Qual é a estrutura do boro?
A estrutura atômica do boro, elemento número 5 da tabela periódica, exibe uma camada interna completa de dois elétrons, com três elétrons na camada mais externa, dando ao átomo três elétrons de valência disponíveis para ligação. Nesse aspecto, assemelha-se ao alumínio, o próximo elemento do grupo boro; no entanto, ao contrário do alumínio, ele não pode doar elétrons para outros átomos para formar uma ligação iônica com um íon B 3+ , pois os elétrons estão muito fortemente ligados ao núcleo. O boro geralmente não aceita elétrons para formar um íon negativo, portanto normalmente não forma compostos iônicos - a química do boro é essencialmente covalente. A configuração eletrônica e o consequente comportamento de ligação também determinam a estrutura cristalina do boro em suas várias formas elementares.
Compostos de boro podem frequentemente ser descritos como “deficientes em elétrons”, pois há menos elétrons envolvidos na ligação do que o necessário para ligações covalentes normais. Em uma ligação covalente única, dois elétrons são compartilhados entre átomos e na maioria das moléculas, os elementos seguem a regra do octeto. As estruturas dos compostos de boro, como o trifluoreto de boro (BF 3 ) e o tricloreto de boro (BCl 3 ), no entanto, mostram que o elemento possui apenas seis, e não oito, elétrons em sua camada de valência, tornando-os exceções à regra do octeto.
Ligações incomuns também são encontradas na estrutura dos compostos de boro conhecidos como boranos - a investigação desses compostos resultou em algumas revisões das teorias de ligações químicas. Boranos são compostos de boro e hidrogênio, sendo o mais simples o tri-hidreto, BH 3 . Novamente, esse composto contém um átomo de boro com dois elétrons a menos que um octeto. O diborano (B 2 H 6 ) é incomum, pois cada um dos dois átomos de hidrogênio do composto compartilha seu elétron com dois átomos de boro - esse arranjo é conhecido como uma ligação de dois elétrons de três centros. Hoje são conhecidos mais de 50 boranos diferentes e a complexidade de sua química rivaliza com a dos hidrocarbonetos.
O boro elementar não ocorre naturalmente na Terra e é difícil se preparar na forma pura, pois os métodos usuais - por exemplo, a redução do óxido - deixam impurezas difíceis de remover. Embora o elemento tenha sido preparado pela primeira vez na forma impura em 1808, não foi até 1909 que foi produzido com pureza suficiente para que sua estrutura cristalina fosse investigada. A unidade básica para a estrutura cristalina do boro é um icosaedro B 12 , com - em cada um dos 12 vértices - um átomo de boro ligado a outros cinco átomos. A característica interessante dessa estrutura é que os átomos de boro estão formando meias-ligações compartilhando um elétron em vez dos usuais dois elétrons em uma ligação covalente. Isso dá aos átomos de boro uma valência efetiva de 6, com uma ligação extra disponível em cada um dos vértices para permitir que eles se liguem a unidades adjacentes.
Os icosaedros não se juntam bem e deixam vazios na estrutura cristalina que podem ser preenchidos por átomos de boro ou outros elementos. Foram produzidas várias ligas de metal-boro úteis e compostos de boro com icosaedra B12 em combinação com outros elementos. Esses materiais são conhecidos por sua dureza e altos pontos de fusão. Um exemplo é o boreto de alumínio e magnésio (BAM), com a fórmula química AlMgB 14 . Esse material tem a distinção de ter o menor coeficiente de atrito conhecido - em outras palavras, é extremamente escorregadio - e é usado como um revestimento resistente e de baixo atrito para peças de máquinas.