Boro
O boro é um elemento químico de símbolo B, número atômico 5 com massa atómica 11 u. Ele é exclusivamente produzido pela espalação de raios cósmicos e não pela nucleossíntese estelar e, por esse motivo, é um elemento escasso tanto no sistema solar quanto na crosta terrestre. Concentra-se nas regiões com alta solubilidade hídrica de seus compostos naturais, os boratos. Estes são extraídos industrialmente pelos evaporitos, como o bórax e a kernita. Os maiores depósitos de boro estão na Turquia.
O nome tem como origem a palavra árabe بورق buraq ou a persa بوره burah; que são nomes comuns ao mineral bórax. Seus compostos são conhecidos desde a Antiguidade tendo sido utilizados na China, Egito e Babilônia. O bórax é encontrado nos desertos ocidentais do Tibete onde é conhecido como tincal. Vidros com bórax foram utilizados na China no século III e alguns destes objetos chegaram ao Ocidente, durante o qual o alquimista persa Jābir ibn Hayyān parece mencionar no século VII. Marco Polo trouxe outros objetos com bórax para a Itália durante o século XIII. Agrícola, por volta de 1600, relatou o uso do bórax na metalurgia e em 1777 o ácido bórico foi reconhecido nas fontes termais próximas a Florença, Itália, e passou a ser conhecido como sal sedativum devido aos seus usos médicos. Um de seus minerais, a sassolita, é encontrada perto de Sasso, Itália, que foi a principal mina de bórax de origem europeia de 1827 a 1872, quando as minas americanas e turcas substituiram os produtores de pequena escala. Os compostos foram relativamente pouco usados na química até o final da década de 1800, quando a Pacific Coast Borax Company de Francis Marion Smith popularizou estes compostos em grandes quantidades e por preços baixos.
O boro é um elemento relativamente raro representando somente 0,001% da crosta terrestre com os depósitos comerciais estimados em aproximadamente dez milhões de toneladas, sendo a Turquia, com 63% das reservas mundiais, e os Estados Unidos os maiores produtores. O elemento não é encontrado na forma pura mas combinado com outros elementos como compostos, formando minerais. No solo, os principais depósitos são áreas de antigas formações vulcânicas no qual está presente na forma de boratos e em sistemas de água como oceanos e rios sua concentração é variável sendo da ordem de 4,5 micrograma por litro nos oceanos. Sua assimilação no solo depende de fatores como umidade, lixiviação e acidez, o que pode provocar a deficiência em plantas de regiões tropicais. O boro é acumulado através de três vias geológicas distintas: óxidos ou silicatos de ferro, óxidos de magnésio sedimentados de fontes marinhas e hidratos de cálcio e sódio acumulados em regiões continentais com atividade vulcânica e que são as mais importantes economicamente que são os minerais bórax ou tincal, kernita, ulexita e a colemanita. O bórax é encontrado no Deserto de Mojave na Califórnia onde está localizada a maior mina a céu aberto do mundo e a maior produtora de bórax, que responde por quase a metade dos boratos mundiais. Entretanto, os maiores depósitos conhecidos permanecem não aproveitados na Turquia Central e Ocidental, nas províncias de Esquixequir, Cutáquia e Balequessir.
Propriedades físicas
O boro é o quinto elemento da tabela periódica e o único semimetal do grupo 3. O boro arde com chama verde e entre as características ópticas deste elemento, se incluí a transmissão de radiação infravermelha. Na temperatura ambiente sua condutividade elétrica é pequena, porém é bom condutor de eletricidade em temperaturas altas. Este metaloide tem a maior resistência à tração entre os elementos químicos conhecidos; o material fundido com arco tem uma resistência mecânica entre 1600 e 2400 MPa. O nitreto de boro é um isolante elétrico, porém conduz o calor tão bem quanto os metais. É empregado na obtenção de materiais tão duros quanto o diamante. O boro tem, também, qualidades lubrificantes similares ao grafite e, comporta-se como o carbono na capacidade de formar redes moleculares através de ligações covalentes estáveis.
Isótopos
Os principais isótopos são o 10B (19,9%) e 11B (80,1%) que são abundantes e estáveis possuindo reatividades diferentes que podem ser exploradas para entender a fisiologia de seres vivos e eventos geológicos. O 10B é utilizado como receptor de nêutrons em tratamentos de câncer em tumores cerebrais inoperáveis.
Propriedades químicas
Sua configuração eletrônica possui hibridização sp² no qual os elétrons do orbital inferior 2s ocupam os orbitais 2px e 2py. O boro possui, assim, três elétrons de valência; no entanto, diferentemente dos demais elementos do grupo 13, como o alumínio e o gálio (bem como dos metais trivalentes em geral), o boro é incapaz de perder esses três elétrons de valência para formar cátions B3+, devido ao seu raio atômico muito reduzido, o que resulta em uma elevada energia de ionização. Desta forma, o boro não possui tendência a formar íon e forma somente ligações covalentes. No entanto, por ter menos de quatro elétrons de valência, essas ligações resultam frequentemente em moléculas com o octeto incompleto com seis elétrons.
Imagem: Whiskeygonebad · BY-NC-SA · Openverse
As fontes economicamente mais importantes de boro são os minerais: colemanita, rasolita (kernita), ulexita e o bórax. Esses minerais juntos constituem 90% da exploração de minério de boro. Os maiores depósitos globais de bórax conhecidos, muitos deles inexplorados, estão no centro e no ocidente da Turquia, incluindo as províncias de Esquixequir, Cutáquia e Balequessir. As reservas globais de minério de boro excedem em cerca de um bilhão de toneladas métricas, diante a produção anual de cerca de quatro milhões de toneladas. A Turquia e os Estados Unidos são os maiores produtores de boro. A Turquia supre cerca de metade da demanda internacional, embora a companhia estatal de mineração e indústria química Eti Maden IGM (em turco: Eti Maden İşletmeleri) concentre essas atividades no país. Eles retêm um monopólio governamental na mineração de boratos na Turquia, onde possuem aproximadamente 72% dos depósitos em todo o mundo conhecidos. Em 2012, eles mantinham 47% do mercado global de minérios de borato, à frente do seu maior competidor, o grupo Rio Tinto.
Tendência de mercado
O preço em média do boro cristalino é de U$$5/g. Em estado nativo é geralmente aplicado na fabricação de fibras de boro, onde é processado por deposição química em fase vapor no núcleo de tungstênio (veja abaixo). Elas são usadas em aplicações de compósitos leves, como as fitas de alta resistência. Esta aplicação é minoritária frente a sua versatilidade. O boro é adicionado dentro de semicondutores como compostos, por ionização. O consumo global de boro (a maior parte como compostos) estava estimada em redor de 4 milhões de toneladas de B2O3 em 2012. A capacidade de mineração e refino são considerados adequados para suprir o aumento da demanda até o fim da próxima década.
A principal atividade econômica do boro é na produção do bórax e do ácido bórico, com diversas aplicações, com majoritária relevância na indústria de papel, celulose e nos agroquímicos. O diboreto de magnésio é um importante material supercondutor com sua temperatura de transição de 39 K. Os fios de MgB2 são produzidos com o processo de fiação e aplicado nos ímans supercondutores. O boro amorfo é utilizado como inibidor de ponto de fusão no revestimento das ligas de cromo-níquel. O boro é um dopante utilizado para muito tipos de semicondutores como o silício, germânio e o carbeto de silício. Tendo um elétron de valência a menos a receber em cada átomo, ele doa um buraco resultando em um condutividade tipo P. O método tradicional de adicionar o boro aos semicondutores é a partir da difusão atômica em alta temperatura. Este processo usa ambas as substâncias: (B2O3) em estado sólido, o (BBr3) em estado líquido ou o (B2H6 ou BF3) em estado gasoso. Entretanto, depois de 1970, este processo foi substituído pela implantação de íons que emprega predominantemente o BF3 como fonte do elemento. O gás tricloreto de boro é também uma substância química importante na indústria de semicondutores, não no processo de dopagem, mas na corrosão por plasma de metais e seus óxidos. O trietilborano também é injetado dentro de reatores para a deposição química em fase vapor como uma fonte de boro como por exemplo em filmes de carbono duros, filmes de nitreto de boro e silício e para a dopagem de filmes de diamante com boro.
Agentes alvejantes e detergentes
O bórax é utilizado em diversos produtos de lavagem e limpeza doméstica, incluindo o aditivo de limpeza "20 Mule Team Borax" e o "Boraxo" como sabão para limpeza pesada. Ele também está presente em muitas fórmulas de creme dental com a finalidade de promover o clareamento dos dentes . O perborato de sódio serve como um recurso de agente oxidante em muitos detergentes, sabão em pó, agentes de clareamento e em lixívias. Apesar do nome, "Borateem" é um sabão em pó que não quaisquer compostos de boro, utilizando um aduto de carbonato de sódio com peróxido de hidrogênio como um alvejante instantâneo.
Aplicações biológicas e farmacêuticas
O ácido bórico têm propriedades antissépticas, fungicida e antiviral e por essas razões é utilizado como clarificador da água no tratamento de água em piscinas .
Cerâmicas e vidrarias
O vidro borossilicato que é geralmente composto de 12–15% de B2O3, 80% de SiO2 e 2% de Al2O3 tem um baixo coeficiente de dilatação térmica dando a ele uma boa resistência ao calor. As principais marcas do vidro borossilicato são o Pyrex e o Duran, ambos aplicados na vidraria de laboratórios químicos e em utensílios de cozinha, graças a esta característica em contato com o calor. As fibras de boro são muito resistentes (cerca de 3600 MPa) e leves, úteis para a indústria aeroespacial para produção de estruturas de compósitos, como também para produtos esportivos (tacos de golfe) e em varas de pesca. As fibras podem ser produzidas pela deposição química em fase vapor do boro em fibras de tungstênio.
Compostos abrasivos e superduros
Os compostos de boro em geral são conhecido pela sua extrema dureza e tenacidade. O carboneto de boro e o pó nitrito de boro cúbico são geralmente utilizados como abrasivos. Os boretos são aplicados para o revestimento de ferramentas via deposição química em fase vapor ou pela deposição física de vapor. A implantação dos íons de boro nos metais e liga através da implantação de íons ou pela deposição de feixes iônicos resulta em um aumento espetacular da resistência superficial e da micro dureza. O laser também é usado para este caso. Estes boretos são uma alternativa para as ferramentas revestidas com diamante e suas superfícies tratadas tem efeitos similares aos boretos de bulk.
Inseticida
O ácido bórico e o bórax é utilizado para matar baratas, cupins, formigas, pulgas e muitos outros insetos. Para a produção do baraticida, é utilizado tanto o ácido bórico como o boráx com um alimento atraente para o inseto. A sua ação mortífera ocorre pela inibição das funções intestinais das baratas, levando-a à morte.
Magnetos
O boro é um dos elementos químicos encontrados nos ímãs de neodímio que são tipos de ímãs permanentes com grande força magnética. Esses ímãs são encontrados em diversos componentes eletromecânicos e eletrônicos, como nas imagens por ressonância magnética, em pequenos motores e em atuadores. Por exemplo, nos discos rígidos dos computadores e nos tocadores de DVDs o ímã de neodímio distribui uma notável potência giratória em um conjunto compacto. Nos telefones celulares, os ímãs criam os campos magnéticos onde ligam pequenos alto-falantes que possuem uma potência de som apreciável.
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O boro influencia a atividade de pelo menos 26 enzimas como inibidor ou moderador de caminhos metabólicos em plantas. É um nutriente essencial às plantas, necessário para a manutenção das paredes celulares. Todavia, em concentrações superiores a > 1.0 ppm pode provocar a necrose em pontas e margens das folhas assim como um crescimento menor do que o esperado. Níveis tão baixos quanto 0.8 ppm podem causar os mesmos sintomas em plantas sensíveis ao boro no solo. Quase todas as plantas, mesmo aquelas que são tolerantes ao elemento, irão demonstrar alguns dos sintomas da toxidade quando a concentração no solo for superior a 1.8 ppm. Quando esta for superior a 2.0 ppm, poucas plantas conseguirão se desenvolver e podem não sobreviver. Nos tecidos das plantas, os sintomas surgem quando a concentração é superior a 200 ppm. O elemento tem importância biológica no sistema reprodutor, locomotor e imunológico em algumas espécies de animais e na retenção do mineral do Cálcio pelo corpo humano. Também está presente em funções de membrana celular, no qual prolongam a estrutura em ausência de água.
Nutrição
Em alimentos, está distribuído de forma desigual sendo o consumo diário da ordem de 1 mg assim como para a água ingerida. O boro inorgânico não é absorvido no trato intestinal sendo excretado pelo sistema urinário e pesquisas com animais indicam a existência de um regulador fisiológico que expele qualquer excesso ingerido pela dieta alimentar.
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A dose letal para humanos não foi estabelecida e sinais de intoxicação aguda incluem por exemplo náusea, vômito, dor de cabeça e hipotermia. Intoxicações crônicas podem incluir sintomas como, por exemplo, diminuição de apetite, peso e volume seminal. Os tratamentos variam de lavagens gástricas a diálises, quando a concentração no sangue é elevada.
