Qual è la struttura del boro?
La struttura atomica del boro, elemento numero 5 nella tavola periodica, mostra un guscio interno completo di due elettroni, con tre elettroni nel guscio più esterno, dando all'atomo tre elettroni di valenza disponibili per il legame. A questo proposito, assomiglia all'alluminio, l'elemento successivo nel gruppo del boro; tuttavia, a differenza dell'alluminio, non può donare elettroni ad altri atomi per formare un legame ionico caratterizzato da uno ione B 3+ , poiché gli elettroni sono troppo strettamente legati al nucleo. Il boro generalmente non accetta elettroni per formare uno ione negativo, quindi normalmente non forma composti ionici - la chimica del boro è essenzialmente covalente. La configurazione elettronica e il conseguente comportamento di legame determinano anche la struttura cristallina del boro nelle sue varie forme elementali.
I composti di boro possono spesso essere descritti come "carenti di elettroni", in quanto vi sono meno elettroni coinvolti nel legame rispetto a quelli necessari per i normali legami covalenti. In un singolo legame covalente, due elettroni sono condivisi tra gli atomi e nella maggior parte delle molecole, gli elementi seguono la regola dell'ottetto. Le strutture dei composti del boro come il trifluoruro di boro (BF 3 ) e il tricloruro di boro (BCl 3 ), tuttavia, mostrano che l'elemento ha solo sei, e non otto, elettroni nel suo guscio di valenza, rendendoli eccezioni alla regola dell'ottetto.
Il legame insolito si trova anche nella struttura dei composti del boro noti come borani: le indagini su questi composti hanno portato a una revisione delle teorie del legame chimico. I borani sono composti di boro e idrogeno, il più semplice è il triidruro, BH 3 . Ancora una volta, questo composto contiene un atomo di boro che ha due elettroni a corto di un ottetto. Il diborano (B 2 H 6 ) è insolito in quanto ciascuno dei due atomi di idrogeno nel composto condivide il suo elettrone con due atomi di boro - questa disposizione è conosciuta come un legame a tre centri a due elettroni. Oggi sono noti più di 50 borani diversi e la complessità della loro chimica compete con quella degli idrocarburi.
Il boro elementare non si trova naturalmente sulla Terra ed è difficile prepararlo in forma pura, poiché i metodi abituali - ad esempio la riduzione dell'ossido - lasciano impurità difficili da rimuovere. Sebbene l'elemento sia stato preparato per la prima volta in forma impura nel 1808, è stato solo nel 1909 che è stato prodotto in purezza sufficiente per la sua struttura cristallina da studiare. L'unità base per la struttura cristallina del boro è un icosaedro B 12 , con - in ciascuno dei 12 vertici - un atomo di boro legato ad altri cinque atomi. La caratteristica interessante di questa struttura è che gli atomi di boro stanno formando semi-legami condividendo un elettrone invece dei soliti due elettroni in un legame covalente. Ciò conferisce agli atomi di boro una valenza effettiva di 6, con un legame aggiuntivo disponibile su ciascuno dei vertici per consentire loro di legarsi alle unità adiacenti.
Gli icosaedri non si accumulano strettamente e lasciano vuoti nella struttura cristallina che possono essere riempiti da atomi di boro o altri elementi. Sono state prodotte numerose utili leghe di boro-metallo e composti di boro con icosaedri B 12 in combinazione con altri elementi. Questi materiali sono noti per la loro durezza e alti punti di fusione. Un esempio è il boruro di magnesio e alluminio (BAM), con la formula chimica AlMgB 14 . Questo materiale ha la particolarità di avere il coefficiente di attrito più basso conosciuto - in altre parole, è estremamente scivoloso - ed è usato come rivestimento resistente e a basso attrito per le parti della macchina.