Boro

Boro,  ₅ B

boro (β-romboédrico) [1]
Boro
Pronunciación	/ ˈ b ɔːr ɒ n / ​( BOR -on )
Alótropos	α-, β-romboédrico, β-tetragonal (y más )
Apariencia	negro-marrón
Peso atómico estándar A r °(B)
	[10.806 , 10.821 ] [2] 10,81 ± 0,02  ( abreviado ) [3]
Boro en la tabla periódica
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astato Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrence Rutherfordio Dubnio Seaborgio Bohrio Hassio Meitnerio Darmstadtio Roentgenio Copérnico Nihonio Flerovio Moscovio Livermorio Tennessee Oganesón – ↑ B ↓ Al berilio ← boro → carbono
Número atómico ( Z )	5
Grupo	grupo 13 (grupo del boro)
Período	periodo 2
Bloquear	bloque p
Configuración electrónica	[ Él ] 2s 2 2p 1
Electrones por capa	2, 3
Propiedades físicas
Fase en  STP	sólido
Punto de fusión	2349  K (2076 °C, 3769 °F)
Punto de ebullición	4200 K (3927 °C, 7101 °F)
Densidad en estado líquido (a  punto de fusión )	2,08 g/ cm3
Calor de fusión	50,2  kJ/mol
Calor de vaporización	508 kJ/mol
Capacidad calorífica molar	11,087 J/(mol·K)
Presión de vapor P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 mil 100 mil en  T  (K) 2348 2562 2822 3141 3545 4072
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	común: +3 −5, [4] −1, [5] 0, [6] +1, [7] +2 [7] [8] [9]
Electronegatividad	Escala de Pauling: 2,04
Energías de ionización	1º: 800,6 kJ/mol 2º: 2427,1 kJ/mol 3º: 3659,7 kJ/mol ( más )
Radio atómico	empírico: 90  pm
Radio covalente	84±3 pm
Radio de Van der Waals	192 pm
Líneas espectrales del boro
Otras propiedades
Ocurrencia natural	primordial
Estructura cristalina	romboédrico
Expansión térmica	Forma β: 5–7 µm/(m⋅K) (a 25 °C) [10]
Conductividad térmica	27,4 W/(m⋅K)
Resistividad eléctrica	~10 6  Ω⋅m (a 20 °C)
Ordenamiento magnético	diamagnético [11]
Susceptibilidad magnética molar	−6,7 × 10 −6  cm3 /mol [ 11]
Velocidad del sonido varilla delgada	16.200 m/s (a 20 °C)
Dureza de Mohs	~9,5
Número CAS	7440-42-8
Historia
Descubrimiento	Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard [12] (30 de junio de 1808)
Primer aislamiento	Humphry Davy [13] (9 de julio de 1808)
Isótopos del boro en mi
Isótopos principales Decadencia abundancia vida media ( t 1/2 ) modo producto 8 B sintetizador 771,9 ms β + 8 Sé 10 B [18,9%, 20,4%] estable 11 B [79,6%, 81,1%] estable
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El boro es un elemento químico . Su símbolo es  B y su número atómico es  5. En su forma cristalina es un metaloide frágil, oscuro y brillante ; en su forma amorfa es un polvo marrón. Como es el elemento más ligero del grupo del boro, tiene tres electrones de valencia para formar enlaces covalentes , lo que da lugar a muchos compuestos, como el ácido bórico , el mineral borato de sodio y los cristales ultraduros de carburo de boro y nitruro de boro .

El boro se sintetiza enteramente por espalación de rayos cósmicos y supernovas y no por nucleosíntesis estelar , por lo que es un elemento de baja abundancia en el Sistema Solar y en la corteza terrestre . ^[14] Constituye alrededor del 0,001 por ciento en peso de la corteza terrestre. ^[15] Se concentra en la Tierra por la solubilidad en agua de sus compuestos naturales más comunes, los minerales de borato . Estos se extraen industrialmente como evaporitas , como el bórax y la kernita . Los depósitos más grandes conocidos están en Turquía , el mayor productor de minerales de boro.

El boro elemental es un metaloide que se encuentra en pequeñas cantidades en los meteoroides , pero el boro químicamente no combinado no se encuentra de forma natural en la Tierra. Industrialmente, el elemento muy puro se produce con dificultad debido a la contaminación por carbono u otros elementos que resisten la eliminación. ^[16] Existen varios alótropos : el boro amorfo es un polvo marrón; el boro cristalino es plateado a negro, extremadamente duro (9,3 en la escala de Mohs ) y un mal conductor eléctrico a temperatura ambiente (conductividad eléctrica a temperatura ambiente de 1,5 × 10 ^-6  Ω ^-1  cm ^-1 ). ^[17] El uso principal del elemento en sí es como filamentos de boro con aplicaciones similares a las fibras de carbono en algunos materiales de alta resistencia.

El boro se utiliza principalmente en compuestos químicos. Aproximadamente la mitad de toda la producción consumida a nivel mundial es un aditivo en fibra de vidrio para materiales estructurales y de aislamiento. El siguiente uso principal es en polímeros y cerámica en materiales estructurales y resistentes al calor , ligeros y de alta resistencia . El vidrio de borosilicato es deseado por su mayor resistencia y resistencia al choque térmico que el vidrio sódico-cálcico común. Como perborato de sodio , se utiliza como blanqueador . Una pequeña cantidad se utiliza como dopante en semiconductores y como intermediario reactivo en la síntesis de productos químicos finos orgánicos . Se utilizan o están en estudio algunos productos farmacéuticos orgánicos que contienen boro. El boro natural se compone de dos isótopos estables, uno de los cuales (boro-10) tiene varios usos como agente de captura de neutrones.

La intersección del boro con la biología es muy pequeña. No hay consenso sobre su importancia para la vida de los mamíferos. Los boratos tienen una toxicidad baja en los mamíferos (similar a la sal de mesa ), pero son más tóxicos para los artrópodos y, ocasionalmente, se utilizan como insecticidas . Se conocen antibióticos orgánicos que contienen boro. Aunque solo se requieren trazas, es un nutriente esencial para las plantas .

La palabra boro se acuñó a partir del bórax , el mineral del que se aisló, por analogía con el carbono , al que el boro se parece químicamente.

El bórax en su forma mineral (entonces conocido como tincal) se utilizó por primera vez como esmalte, a partir de China alrededor del año 300 d. C. Un poco de bórax crudo viajó hacia el oeste y aparentemente fue mencionado por el alquimista Jabir ibn Hayyan alrededor del año 700 d. C. Marco Polo trajo algunos esmaltes de regreso a Italia en el siglo XIII. Georgius Agricola , alrededor de 1600, informó del uso de bórax como fundente en metalurgia . En 1777, se reconoció ácido bórico en las aguas termales ( sofioni ) cerca de Florencia , Italia, momento en el que se lo conoció como sal sedativum , con ostensibles beneficios médicos. El mineral fue nombrado sassolita , en honor a Sasso Pisano en Italia. Sasso fue la principal fuente de bórax europeo desde 1827 hasta 1872, cuando las fuentes estadounidenses lo reemplazaron. ^{[18] [19]} Los compuestos de boro se usaron relativamente raramente hasta fines del siglo XIX, cuando la Pacific Coast Borax Company de Francis Marion Smith los popularizó por primera vez y los produjo en grandes cantidades a bajo costo. ^[20]

El boro no fue reconocido como un elemento hasta que fue aislado por Sir Humphry Davy ^[13] y por Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard . ^[12] En 1808, Davy observó que la corriente eléctrica enviada a través de una solución de boratos producía un precipitado marrón en uno de los electrodos. En sus experimentos posteriores, utilizó potasio para reducir el ácido bórico en lugar de electrólisis . Produjo suficiente boro para confirmar un nuevo elemento y lo llamó boracium . ^[13] Gay-Lussac y Thénard utilizaron hierro para reducir el ácido bórico a altas temperaturas. Al oxidar el boro con aire, demostraron que el ácido bórico es su producto de oxidación. ^{[12] [21]} Jöns Jacob Berzelius lo identificó como un elemento en 1824. ^[22] Se podría decir que el boro puro fue producido por primera vez por el químico estadounidense Ezekiel Weintraub en 1909. ^{[23] [24] [25]}

Algunas de las primeras rutas para obtener boro elemental implicaban la reducción de óxido bórico con metales como magnesio o aluminio . Sin embargo, el producto a menudo estaba contaminado con boruros de esos metales. ^[26] El boro puro se puede preparar reduciendo haluros de boro volátiles con hidrógeno a altas temperaturas. El boro ultrapuro para su uso en la industria de semiconductores se produce mediante la descomposición de diborano a altas temperaturas y luego se purifica aún más mediante los procesos de fusión por zonas o Czochralski . ^[27]

La producción de compuestos de boro no implica la formación de boro elemental, sino que aprovecha la conveniente disponibilidad de boratos.

El boro es similar al carbono en su capacidad de formar redes moleculares estables unidas covalentemente . Incluso el boro nominalmente desordenado ( amorfo ) contiene icosaedros de boro regulares que están unidos aleatoriamente entre sí sin un orden de largo alcance . ^{[28] [29] El boro} cristalino es un material muy duro y negro con un punto de fusión superior a 2000 °C. Forma cuatro alótropos principales : α-romboédrico ^[30] y β-romboédrico ^[31] (α-R y β-R), γ-ortorrómbico ^[32] (γ) y β-tetragonal ^[33] (β-T). Las cuatro fases son estables en condiciones ambientales , y la β-romboédrica es la más común y estable. También existe una fase α-tetragonal (α-T), pero es muy difícil de producir sin una contaminación significativa. La mayoría de las fases se basan en icosaedros B ₁₂ , pero la fase γ puede describirse como una disposición de tipo sal de roca de los icosaedros y pares atómicos B _{2 .} ^[34] Puede producirse comprimiendo otras fases de boro a 12-20 GPa y calentando a 1500-1800 °C; permanece estable después de liberar la temperatura y la presión. La fase β-T se produce a presiones similares, pero a temperaturas más altas de 1800-2200 °C. Las fases α-T y β-T pueden coexistir en condiciones ambientales, siendo la fase β-T la más estable. ^{[34] [35] [36]} La compresión del boro por encima de 160 GPa produce una fase de boro con una estructura aún desconocida, y esta fase es un superconductor a temperaturas inferiores a 6–12 K. ^{[37] [38]} El borosfereno ( moléculas B _{40 similares} al fulereno ) y el borofeno (estructura propuesta similar al grafeno ) se describieron en 2014.

El boro elemental es raro y poco estudiado porque el material puro es extremadamente difícil de preparar. La mayoría de los estudios sobre el "boro" involucran muestras que contienen pequeñas cantidades de carbono. El comportamiento químico del boro se parece más al del silicio que al del aluminio . El boro cristalino es químicamente inerte y resistente al ataque del ácido fluorhídrico o clorhídrico hirviendo . Cuando está finamente dividido, es atacado lentamente por peróxido de hidrógeno concentrado caliente , ácido nítrico concentrado caliente , ácido sulfúrico caliente o mezcla caliente de ácidos sulfúrico y crómico . ^[24]

Cuando se expone al aire, en condiciones normales, se forma una capa protectora de óxido o hidróxido en la superficie del boro, que evita una mayor corrosión. ^[47] La ​​velocidad de oxidación del boro depende de la cristalinidad, el tamaño de las partículas, la pureza y la temperatura. A temperaturas más altas, el boro se quema para formar trióxido de boro : ^[48]

4B _{+ 3O2} → _2B2O3​

El boro sufre halogenación para dar trihaluros; por ejemplo,

2 B + 3 Br ₂ → 2 Br ₃

En la práctica, el tricloruro suele fabricarse a partir del óxido. ^[48]

El boro es el elemento más ligero que tiene un electrón en un orbital p en su estado fundamental. A diferencia de la mayoría de los demás elementos p , rara vez obedece la regla del octeto y, por lo general, coloca solo seis electrones ^[49] (en tres orbitales moleculares ) en su capa de valencia . El boro es el prototipo del grupo del boro (el grupo IUPAC  13), aunque los otros miembros de este grupo son metales y elementos p más típicos (solo el aluminio comparte en cierta medida la aversión del boro a la regla del octeto).

El boro también tiene una electronegatividad mucho menor que los elementos del período 2 posteriores . Para estos últimos, las sales de litio son comunes, por ejemplo , fluoruro de litio , hidróxido de litio , amida de litio y metil-litio , pero los boriliros de litio son extraordinariamente raros. ^{[50] [51]} Las bases fuertes no desprotonan un borohidruro R ₂ BH al anión borilo R ₂ B ⁻ , sino que forman el aducto octeto-completo R ₂ HB-base. ^[52]

En los compuestos más conocidos, el boro tiene el estado de oxidación formal III. Entre ellos se incluyen óxidos, boratos, sulfuros, nitruros y haluros. ^[48]

Los trihaluros adoptan una estructura trigonal plana. Estos compuestos son ácidos de Lewis en el sentido de que forman fácilmente aductos con donantes de pares de electrones, que se denominan bases de Lewis . Por ejemplo, el fluoruro (F ⁻ ) y el trifluoruro de boro (BF ₃ ) se combinaron para dar el anión tetrafluoroborato , BF ₄ ⁻ . El trifluoruro de boro se utiliza en la industria petroquímica como catalizador. Los haluros reaccionan con agua para formar ácido bórico . ^[48]

Se encuentra en la naturaleza en la Tierra casi en su totalidad como varios óxidos de B (III), a menudo asociados con otros elementos. Más de cien minerales de borato contienen boro en estado de oxidación +3. Estos minerales se parecen a los silicatos en algún aspecto, aunque a menudo se encuentra no solo en una coordinación tetraédrica con el oxígeno, sino también en una configuración plana trigonal. A diferencia de los silicatos, los minerales de boro nunca lo contienen con un número de coordinación mayor que cuatro. Un motivo típico está ejemplificado por los aniones tetraborato del mineral común bórax . La carga negativa formal del centro tetraédrico de borato está equilibrada por cationes metálicos en los minerales, como el sodio (Na ⁺ ) en el bórax. ^[48] El grupo de turmalina de los borato-silicatos es también un grupo mineral portador de boro muy importante, y también se sabe que existen varios borosilicatos de forma natural. ^[53]

Los boranos son compuestos químicos de boro e hidrógeno, con la fórmula genérica de B _x H _y . Estos compuestos no se producen en la naturaleza. Muchos de los boranos se oxidan fácilmente al contacto con el aire, algunos de forma violenta. El miembro original BH ₃ se llama borano, pero solo se conoce en estado gaseoso y se dimeriza para formar diborano, B ₂ H ₆ . Los boranos más grandes consisten todos en grupos de boro que son poliédricos, algunos de los cuales existen como isómeros. Por ejemplo, los isómeros de B ₂₀ H ₂₆ se basan en la fusión de dos grupos de 10 átomos.

Los boranos más importantes son el diborano B ₂ H ₆ y dos de sus productos de pirólisis, el pentaborano B ₅ H ₉ y el decaborano B ₁₀ H ₁₄ . Se conocen una gran cantidad de hidruros de boro aniónicos, por ejemplo, [B ₁₂ H ₁₂ ] ²⁻ .

El número de oxidación formal de los boranos es positivo y se basa en el supuesto de que el hidrógeno se cuenta como −1, como en los hidruros metálicos activos. El número de oxidación medio de los boros es, entonces, simplemente la relación entre el hidrógeno y el boro en la molécula. Por ejemplo, en el diborano B ₂ H ₆ , el estado de oxidación del boro es +3, pero en el decaborano B ₁₀ H ₁₄ , es ⁷ / ₅ o +1,4. En estos compuestos, el estado de oxidación del boro no suele ser un número entero.

Los nitruros de boro se destacan por la variedad de estructuras que adoptan. Presentan estructuras análogas a varios alótropos del carbono , incluidos el grafito, el diamante y los nanotubos. En la estructura similar al diamante, llamada nitruro de boro cúbico (nombre comercial Borazon ), los átomos de boro existen en la estructura tetraédrica de los átomos de carbono en el diamante, pero uno de cada cuatro enlaces BN puede verse como un enlace covalente coordinado , en el que dos electrones son donados por el átomo de nitrógeno que actúa como base de Lewis a un enlace al centro de boro (III) ácido de Lewis . El nitruro de boro cúbico, entre otras aplicaciones, se utiliza como abrasivo, ya que tiene una dureza comparable a la del diamante (las dos sustancias pueden producir rayones entre sí). En el compuesto BN análogo del grafito, el nitruro de boro hexagonal (h-BN), los átomos de boro con carga positiva y nitrógeno con carga negativa en cada plano se encuentran adyacentes al átomo con carga opuesta en el siguiente plano. En consecuencia, el grafito y el h-BN tienen propiedades muy diferentes, aunque ambos son lubricantes, ya que estos planos se deslizan uno sobre el otro con facilidad. Sin embargo, el h-BN es un conductor eléctrico y térmico relativamente malo en las direcciones planas. ^{[55] [56]}

_{Se conocen} numerosos compuestos de organoboro, muchos de los cuales son útiles en la síntesis orgánica . Muchos se producen por hidroboración , que emplea diborano , _B2H6 , un compuesto químico simple de borano , o por carboboración . Los compuestos de organoboro(III) suelen ser tetraédricos o trigonales planos, por ejemplo, tetrafenilborato , [B(C6H5 ₎ 4 _] − ^frente a trifenilborano , B( _C6H5 ) _{3 . Sin embargo, los átomos de boro múltiples que reaccionan entre sí tienen una tendencia a formar nuevas estructuras dodecaédricas ( de} 12 lados) e icosaédricas ( de 20 lados) compuestas completamente _de átomos de boro, o con un número variable de heteroátomos de carbono.

Los productos químicos de organoboro se han empleado en usos tan diversos como el carburo de boro (ver más abajo), una cerámica compleja muy dura compuesta de aniones y cationes de grupos de boro-carbono, hasta los carboranos , compuestos de la química de grupos de carbono-boro que se pueden halogenar para formar estructuras reactivas, incluido el ácido carborano , un superácido . Como ejemplo, los carboranos forman fracciones moleculares útiles que agregan cantidades considerables de boro a otros productos bioquímicos para sintetizar compuestos que contienen boro para la terapia de captura de neutrones de boro para el cáncer.

Como se anticipa por sus grupos de hidruros , el boro forma una variedad de compuestos estables con un estado de oxidación formal menor a tres. B ₂ F ₄ y B ₄ Cl ₄ están bien caracterizados. ^[57]

Los compuestos binarios de metal-boro, los boruros metálicos, contienen boro en estados de oxidación negativos. Un ejemplo ilustrativo es el diboruro de magnesio (MgB ₂ ). Cada átomo de boro tiene una carga formal de −1 y al magnesio se le asigna una carga formal de +2. En este material, los centros de boro son trigonométricos planares con un doble enlace adicional para cada boro, formando láminas similares al carbono en el grafito . Sin embargo, a diferencia del nitruro de boro hexagonal, que carece de electrones en el plano de los átomos covalentes, los electrones deslocalizados en el diboruro de magnesio le permiten conducir electricidad de manera similar al grafito isoelectrónico. En 2001, se descubrió que este material era un superconductor de alta temperatura . ^{[58] [59]} Es un superconductor en desarrollo activo. Un proyecto en el CERN para fabricar cables de MgB ₂ ha dado como resultado cables de prueba superconductores capaces de transportar 20.000 amperios para aplicaciones de distribución de corriente extremadamente alta, como la versión de alta luminosidad contemplada del Gran Colisionador de Hadrones . ^[60]

Algunos otros boruros metálicos encuentran aplicaciones especializadas como materiales duros para herramientas de corte. ^[61] A menudo, el boro en los boruros tiene estados de oxidación fraccionarios, como −1/3 en el hexaboruro de calcio (CaB ₆ ).

Desde el punto de vista estructural, los compuestos químicos más característicos del boro son los hidruros. En esta serie se incluyen los compuestos del grupo dodecaborato ( B
₁₂yo²⁻
₁₂), decaborano (B ₁₀ H ₁₄ ), y los carboranos como C ₂ B ₁₀ H ₁₂ . Característicamente, estos compuestos contienen boro con números de coordinación mayores que cuatro. ^[48]

El boro tiene dos isótopos naturales y estables , ¹¹ B (80,1%) y ¹⁰ B (19,9%). La diferencia de masa da como resultado un amplio rango de valores de δ ¹¹ B, que se definen como una diferencia fraccionaria entre ¹¹ B y ¹⁰ B y tradicionalmente se expresan en partes por mil, en aguas naturales que van desde −16 a +59. Hay 13 isótopos conocidos de boro; el isótopo de vida más corta es ⁷ B que se desintegra a través de la emisión de protones y la desintegración alfa con una vida media de 3,5×10 ⁻²² s. El fraccionamiento isotópico del boro está controlado por las reacciones de intercambio de las especies de boro B(OH) ₃ y [B(OH) ₄ ] ⁻ . Los isótopos de boro también se fraccionan durante la cristalización mineral, durante los cambios de fase del H ₂ O en sistemas hidrotermales y durante la alteración hidrotermal de la roca . El último efecto produce una eliminación preferencial del ion [ ¹⁰ B(OH) ₄ ] ⁻ en las arcillas. Produce soluciones enriquecidas en ¹¹ B(OH) ₃ y, por lo tanto, puede ser responsable del gran enriquecimiento ^{de 11} B en el agua de mar en relación con la corteza oceánica y la corteza continental ; esta diferencia puede actuar como una firma isotópica . ^[62]

El exótico ¹⁷ B exhibe un halo nuclear , es decir, su radio es apreciablemente mayor que el predicho por el modelo de gota líquida . ^[63]

El isótopo ^{10 B es útil para capturar} neutrones térmicos (véase la sección eficaz del neutrón#Secciones eficaces típicas ). La industria nuclear enriquece el boro natural hasta obtener un ¹⁰ B casi puro. El subproducto menos valioso, el boro empobrecido, es ^{un 11} B casi puro.

Debido a su alta sección transversal de neutrones, el boro-10 se utiliza a menudo para controlar la fisión en reactores nucleares como una sustancia que captura neutrones. ^[64] Se han desarrollado varios procesos de enriquecimiento a escala industrial; sin embargo, solo se están utilizando la destilación al vacío fraccionada del aducto de dimetiléter de trifluoruro de boro (DME-BF ₃ ) y la cromatografía en columna de boratos. ^{[65] [66]}

El boro enriquecido o ¹⁰ B se utiliza tanto en la protección contra la radiación como en la terapia de captura de neutrones del cáncer . En esta última ("terapia de captura de neutrones de boro" o BNCT), se incorpora un compuesto que contiene ¹⁰ B a un fármaco que es absorbido selectivamente por un tumor maligno y los tejidos cercanos a él. A continuación, se trata al paciente con un haz de neutrones de baja energía a una dosis de radiación neutrónica relativamente baja. Sin embargo, los neutrones desencadenan una radiación de partículas alfa secundarias energéticas y de corto alcance y de iones pesados ​​de litio-7 que son productos de la reacción nuclear boro-neutrón , y esta radiación iónica bombardea además el tumor, especialmente desde el interior de las células tumorales. ^{[67] [68] [69] [70]}

En los reactores nucleares, ^{el 10} B se utiliza para el control de la reactividad y en los sistemas de parada de emergencia . Puede cumplir una función en forma de barras de control de borosilicato o como ácido bórico . En los reactores de agua presurizada , el ácido bórico ¹⁰ B se añade al refrigerante del reactor después de que la planta se apaga para reabastecerse. Cuando la planta se pone en marcha de nuevo, el ácido bórico se filtra lentamente durante muchos meses a medida que se consume el material fisionable y el combustible se vuelve menos reactivo. ^[71]

En futuras naves espaciales interplanetarias tripuladas, ^{el 10} B tiene un papel teórico como material estructural (como fibras de boro o material de nanotubos de BN ) que también cumpliría un papel especial en el escudo de radiación. Una de las dificultades para lidiar con los rayos cósmicos , que son en su mayoría protones de alta energía, es que parte de la radiación secundaria de la interacción de los rayos cósmicos y los materiales de la nave espacial son neutrones de espalación de alta energía . Dichos neutrones pueden ser moderados por materiales con alto contenido de elementos ligeros, como el polietileno , pero los neutrones moderados continúan siendo un peligro de radiación a menos que sean absorbidos activamente en el blindaje. Entre los elementos ligeros que absorben neutrones térmicos, ^{el 6} Li y ^{el 10} B aparecen como posibles materiales estructurales de naves espaciales que sirven tanto para refuerzo mecánico como para protección contra la radiación. ^[72]

La radiación cósmica producirá neutrones secundarios si golpea las estructuras de la nave espacial. Esos neutrones serán capturados en ¹⁰ B, si está presente en los semiconductores de la nave espacial , produciendo un rayo gamma , una partícula alfa y un ion de litio . Esos productos de desintegración resultantes pueden irradiar las estructuras de "chip" de semiconductores cercanas, causando pérdida de datos (inversión de bits o alteración de un solo evento ). En los diseños de semiconductores endurecidos por radiación , una contramedida es utilizar boro empobrecido , que está muy enriquecido en ¹¹ B y casi no contiene ¹⁰ B. Esto es útil porque ^{el 11} B es en gran medida inmune al daño por radiación. El boro empobrecido es un subproducto de la industria nuclear (ver arriba). ^[71]

^{El 11B} también es candidato como combustible para la fusión aneutrónica . Cuando choca con un protón con una energía de aproximadamente 500 k eV , produce tres partículas alfa y 8,7 MeV de energía. La mayoría de las demás reacciones de fusión que involucran hidrógeno y helio producen radiación neutrónica penetrante, que debilita las estructuras del reactor e induce radiactividad a largo plazo, poniendo en peligro al personal operativo. Las partículas alfa de la fusión ^{del 11B} se pueden convertir directamente en energía eléctrica, y toda la radiación se detiene tan pronto como se apaga el reactor. ^[73]

Tanto ¹⁰ B como ¹¹ B poseen espín nuclear . El espín nuclear de ¹⁰ B es 3 y el de ¹¹ B es ⁠3/2⁠ . Por lo tanto, estos isótopos son útiles en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear ; y se encuentran disponibles comercialmente espectrómetros especialmente adaptados para detectar los núcleos de boro-11. Los núcleos ¹⁰ B y ¹¹ B también causan división en las resonancias de los núcleos adheridos. ^[74]

El boro es un elemento poco común en el Universo y el Sistema Solar debido a su formación en trazas durante el Big Bang y en las estrellas. Se forma en pequeñas cantidades durante la nucleosíntesis por espalación de rayos cósmicos y se puede encontrar sin combinar en el polvo cósmico y en los materiales meteoroides .

En el ambiente rico en oxígeno de la Tierra, el boro siempre se encuentra completamente oxidado a borato. El boro no aparece en la Tierra en forma elemental. Se detectaron trazas extremadamente pequeñas de boro elemental en el regolito lunar. ^{[75] [76]}

Aunque el boro es un elemento relativamente raro en la corteza terrestre, ya que representa sólo el 0,001% de la masa de la corteza, puede llegar a estar muy concentrado por la acción del agua, en la que son solubles muchos boratos. Se encuentra de forma natural combinado en compuestos como el bórax y el ácido bórico (que a veces se encuentra en aguas de manantiales volcánicos ). Se conocen alrededor de cien minerales de borato .

El 5 de septiembre de 2017, los científicos informaron que el rover Curiosity detectó boro, un ingrediente esencial para la vida en la Tierra , en el planeta Marte . Este hallazgo, junto con descubrimientos anteriores de que podría haber agua presente en el antiguo Marte, respalda aún más la posible habitabilidad temprana del cráter Gale en Marte. ^{[77] [78]}

Fuentes de boro de importancia económica son los minerales colemanita , rasorita ( kernita ), ulexita y tincal . Juntos constituyen el 90% del mineral que contiene boro extraído. Los mayores depósitos de bórax conocidos a nivel mundial, muchos de ellos aún sin explotar, se encuentran en el centro y oeste de Turquía , incluidas las provincias de Eskişehir , Kütahya y Balıkesir . ^{[79] [80] [81]} Las reservas mundiales probadas de minería de minerales de boro superan los mil millones de toneladas métricas, frente a una producción anual de unos cuatro millones de toneladas. ^[82]

Turquía y Estados Unidos son los mayores productores de productos de boro. Turquía produce aproximadamente la mitad de la demanda anual mundial, a través de Eti Mine Works ( en turco : Eti Maden İşletmeleri ), una empresa minera y química estatal turca centrada en productos de boro. Tiene un monopolio gubernamental sobre la minería de minerales de borato en Turquía, que posee el 72% de los depósitos conocidos del mundo. ^[83] En 2012, tenía una participación del 47% de la producción mundial de minerales de borato, por delante de su principal competidor, Rio Tinto Group . ^[84]

Casi una cuarta parte (23%) de la producción mundial de boro proviene de la única mina de bórax de Río Tinto (también conocida como la mina de boro y bórax de EE. UU.) 35°2′34.447″N 117°40′45.412″O / 35.04290194, -117.67928111 (mina de bórax de Río Tinto) cerca de Boron, California . ^{[85] [86]}

El costo promedio del boro elemental cristalino es de US$5/g. ^[87] El boro elemental se utiliza principalmente para fabricar fibras de boro, donde se deposita mediante deposición química de vapor sobre un núcleo de tungsteno (ver más abajo). Las fibras de boro se utilizan en aplicaciones de compuestos livianos, como cintas de alta resistencia. Este uso es una fracción muy pequeña del uso total de boro. El boro se introduce en semiconductores como compuestos de boro, mediante implantación de iones.

El consumo mundial estimado de boro (casi en su totalidad como compuestos de boro) fue de alrededor de 4 millones de toneladas de B2O3 _{en 2012.} Como compuestos como el bórax y la kernita, su costo fue de US$377/tonelada en 2019. [ ^88] Se considera que las capacidades de extracción y refinación de boro son adecuadas para satisfacer los niveles esperados de crecimiento durante la próxima década.

La forma en que se consume el boro ha cambiado en los últimos años. El uso de minerales como la colemanita ha disminuido debido a las preocupaciones sobre el contenido de arsénico . Los consumidores han optado por el uso de boratos refinados y ácido bórico que tienen un menor contenido de contaminantes.

La creciente demanda de ácido bórico ha llevado a varios productores a invertir en capacidad adicional. La empresa estatal turca Eti Mine Works inauguró una nueva planta de ácido bórico con una capacidad de producción de 100.000 toneladas por año en Emet en 2003. El Grupo Rio Tinto aumentó la capacidad de su planta de boro de 260.000 toneladas por año en 2003 a 310.000 toneladas por año en mayo de 2005, con planes de aumentarla a 366.000 toneladas por año en 2006. Los productores chinos de boro no han podido satisfacer la creciente demanda de boratos de alta calidad. Esto ha llevado a que las importaciones de tetraborato de sodio ( bórax ) se hayan multiplicado por cien entre 2000 y 2005 y las importaciones de ácido bórico hayan aumentado un 28% por año durante el mismo período. ^{[89] [90]}

El aumento de la demanda mundial ha sido impulsado por altas tasas de crecimiento en la producción de fibra de vidrio , fibra de vidrio y vidrio de borosilicato . Un rápido aumento en la fabricación de fibra de vidrio que contiene boro de grado de refuerzo en Asia, ha compensado el desarrollo de fibra de vidrio de grado de refuerzo sin boro en Europa y los EE. UU. Los recientes aumentos en los precios de la energía pueden conducir a un mayor uso de fibra de vidrio de grado de aislamiento, con el consiguiente crecimiento en el consumo de boro. Roskill Consulting Group pronostica que la demanda mundial de boro crecerá un 3,4% por año para alcanzar 21 millones de toneladas en 2010. Se espera que el mayor crecimiento de la demanda se produzca en Asia, donde la demanda podría aumentar un promedio del 5,7% por año. ^{[89] [91]}

Casi todo el mineral de boro extraído de la Tierra se destina al refinamiento en ácido bórico y tetraborato de sodio pentahidratado . En los Estados Unidos, el 70% del boro se utiliza para la producción de vidrio y cerámica. ^{[92] [93]} El principal uso a escala industrial mundial de compuestos de boro (alrededor del 46% del uso final) es en la producción de fibra de vidrio para fibras de vidrio estructurales y aislantes que contienen boro , especialmente en Asia. El boro se agrega al vidrio como bórax pentahidratado u óxido de boro, para influir en la resistencia o las cualidades fundentes de las fibras de vidrio. ^[94] Otro 10% de la producción mundial de boro se destina al vidrio de borosilicato , tal como se utiliza en cristalería de alta resistencia. Aproximadamente el 15% del boro mundial se utiliza en cerámica de boro, incluidos los materiales superduros que se analizan a continuación. La agricultura consume el 11% de la producción mundial de boro, y los blanqueadores y detergentes aproximadamente el 6%. ^[95]

Las fibras de boro (filamentos de boro) son materiales ligeros y de alta resistencia que se utilizan principalmente para estructuras aeroespaciales avanzadas como componente de materiales compuestos , así como para artículos deportivos y de consumo de producción limitada, como palos de golf y cañas de pescar . ^{[96] [97]} Las fibras se pueden producir mediante deposición química de vapor de boro sobre un filamento de tungsteno . ^{[98] [99]}

Las fibras de boro y los resortes de boro cristalino de tamaño submilimétrico se producen mediante deposición química en fase de vapor asistida por láser . La traslación del haz láser enfocado permite la producción de estructuras helicoidales incluso complejas. Dichas estructuras muestran buenas propiedades mecánicas ( módulo elástico 450 GPa, deformación por fractura 3,7 %, tensión por fractura 17 GPa) y se pueden aplicar como refuerzo de cerámicas o en sistemas micromecánicos . ^[100]

La fibra de vidrio es un polímero reforzado con fibra hecho de plástico reforzado con fibras de vidrio , comúnmente tejidas en una estera. Las fibras de vidrio utilizadas en el material están hechas de varios tipos de vidrio según el uso de la fibra de vidrio. Todos estos vidrios contienen sílice o silicato, con cantidades variables de óxidos de calcio, magnesio y, a veces, boro. El boro está presente como borosilicato, bórax u óxido de boro, y se agrega para aumentar la resistencia del vidrio o como agente fundente para disminuir la temperatura de fusión de la sílice , que es demasiado alta para ser fácilmente procesada en su forma pura para hacer fibras de vidrio.

Los vidrios altamente borados que se utilizan en la fibra de vidrio son el vidrio E (denominado así por su uso "eléctrico", pero que actualmente es la fibra de vidrio más común para uso general). El vidrio E es un vidrio de aluminoborosilicato con menos del 1 % p/p de óxidos alcalinos, que se utiliza principalmente para plásticos reforzados con vidrio. Otros vidrios con alto contenido de boro comunes incluyen el vidrio C, un vidrio alcalino-cálcico con un alto contenido de óxido de boro, que se utiliza para fibras cortas de vidrio y aislamiento, y el vidrio D, un vidrio de borosilicato , llamado así por su baja constante dieléctrica. ^[101]

No todas las fibras de vidrio contienen boro, pero a escala mundial, la mayor parte de la fibra de vidrio utilizada sí lo contiene. Debido al uso generalizado de la fibra de vidrio en la construcción y el aislamiento, las fibras de vidrio que contienen boro consumen más de la mitad de la producción mundial de boro y constituyen el mayor mercado comercial de boro. ^[102]

El vidrio de borosilicato , que normalmente contiene entre un 12 y un 15 % de B ₂ O ₃ , un 80 % de SiO ₂ y un 2 % de Al ₂ O ₃ , tiene un coeficiente de expansión térmica bajo , lo que le confiere una buena resistencia al choque térmico . "Duran" de Schott AG y Pyrex, marca registrada de Owens-Corning , son dos de las principales marcas de este vidrio, que se utiliza tanto en cristalería de laboratorio como en utensilios de cocina y de repostería para el consumidor , principalmente por esta resistencia. ^[103]

Varios compuestos de boro son conocidos por su extrema dureza y tenacidad. El carburo de boro es un material cerámico que se obtiene descomponiendo B2O3 _{con carbono} en un horno eléctrico: ^[105]

2 segundo ₂ O ₃ + 7 C → segundo ₄ C + 6 CO

La estructura del carburo de boro es de solo aproximadamente B ₄ C, y muestra una clara disminución del carbono a partir de esta relación estequiométrica sugerida. Esto se debe a su estructura muy compleja. La sustancia se puede ver con la fórmula empírica B ₁₂ C ₃ (es decir, con dodecaedros B ₁₂ como motivo), pero con menos carbono, ya que las unidades C ₃ sugeridas se reemplazan con cadenas CBC, y también están presentes algunos octaedros más pequeños (B ₆ ) (consulte el artículo sobre carburo de boro para un análisis estructural). La estructura polimérica repetitiva más semicristalina del carburo de boro le da una gran resistencia estructural por peso. Se utiliza en blindaje de tanques , chalecos antibalas y muchas otras aplicaciones estructurales. ^[106]

La capacidad del carburo de boro para absorber neutrones sin formar radionucleidos de larga duración (especialmente cuando se dopa con boro-10 adicional) hace que el material sea atractivo como absorbente de la radiación de neutrones que surge en las plantas de energía nuclear . ^[107] Las aplicaciones nucleares del carburo de boro incluyen blindaje, barras de control y pastillas de apagado. Dentro de las barras de control, el carburo de boro a menudo se pulveriza para aumentar su área de superficie. ^[108]

Los polvos de carburo de boro y nitruro de boro cúbico se utilizan ampliamente como abrasivos. El nitruro de boro es un material isoelectrónico al carbono . Al igual que el carbono, tiene formas hexagonales (h-BN blando similar al grafito) y cúbicas (c-BN duro, similar al diamante). El h-BN se utiliza como componente de alta temperatura y lubricante. El c-BN, también conocido con el nombre comercial de borazon , es un abrasivo superior. Su dureza es solo ligeramente menor que la del diamante, pero su estabilidad química es superior. ^[111] El heterodiamante (también llamado BCN) es otro compuesto de boro similar al diamante. ^[112]

El boro se añade a los aceros al boro en unas pocas partes por millón para aumentar la templabilidad. Se añaden porcentajes más altos a los aceros utilizados en la industria nuclear debido a la capacidad del boro para absorber neutrones.

El boro también puede aumentar la dureza superficial de los aceros y aleaciones a través de la boruración . Además, los boruros metálicos se utilizan para recubrir herramientas a través de la deposición química en fase de vapor o la deposición física en fase de vapor . La implantación de iones de boro en metales y aleaciones, a través de la implantación de iones o la deposición por haz de iones , da como resultado un aumento espectacular de la resistencia superficial y la microdureza. La aleación láser también se ha utilizado con éxito para el mismo propósito. Estos boruros son una alternativa a las herramientas recubiertas de diamante, y sus superficies (tratadas) tienen propiedades similares a las del boruro a granel. ^[113]

Por ejemplo, el diboruro de renio se puede producir a presiones ambientales, pero es bastante caro debido al renio. La dureza de ReB2 _exhibe una anisotropía considerable debido a su estructura en capas hexagonales. Su valor es comparable al del carburo de tungsteno , carburo de silicio , diboruro de titanio o diboruro de circonio . ^[110] De manera similar, los compuestos de AlMgB14 ₊ TiB2 _poseen alta dureza y resistencia al desgaste y se utilizan en forma a granel o como recubrimientos para componentes expuestos a altas temperaturas y cargas de desgaste. ^[114]

El bórax se utiliza en diversos productos de limpieza y lavado de ropa para el hogar, ^[115] entre ellos el potenciador de lavado " 20 Mule Team Borax " y el jabón de manos en polvo " Boraxo ". También está presente en algunas fórmulas para blanquear los dientes . ^[93]

El perborato de sodio sirve como fuente de oxígeno activo en muchos detergentes , detergentes para ropa , productos de limpieza y blanqueadores para ropa . Sin embargo, a pesar de su nombre, el blanqueador para ropa "Borateem" ya no contiene ningún compuesto de boro, sino que utiliza percarbonato de sodio como agente blanqueador. ^[116]

El ácido bórico se utiliza como insecticida, especialmente contra hormigas, pulgas y cucarachas. ^[117]

El boro es un dopante útil para semiconductores como el silicio , el germanio y el carburo de silicio . Al tener un electrón de valencia menos que el átomo anfitrión, dona un hueco que da como resultado una conductividad de tipo p . El método tradicional de introducir boro en semiconductores es a través de su difusión atómica a altas temperaturas. Este proceso utiliza fuentes de boro sólidas (B2O3 _{) ,} líquidas (BBr3 ₎ o gaseosas (B2H6 _o BF3 ₎ . Sin embargo, después de la década de 1970, fue reemplazado en su mayoría por la implantación de iones , que se basa principalmente en BF3 como fuente de boro. _[ ^{118] El} _gas de tricloruro de boro también es un químico importante en la industria de semiconductores, sin embargo, no para el dopaje sino más bien para el grabado de plasma de metales y sus óxidos. ^[119] El trietilborano también se inyecta en reactores de deposición de vapor como fuente de boro. ^[120] Algunos ejemplos son la deposición de plasma de películas de carbono duro que contienen boro, películas de nitruro de boro-nitruro de silicio y el dopaje de películas de diamante con boro. ^[121]

_El boro es un componente de los imanes de neodimio ( _Nd2Fe14B ), que se encuentran entre los tipos más fuertes de imán permanente. Estos imanes se encuentran en una variedad de dispositivos electromecánicos y electrónicos, como los sistemas de imágenes médicas por resonancia magnética (IRM), en motores y actuadores compactos y relativamente pequeños . Como ejemplos, los discos duros de ordenador, los reproductores de CD (disco compacto) y DVD (disco versátil digital) dependen de motores de imán de neodimio para ofrecer una potencia rotatoria intensa en un paquete notablemente compacto. En los teléfonos móviles, los imanes "Neo" proporcionan el campo magnético que permite que los altavoces diminutos ofrezcan una potencia de audio apreciable. ^[122]

El blindaje de boro se utiliza como control para reactores nucleares , aprovechando su alta sección transversal para la captura de neutrones. ^[123]

En los reactores de agua a presión se utiliza una concentración variable de ácido borónico en el agua de refrigeración como veneno neutrónico para compensar la reactividad variable del combustible. Cuando se insertan barras nuevas, la concentración de ácido borónico es máxima y se reduce durante la vida útil. ^[124]

• Debido a su llama verde distintiva, el boro amorfo se utiliza en bengalas pirotécnicas . ^[125]
• En la década de 1950 se realizaron varios estudios sobre el uso de boranos como aditivos para aumentar la energía del combustible para aviones "Zip Fuel ". ^[126]
• _Los adhesivos a base de almidón y caseína contienen tetraborato _de sodio decahidrato (Na2B4O7 _· 10H2O ₎ .
• Algunos sistemas anticorrosión contienen bórax. ^[127]
• Los boratos de sodio se utilizan como fundente para soldar plata y oro y con cloruro de amonio para soldar metales ferrosos. ^[128] También son aditivos retardantes de fuego para artículos plásticos y de caucho. ^[129]
• El ácido bórico (también conocido como ácido ortobórico) H ₃ BO ₃ se utiliza en la producción de fibra de vidrio textil y pantallas planas ^{[93] [130]} y en muchos adhesivos basados ​​en PVAc [ ^131] y PVOH ^{[132] .}
• El trietilborano es una sustancia que enciende el combustible JP-7 de los motores turborreactores / ramjet Pratt & Whitney J58 que impulsan el Lockheed SR-71 Blackbird . ^[133] También se utilizó para encender los motores F-1 en el cohete Saturno V utilizado por los programas Apollo y Skylab de la NASA desde 1967 hasta 1973. Hoy SpaceX lo utiliza para encender los motores de su cohete Falcon 9. ^[134] El trietilborano es adecuado para esto debido a sus propiedades pirofóricas , especialmente el hecho de que arde a una temperatura muy alta. ^{[135] El trietilborano es un} iniciador industrial en reacciones radicalarias , donde es eficaz incluso a bajas temperaturas. ^[136]
• Los boratos se utilizan como conservantes de madera respetuosos con el medio ambiente . ^[137]

El boro desempeña un papel en aplicaciones farmacéuticas y biológicas, ya que se encuentra en varios antibióticos producidos por bacterias, como las boromicinas , las aplasmomicinas , las boroficinas y las tartrolonas . Estos antibióticos han demostrado efectos inhibidores sobre el crecimiento de ciertas bacterias, hongos y protozoos. El boro también se está estudiando por sus posibles aplicaciones medicinales, incluida su incorporación a moléculas biológicamente activas para terapias como la terapia de captura de neutrones de boro para tumores cerebrales. Algunas biomoléculas que contienen boro pueden actuar como moléculas de señalización que interactúan con las superficies celulares, lo que sugiere un papel en la comunicación celular. ^[138]

El ácido bórico tiene propiedades antisépticas, antifúngicas y antivirales y, por estas razones, se aplica como clarificador de agua en el tratamiento del agua de piscinas. ^[139] Se han utilizado soluciones suaves de ácido bórico como antisépticos oculares.

Bortezomib (comercializado como Velcade y Cytomib ). El boro aparece como un elemento activo en el fármaco orgánico bortezomib, una nueva clase de fármaco llamado inhibidor del proteasoma, para el tratamiento del mieloma y una forma de linfoma (actualmente se encuentra en ensayos experimentales contra otros tipos de linfoma). El átomo de boro en bortezomib se une al sitio catalítico del proteasoma 26S ^[140] con alta afinidad y especificidad.

• Se han preparado varios productos farmacéuticos borados potenciales que utilizan boro-10 para su uso en la terapia de captura de neutrones de boro (BNCT). ^[141]
• Algunos compuestos de boro se muestran prometedores en el tratamiento de la artritis , aunque todavía no se ha aprobado ninguno de ellos en general para ese propósito. ^[142]

El tavaborole (comercializado como Kerydin ) es un inhibidor de la aminoacil ARNt sintetasa que se utiliza para tratar los hongos en las uñas de los pies. Obtuvo la aprobación de la FDA en julio de 2014. ^[143]

La química del dioxaborolano permite el marcaje con fluoruro radiactivo ( ¹⁸ F ) de anticuerpos o glóbulos rojos , lo que permite la obtención de imágenes por tomografía por emisión de positrones (PET) del cáncer ^[144] y hemorragias ^[145] respectivamente. Un sistema reportero genético , de origen humano , emisor de positrones y fluorescente (HD-GPF) utiliza una proteína humana, PSMA y no inmunogénica, y una pequeña molécula que emite positrones (boro unido a ¹⁸ F ) y fluorescencia para la PET de modalidad dual y la obtención de imágenes fluorescentes de células modificadas del genoma, por ejemplo, cáncer , CRISPR/Cas9 o células CAR T , en un ratón entero. ^[146] La pequeña molécula de modalidad dual dirigida a PSMA se probó en humanos y encontró la ubicación del cáncer de próstata primario y metastásico , la eliminación guiada por fluorescencia del cáncer y detecta células cancerosas individuales en los márgenes del tejido. ^[147]

En la terapia de captura de neutrones (BNCT) para tumores cerebrales malignos, se investiga el uso del boro para atacar y destruir selectivamente las células tumorales. El objetivo es administrar concentraciones más altas del isótopo de boro no radiactivo ( ¹⁰ B) a las células tumorales que a los tejidos normales circundantes. Cuando estas células que contienen ¹⁰ B se irradian con neutrones térmicos de baja energía, experimentan reacciones de captura nuclear, liberando partículas de alta transferencia de energía lineal (LET) como partículas α y núcleos de litio-7 dentro de una longitud de trayectoria limitada. Estas partículas de alta LET pueden destruir las células tumorales adyacentes sin causar daño significativo a las células normales cercanas. El boro actúa como un agente selectivo debido a su capacidad para absorber neutrones térmicos y producir efectos físicos de corto alcance que afectan principalmente a la región de tejido objetivo. Este enfoque binario permite la eliminación precisa de células tumorales mientras se preservan los tejidos sanos. La administración eficaz de boro implica la administración de compuestos de boro o portadores capaces de acumularse selectivamente en las células tumorales en comparación con el tejido circundante. El BSH y el BPA se han utilizado clínicamente, pero la investigación continúa identificando portadores más óptimos. Recientemente también se han desarrollado fuentes de neutrones basadas en aceleradores como alternativa a las fuentes basadas en reactores, lo que ha mejorado la eficiencia y los resultados clínicos en BNCT. Al emplear las propiedades de los isótopos de boro y las técnicas de irradiación dirigida, la BNCT ofrece un enfoque potencial para tratar tumores cerebrales malignos al matar selectivamente las células cancerosas y minimizar el daño causado por las radioterapias tradicionales. ^[148]

La BNCT ha mostrado resultados prometedores en ensayos clínicos para otras enfermedades malignas, como el glioblastoma, el cáncer de cabeza y cuello, el melanoma cutáneo, el carcinoma hepatocelular, el cáncer de pulmón y la enfermedad de Paget extramamaria. El tratamiento implica una reacción nuclear entre el isótopo boro-10 no radiactivo y neutrones epitermales de alta o baja energía para generar partículas α y núcleos de litio que destruyen selectivamente el ADN en las células tumorales. El principal desafío radica en desarrollar agentes de boro eficientes con mayor contenido y propiedades de focalización específicas adaptadas a la BNCT. La integración de estrategias de focalización tumoral con la BNCT podría establecerla como una opción de tratamiento personalizada práctica para diferentes tipos de cánceres. La investigación en curso explora nuevos compuestos de boro, estrategias de optimización, agentes teranósticos y avances radiobiológicos para superar las limitaciones y mejorar de manera rentable los resultados de los pacientes. ^{[149] [150] [151]}

El diboruro de magnesio es un material superconductor importante con una temperatura de transición de 39 K. Los cables de MgB2 _se producen con el proceso de polvo en tubo y se aplican en imanes superconductores. ^{[152] [153]}

El boro amorfo se utiliza como depresor del punto de fusión en aleaciones de soldadura fuerte de níquel-cromo. ^[154]

El nitruro de boro hexagonal forma capas atómicamente delgadas, que se han utilizado para mejorar la movilidad de los electrones en dispositivos de grafeno . ^{[155] [156]} También forma estructuras nanotubulares ( BNNT ), que tienen alta resistencia, alta estabilidad química y alta conductividad térmica , entre su lista de propiedades deseables. ^[157]

El boro tiene múltiples aplicaciones en la investigación de la fusión nuclear . Se utiliza habitualmente para acondicionar las paredes de los reactores de fusión depositando revestimientos de boro en los componentes y paredes que dan al plasma para reducir la liberación de hidrógeno e impurezas de las superficies. ^[158] También se utiliza para la disipación de energía en el límite del plasma de fusión para suprimir las explosiones de energía excesivas y los flujos de calor hacia las paredes. ^{[159] [160]}

El boro es un nutriente esencial para las plantas , necesario principalmente para mantener la integridad de las paredes celulares. Sin embargo, concentraciones elevadas en el suelo de más de 1,0  ppm provocan necrosis marginal y de las puntas de las hojas, así como un rendimiento deficiente del crecimiento general. Niveles tan bajos como 0,8 ppm producen estos mismos síntomas en plantas que son particularmente sensibles al boro en el suelo. Casi todas las plantas, incluso aquellas algo tolerantes al boro del suelo, mostrarán al menos algunos síntomas de toxicidad por boro cuando el contenido de boro del suelo sea superior a 1,8 ppm. Cuando este contenido supere las 2,0 ppm, pocas plantas tendrán un buen rendimiento y algunas pueden no sobrevivir. ^{[161] [162] [163]}

Existen varios antibióticos naturales conocidos que contienen boro . ^[164] El primero encontrado fue la boromicina , aislada de Streptomyces en la década de 1960. ^{[165] [166]} Otros son las tartrolonas , un grupo de antibióticos descubiertos en la década de 1990 a partir de caldo de cultivo de la mixobacteria Sorangium cellulosum . ^[167]

En 2013, el químico y biólogo sintético Steve Benner sugirió que las condiciones en Marte hace tres mil millones de años eran mucho más favorables para la estabilidad del ARN y la formación de catalizadores de boro y molibdeno que contienen oxígeno ^{[nota 1]} que se encuentran en la vida. Según la teoría de Benner, la vida primitiva, que se cree ampliamente que se originó a partir del ARN , ^{[170] [171]} se formó primero en Marte antes de migrar a la Tierra . ^[172]

Se cree que el boro desempeña varias funciones esenciales en los animales, incluidos los humanos, pero el papel fisiológico exacto no se entiende bien. ^{[173] [174]} La deficiencia de boro solo se ha establecido claramente en el ganado ; ^{[175] [176]} en los humanos, la deficiencia de boro puede afectar la densidad mineral ósea , aunque se ha observado que es necesaria una investigación adicional sobre los efectos en la salud ósea. ^[177]

El boro no está clasificado como un nutriente humano esencial porque la investigación no ha establecido una función biológica clara para él. ^{[178] [179]} La Junta de Alimentos y Nutrición de los Estados Unidos (FNB) encontró que los datos existentes eran insuficientes para derivar una Ingesta Dietética Recomendada (IDR), una Ingesta Adecuada (IA) o un Requerimiento Promedio Estimado (EAR) para el boro y la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) no ha establecido un valor diario para el boro para fines de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos. ^{[178] [179]} Si bien un bajo estado de boro puede ser perjudicial para la salud, probablemente aumentando el riesgo de osteoporosis , función inmunológica deficiente y deterioro cognitivo, los altos niveles de boro están asociados con daño celular y toxicidad. ^[180]

Aún así, los estudios sugieren que el boro puede ejercer efectos beneficiosos sobre la reproducción y el desarrollo, el metabolismo del calcio , la formación ósea , la función cerebral, el metabolismo de la insulina y el sustrato energético, la inmunidad y la función de las hormonas esteroides (incluido el estrógeno ) y la vitamina D , entre otras funciones. ^{[181] [179]} Un pequeño ensayo en humanos publicado en 1987 informó sobre mujeres posmenopáusicas que primero fueron deficientes en boro y luego reabastecidas con 3 mg/día. La suplementación con boro redujo notablemente la excreción urinaria de calcio y elevó las concentraciones séricas de 17 beta-estradiol y testosterona. ^[182] El boro ambiental parece estar inversamente correlacionado con la artritis . ^[183]

El mecanismo exacto por el cual el boro ejerce sus efectos fisiológicos no se entiende completamente, pero puede involucrar interacciones con el monofosfato de adenosina (ADP) y la S -adenosil metionina (SAM-e), dos compuestos involucrados en importantes funciones celulares. Además, el boro parece inhibir la ADP-ribosa cíclica , afectando así la liberación de iones de calcio del retículo endoplásmico y afectando varios procesos biológicos. ^[180] Algunos estudios sugieren que el boro puede reducir los niveles de biomarcadores inflamatorios . ^[181] La distrofia endotelial congénita tipo 2 , una forma rara de distrofia corneal , está vinculada a mutaciones en el gen SLC4A11 que codifica un transportador que, según se informa, regula la concentración intracelular de boro. ^[184]

En los seres humanos, el boro se consume generalmente con alimentos que contienen boro, como frutas, verduras de hoja y nueces . ^[178] Los alimentos que son particularmente ricos en boro incluyen aguacates , frutas secas como pasas , maní , nueces , jugo de ciruela , jugo de uva , vino y chocolate en polvo. ^{[181] [178]} Según los registros de alimentos de 2 días de los encuestados en la Tercera Encuesta Nacional de Examen de Salud y Nutrición (NHANES III), la ingesta dietética de adultos se registró entre 0,9 y 1,4 mg/día. ^[185]

Para determinar el contenido de boro en alimentos o materiales, se utiliza el método colorimétrico de la curcumina . El boro se convierte en ácido bórico o boratos y, al reaccionar con la curcumina en una solución ácida, se forma un complejo de boro -quelato de color rojo, la rosocianina . ^[186]

Boro

Peligros
Etiquetado SGA : [187]
Pictogramas
Palabra de señal	Advertencia
Indicaciones de peligro	H302 , H412
Consejos de precaución	P264 , P270 , P273 , P301+P312 , P501
NFPA 704 (rombo cortafuegos)	[188] 1 0 0

El boro elemental, el óxido de boro , el ácido bórico , los boratos y muchos compuestos organoborónicos son relativamente no tóxicos para los seres humanos y los animales (con una toxicidad similar a la de la sal de mesa). La LD ₅₀ (dosis en la que hay una mortalidad del 50%) para los animales es de unos 6 g por kg de peso corporal. Las sustancias con una LD ₅₀ superior a 2 g/kg se consideran no tóxicas. Se informó de una ingesta de 4 g/día de ácido bórico sin incidentes, pero una cantidad superior se considera tóxica en más de unas pocas dosis. La ingesta de más de 0,5 gramos al día durante 50 días causa problemas digestivos menores y otros problemas sugestivos de toxicidad. ^[189]

El ácido bórico es más tóxico para los insectos que para los mamíferos y se utiliza rutinariamente como insecticida. ^[117] Sin embargo, se ha utilizado en la terapia de captura de neutrones junto con otros compuestos de boro como el borocaptato de sodio y la boronofenilalanina con niveles de toxicidad bajos informados. ^[190]

Los boranos (compuestos de boro e hidrógeno) y compuestos gaseosos similares son bastante venenosos. Como es habitual, el boro no es un elemento intrínsecamente venenoso, pero la toxicidad de estos compuestos depende de la estructura (para otro ejemplo de este fenómeno, véase la fosfina ). ^{[18] [19]} Los boranos también son muy inflamables y requieren un cuidado especial al manipularlos; algunas combinaciones de boranos y otros compuestos son altamente explosivas. El borohidruro de sodio presenta un riesgo de incendio debido a su naturaleza reductora y a la liberación de hidrógeno en contacto con el ácido. Los haluros de boro son corrosivos. ^[191]

El boro es necesario para el crecimiento de las plantas, pero un exceso de boro es tóxico para las plantas y ocurre particularmente en suelos ácidos. ^{[192] [193]} Se presenta como un amarillamiento desde la punta hacia adentro de las hojas más viejas y manchas negras en las hojas de cebada, pero puede confundirse con otros estreses como la deficiencia de magnesio en otras plantas. ^[194]