y dos electrones. Esta química única del boro ha revolucionado nuestra comprensión del enlace químico y valió a William Lipscomb el Premio Nobel de Química en 1976 por su trabajo sobre los boranos. Los boranos complejos pueden formar jaulas poliédricas espectaculares como el dodecaborato (B₁₂H₁₂²⁻), una estructura icosaédrica de gran estabilidad. Estos compuestos han desempeñado un papel histórico importante en el desarrollo de la química teórica moderna y continúan inspirando la investigación en química de materiales y nanotecnología.
