Borato - Borate
Boratos são compostos de boro - oxigênio , que formam oxiânions de boro . Estes podem ter estrutura trigonal ou tetraédrica ou , mais vagamente, podem consistir em misturas químicas que contêm ânions borato de qualquer uma das descrições. O elemento boro ocorre com mais frequência na natureza como boratos, como minerais boratos e borossilicatos .
Estruturas
Os boratos são compostos de unidades estruturais planares trigonais de BO 3 ou BO 4 tetraédricas , unidas por meio de átomos de oxigênio compartilhados e podem ser de estrutura cíclica ou linear.
O ânion borato mais simples, o íon ortoborato (3−), [BO 3 ] 3− , é conhecido no estado sólido, por exemplo, em Ca 3 (BO 3 ) 2 , onde adota uma estrutura plana quase trigonal. É um análogo estrutural do ânion carbonato [CO 3 ] 2− , com o qual é isoeletrônico . Teorias de ligação simples apontam para a estrutura planar trigonal. Em termos da teoria das ligações de valência , as ligações são formadas usando orbitais híbridos sp 2 em boro. Alguns compostos denominados ortoboratos não contêm necessariamente o íon trigonal planar, por exemplo, o ortoborato de gadolínio GdBO 3 contém o íon poliborato [B 3 O 9 ] 9− , enquanto a forma de alta temperatura contém [BO 3 ] 3− planar .
Ácido bórico
Todos os boratos podem ser considerados derivados do ácido bórico , B (OH) 3 . O ácido bórico é um doador de prótons fraco ( p K a ~ 9 ) no sentido do ácido de Brønsted , mas é um ácido de Lewis , ou seja, pode aceitar um par de elétrons . Na água, ele se comporta como um ácido de Lewis, aceitando o par de elétrons de um íon hidroxila produzido pela autoprotólise da água .
B (OH) 3 é ácido por causa de sua reação com OH - da água , formando o complexo de tetrahidroxiborato [B (OH) 4 ] - e liberando o próton correspondente deixado pela autoprotólise da água :
- B (OH) 3 + 2 H 2 O ⇌ [B (OH) 4 ] - + [H 3 O] + (p K a = 8,98)
Na presença de dióis cis - vicinais , como manitol , sorbitol , glicose e glicerol , a acidez da solução de ácido bórico aumenta e o p K a pode ser reduzido para cerca de 4 se manitol suficiente for adicionado.
Com diferentes concentrações de manitol , o pK de B (OH) 3 se estende em 5 ordens de magnitude (de 9 a 4). Greenwood e Earnshawn (1997) referem-se a um valor de pK de 5,15, enquanto um valor de pK de 3,80 também é relatado no livro de Vogel.
A formação do complexo (mais exatamente, na verdade um éster ) entre uma molécula B (OH) 3 e duas moléculas de manitol (C 6 H 14 O 6 ) (às vezes referido como manitoborato, a base conjugada do ácido manitobórico, p K a = 3,80), libera três moléculas de água e um próton na água da seguinte forma:
- ⇌ + 3 H 2 O + H +
- (p K a variando de 4 a 9, dependendo da concentração de manitol)
A solução obtida após a reação de complexação / esterificação - envolvendo também a liberação de um próton, daí o antigo nome do ácido manitobórico - é então suficientemente ácida para ser titulada por uma base forte como o NaOH. O ponto de equivalência pode então ser determinado por titulação potenciométrica usando um titulador automático para avaliar o teor de borato presente na solução aquosa. Este método é frequentemente usado para determinar o teor de boro na água do circuito primário do reator de água leve , no qual o ácido bórico é adicionado como um moderador de nêutrons para controlar a reatividade do núcleo.
Íons poliméricos
Em pH neutro, o ácido bórico sofre reações de condensação para formar oxiânions poliméricos . Os ânions poliboratos bem conhecidos incluem os ânions triborato (1−), tetraborato (2−) e pentaborato (1−). A reação de condensação para a formação de tetraborato (2−) é a seguinte:
- 2 B (OH) 3 + 2 [B (OH) 4 ] - ⇌ [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2− + 5 H 2 O
O ânion tetraborato ( tetrâmero ) inclui dois átomos tetraédricos e dois trigonais de boro montados simetricamente em uma estrutura bicíclica fundida. Os dois átomos de boro tetraédrico são ligados entre si por um átomo de oxigénio comum, e cada uma delas também tem uma carga líquida negativa trazido pelo suplementar OH - grupos lateralmente ligado a eles. Este intrincado ânion molecular também exibe três anéis: dois anéis hexagonais distorcidos fundidos (boroxol) e um anel octogonal distorcido. Cada anel é feito de uma sucessão de átomos alternados de boro e oxigênio. Os anéis de boroxole são um motivo estrutural muito comum em íons poliborato.
O ânion tetraborato ocorre no bórax mineral (tetraborato de sódio octa-hidratado) com a fórmula Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ] · 8H 2 O. A fórmula química do bórax também é comumente escrita em uma notação mais compacta como Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O. O borato de sódio pode ser obtido em alta pureza e, portanto, pode ser usado para fazer uma solução padrão na análise titulométrica.
Vários boratos de metal são conhecidos. Eles são produzidos pelo tratamento de ácido bórico ou óxidos de boro com óxidos metálicos. Os exemplos a seguir incluem cadeias lineares de 2, 3 ou 4 unidades estruturais de BO 3 trigonais , cada uma compartilhando apenas um átomo de oxigênio com unidade (s) adjacente (s):
- diborato [B 2 O 5 ] 4− , encontrado em Mg 2 B 2 O 5 ( suanita ),
- triborato [B 3 O 7 ] 5− , encontrado em CaAlB 3 O 7 ( johachidolita ),
- tetraborato [B 4 O 9 ] 6− , encontrado em Li 6 B 4 O 9 .
Metaboratos, como LiBO 2 , contêm cadeias de unidades estruturais trigonais BO 3 , cada uma compartilhando dois átomos de oxigênio com unidades adjacentes, enquanto NaBO 2 e KBO 2 contêm o íon cíclico [B 3 O 6 ] 2− .
Borosilicatos
O vidro de borosilicato , também conhecido como pirex , pode ser visto como um silicato no qual algumas unidades [SiO 4 ] 4− são substituídas por [BO 4 ] 5− centros, juntamente com cátions adicionais para compensar a diferença nos estados de valência do Si ( IV) e B (III). Como essa substituição leva a imperfeições, o material demora a cristalizar e forma um vidro com baixo coeficiente de expansão térmica , portanto resistente a rachaduras quando aquecido, ao contrário do vidro refrigerante .
Usos
Os sais de borato comuns incluem metaborato de sódio (NaBO 2 ) e bórax. O bórax é solúvel em água, portanto, os depósitos minerais ocorrem apenas em locais com chuvas muito baixas. Extensos depósitos foram encontrados no Vale da Morte e enviados com equipes de vinte mulas de 1883 a 1889. Em 1925, os depósitos foram encontrados em Boron , Califórnia , na orla do Deserto de Mojave . O deserto de Atacama, no Chile, também contém concentrações de borato lavráveis.
Metaborato de lítio, tetraborato de lítio ou uma mistura de ambos podem ser usados na preparação de amostras de fusão de borato de várias amostras para análise por XRF , AAS , ICP-OES e ICP-MS . A fusão de borato e a espectrometria de fluorescência de raios-X por dispersão de energia com excitação polarizada têm sido utilizadas na análise de solos contaminados.
O octaborato dissódico tetra-hidratado (comumente abreviado DOT) é usado como preservativo de madeira ou fungicida. O borato de zinco é usado como retardador de chama .
Ésteres de borato
Os ésteres de borato são compostos orgânicos convenientemente preparados pela reação de condensação estequiométrica de ácido bórico com álcoois.
Compostos de ânions mistos
Alguns produtos químicos contêm outro ânion além do borato. Estes incluem cloretos de borato , carbonatos de borato , nitratos de borato , sulfatos de borato , fosfatos de borato .
Ânions mais complexos podem ser formados condensando triângulos de borato ou tetraedros com outros oxiânions para produzir materiais como borossulfatos , borosselenatos , boroteluratos , boroantimonatos , borofosfatos ou borosselenitos .
Filmes finos
Filmes finos de borato de metal foram cultivados por uma variedade de técnicas, incluindo epitaxia de fase líquida (por exemplo, FeBO 3 , β ‐ BaB 2 O 4 ), evaporação de feixe de elétrons (por exemplo, CrBO 3 , β ‐ BaB 2 O 4 ), laser pulsado deposição (por exemplo, β ‐ BaB 2 O 4 , Eu (BO 2 ) 3 ) e deposição da camada atômica (ALD). O crescimento por ALD foi alcançado usando precursores compostos pelo ligante tris (pirazolil) borato e ozônio ou água como o oxidante para depositar CaB 2 O 4 , SrB 2 O 4 , BaB 2 O 4 , Mn 3 (BO 3 ) 2 , e Filmes CoB 2 O 4 .