¿Cuál es la estructura del boro?

La estructura atómica del boro, elemento número 5 en la tabla periódica, muestra una capa interna completa de dos electrones, con tres electrones en la capa más externa, dando al átomo tres electrones de valencia disponibles para la unión. A este respecto, se parece al aluminio, el siguiente elemento en el grupo de boro; sin embargo, a diferencia del aluminio, no puede donar electrones a otros átomos para formar un enlace iónico con un ion B ³⁺ , ya que los electrones están demasiado unidos al núcleo. El boro generalmente no acepta electrones para formar un ion negativo, por lo que normalmente no forma compuestos iónicos: la química del boro es esencialmente covalente. La configuración electrónica y el consiguiente comportamiento de enlace también determina la estructura cristalina del boro en sus diversas formas elementales.

Los compuestos de boro a menudo se pueden describir como "deficientes en electrones", ya que hay menos electrones involucrados en la unión que los necesarios para los enlaces covalentes normales. En un enlace covalente único, se comparten dos electrones entre los átomos y en la mayoría de las moléculas, los elementos siguen la regla del octeto. Sin embargo, las estructuras de los compuestos de boro, como el trifluoruro de boro (BF ₃ ) y el tricloruro de boro (BCl ₃ ), muestran que el elemento tiene solo seis, y no ocho, electrones en su capa de valencia, lo que los convierte en excepciones a la regla del octeto.

La unión inusual también se encuentra en la estructura de los compuestos de boro conocidos como boranos: la investigación de estos compuestos ha resultado en una revisión de las teorías de la unión química. Los boranos son compuestos de boro e hidrógeno, el más simple es el trihidruro, BH ₃ . De nuevo, este compuesto contiene un átomo de boro que tiene dos electrones por debajo de un octeto. El diborano (B ₂ H ₆ ) es inusual porque cada uno de los dos átomos de hidrógeno en el compuesto comparte su electrón con dos átomos de boro; esta disposición se conoce como un enlace de tres electrones y dos centros. Ahora se conocen más de 50 boranos diferentes y la complejidad de su química rivaliza con la de los hidrocarburos.

El boro elemental no se produce naturalmente en la Tierra y es difícil de preparar en forma pura, ya que los métodos habituales, por ejemplo, la reducción del óxido, dejan impurezas que son difíciles de eliminar. Aunque el elemento se preparó por primera vez en forma impura en 1808, no fue hasta 1909 que se produjo con la pureza suficiente para que se investigara su estructura cristalina. La unidad básica para la estructura cristalina del boro es un icosaedro B12, con - en cada uno de los 12 vértices - un átomo de boro unido a otros cinco átomos. La característica interesante de esta estructura es que los átomos de boro forman medios enlaces al compartir un electrón en lugar de los dos electrones habituales en un enlace covalente. Esto le da a los átomos de boro una valencia efectiva de 6, con un enlace adicional disponible en cada uno de los vértices para permitir que se unan a las unidades adyacentes.

Los icosaedros no se empaquetan fuertemente y dejan huecos en la estructura cristalina que pueden ser llenados por átomos de boro u otros elementos. Se han producido una serie de aleaciones de boro-metal útiles y compuestos de boro que presentan icosaedros B12 en combinación con otros elementos. Estos materiales destacan por su dureza y altos puntos de fusión. Un ejemplo es el boruro de aluminio y magnesio (BAM), con la fórmula química AlMgB ₁₄ . Este material tiene la distinción de tener el coeficiente de fricción más bajo conocido (en otras palabras, es extremadamente resbaladizo) y se usa como un revestimiento resistente y de baja fricción para piezas de máquinas.