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UnB/IQCurso de graduação

Química Inorgânica Básica

Professores: José A. Dias e Sílvia C. L. Dias

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Química do Boro

◼ 1. Grupo 13 (IIIA): Aspectos gerais

◼ 2. Ocorrência e Preparação

◼ 3. Química do Boro

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◼ Configuração eletrônica: ns2np1.

◼ Boro tem propriedades particulares: não metal,forma ligações covalentes predominantemente; íon3+ não se forma devido a alta E.I.

◼ Estado de oxidação preponderante: (+III)

◼ Elementos mais pesados (Ga, In e Tl) mostramtambém o estado de oxidação (+I)

1. Grupo IIIA: Aspectos gerais

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◼ Al, Ga, In e Tl são metais

◼ Íons metálicos hidratados sofremhidrólise:

◼ [(H2O)5M-OH2]n+ [(H2O)5M-OH](n-1)+ + H+

◼ M = Al, Ga, In, Tl

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2. Ocorrência e Preparação

◼ Boro

◼ Abundância: 3 ppm.

◼ Minerais:

◼ Na2B4O7.10H2O = Na2[B4O5(OH)4].8H2O (bórax)

◼ Na2B4O7.2H2O (kernita)

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Estrutura do ânion borato [B4O5(OH)4]2- no Bórax mostrandodois B tetraédricos e dois trigonais.

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◼ Preparação

◼ (1) B2O3 + 3Mg → 2B + 3MgO (95 a 98 % de pureza)

◼ (2) 2BI3 → 2B + 3I2 (800-1000 °C)

◼ Boro cristalino: sólido preto B12 (icosaedro)

◼ Boro amorfo: sólido marrom

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Visão do Icosaedro de B12. O icosaedro individual é unido por Ligações (3c-2é).

Icosaedro = 12 vértices e 20 faces

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◼ 3. Química do Boro

◼ 4 B + 3 O2 → 2 B2O3 (400-700 °C)

◼ 2 B + N2 → 2 (BN)x (1200 °C)

◼ 2 B + 3 X2 → 2 BX3 (X = F, Cl, Br e I)

◼ Não reage com H2

◼ Não reage com água

◼ B não reage com ácidos, exceto HNO3 eH2SO4

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Compostos oxigenados: Boratos

◼ B(OH)3 → HBO2 → B2O3

◼ Usado na fabricação de vidro Pyrex(76% SiO2 e 13% B2O3)

100 °C fusão

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Estrutura do -B2O3 (trióxido de diboro)

A estrutura do (-B2O3)é composta de triângulosde BO3. Esta redetrigonal (similar aoquartzo) pode setransformar na formaBeta () sob pressão de9,5 GPa.

◼ Ácido bórico é fraco:

B(OH)3 + H2O B(OH)4- + H+ (pKa = 9,2)

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Estrutura de uma camada do ácido bórico.Um bom exemplo de Ligação Hidrogênio em estado sólido.

As unidades B(OH)3 são ligados pelo Hidrogênio em camadascontendo anéis de seis membros.

Cada camada é separada de 318 pm.

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B2O3H3BO3

Estruturas cristalinas do ácido bórico e do óxido de boro

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◼ Em solução básica ou neutra concentrada:

◼ 3B(OH)3 [B3O3(OH)4]- + 2H2O + H+ (pKa = 6,8)

◼ Adição de compostos polihidroxilados (ex.glicerol, manitol, etc.) torna o ácido bóricomais forte.

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Estrutura do [B3O3(OH)4]-

B → rosaO → vermelhoH → branco

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Boranos: análogos dos alcanos

◼ Formam hidretos moleculares

◼ Ex. B2H6; B4H10; B9H15; B10H14

◼ São muito reativos

◼ A estrutura dos boranos é deficiente de elétrons

Obtenção do diborano

Industrial:

8 BF3 + 6 LiH → B2H6 + 6 LiBF4

Laboratório (30-40% de rendimento):

4BCl3 + 3LiAlH4 → 2B2H6 + 3LiAlCl4

4BF3 + 3NaBH4 → 2B2H6 + 3NaBF4

Outros (borohidreto com H3PO4 ou H2SO4):

2BH4- + 2H+ → 2H2 + B2H6 (g)

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Estrutura do B2H6

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Estrutura do B2H6

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Modelo da Ligação Química no B2H6