SEMINARIO 9

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GRUPO 13 - LA FAMILIA DEL BORO 
 
Elemento símbolo configuración electrónica 
boro 
aluminio 
galio 
indio 
talio 
B 
Al 
Ga 
In 
Tl 
[He] 2s2 2p1 
[Ne] 3s2 3p1 
[Ar] 3d10 4s2 4p1 
[Kr] 4d10 5s2 5p1 
[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1 
En la naturaleza: 
Boro: poco abundante (38º, 3 ppm) pero concentrado en depósitos de diferentes compuestos 
oxigenados 
Boratos: kernita: Na2B4O7·4H2O - borax: Na2B4O7·10H2O 
Aluminio: 7%. Tras O y Si, es el 3er elemento más abundante en la corteza terrestre. 
Es el metal más abundante. Muy disperso: 
Silicatos: feldespato: K[AlSi3O8] - caolín Al2(OH)4Si2O5 
Bauxita, es un óxido hidratado, Al2O3·H2O, impurificado de Fe2O3 y SiO2 
Ga (15 ppm), In (0,1 ppm) y Tl (0,3 ppm). Se encuentran asociados a menas de otros metales 
 
 
Propiedades Periódicas: 
 
 
Problema 1. a) Explique cómo y por qué varían las siguientes propiedades de los 
elementos de este grupo: energía de ionización, carácter metálico, propiedades ácido-
base de los óxidos M2O3, estabilidad de los estados de oxidación más usuales. 
b) Establezca analogías entre B y Si y diferencias entre B y Al. 
a) Energía de ionización: 
Z I1 (kJ/mol) (Z) 
5 799 0 
13 577 8 
31 577 18 
49 556 18 
81 590 32 
 
 
 
Carácter metálico: 
B: no metal (semi metal) 
Al, Ga, In, Tl: metales 
Propiedades ácido-base de los óxidos M2O3 
B2O3 es un óxido ácido 
Al2O3; Ga2O3 son óxidos anfóteros 
In2O3 ; Tl2O3 son óxidos básicos 
Estabilidad de los estados de oxidación más usuales: Diagrama de Frost (en medio ácido) 
 
 
 
 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 20 40 60 80 100
I1 (kJ/mol)
b) Establezca analogías entre B y Si y diferencias entre B y Al. 
Analogías entre B y Si Diferencias entre B y Al 
Los óxidos son ácidos B2O3 es ácido y Al2O3 es anfótero 
Los iones borato y silicatos simples 
polimerizan estructuralmente semejantes 
compartiendo átomos de O. Formas 
cadenas, ciclos, láminas 
No forman compuestos similares 
Los hidruros de B son gaseosos, hidrolizan y 
se enciende espontáneamente. El SiH4 es 
gaseoso, hidroliza y es inflamable 
El hidruro de aluminio es sólido polimérico 
(AlH3)n. 
Los haluros de B (excepto el BF3) y Si 
hidrolizan rápida y vigorosamente 
Los haluros de aluminio hidrolizan 
parcialmente 
 El B(OH)3 es ácido mientras que el Al(OH)3 
es anfótero 
 
 
Problema 2. Describa con ecuaciones la obtención del Boro y, en forma concisa, usos del 
elemento o sus compuestos. 
 
Obtención de boro 
Extraído como los hidratos de bórax (Na2B4O7 • 10 H2O) y kernita (Na2B4O7 • 4 H2O). 
Otros minerales: tincal, ulexitas, boronatrocalcita 
Se obtiene primero el ácido bórico: 
Na2B4O7 • 10 H2O + 2 H
+  2 Na+ (ac) + 4 H3BO3 (s) + 5 H2O (líq) 
2 H3BO3 (s) + calor  B2O3 (s) + 3 H2O (g) 
El mineral se convierte en el óxido, B2O3, y se extrae en su forma elemental amorfa por 
reacción del óxido con Mg (s): 
B2O3 (s) + 3 Mg (s)  2 B (s) + 3 MgO (s ) 
Es muy difícil purificar el B ya que es muy corrosivo y tiene alto punto de fusión (2180 °C) 
Se obtiene una forma más pura de B por reducción de BBr3 volátil (g) o BCl3 (g) con H2 (g). 
Otra forma de purificar es (Método de Van Arkel): 
2 B (s) + 3 I2 (g)  2 BI3 (g) 
12 BI3 (g)  B12 (s, puro) + 18 I2 (g) (sobre Ta al rojo) 
Otra forma común es un polvo marrón oscuro 
con una estructura (icosaédrica con 20 
caras) que tiene grupos de 12 átomos como 
se muestra a la derecha. Los enlaces crean 
una estructura tridimensional muy dura. 
 
 
 
Usos: (algunos) 
Se fabrican barras de control (captura neutrones), aceros con B (resistentes al impacto) y 
carburos de B (alta dureza) para reactores nucleares 
Las fibras de B se incorporan a los plásticos, formando materiales elásticos más rígidos que el 
acero y más livianos que los AI. 
El carburo de boro es similar en dureza al diamante, y el nitruro de boro es similar en 
estructura y propiedades mecánicas al grafito, pero, a diferencia del grafito, el nitruro de boro 
no conduce electricidad. 
Se usa el bórax como fundente en la soldadura de bronce y plata 
Obtención de aluminio. 
Extraído como bauxita, Al2O3 x H20, donde x varía hasta un máximo de 3 
El mineral, que contiene una considerable impureza de óxido de hierro y sílice, se procesa 
para obtener alúmina, Al2O3. (Proceso Baeyer): 
El mineral bauxita contiene Al2O3 (óxido anfótero que se disuelve en KOH o NaOH) y Fe2O3 
(óxido básico que no se disuelve en KOH) 
La extracción del Al2O3 se realiza por digestión (calentamiento y reacción) de la bauxita 
finamente pulverizada con hidróxido de potasio caliente para dar el aluminato soluble: 
Al2O3·x H2O(s) + 2 KOH (ac)  2 K [Al(OH)4] (ac) 
Con la sílice que acompaña a la bauxita, se forma además K2SiO3 (ac). Los materiales 
insolubles, especialmente el Fe2O3, se eliminan por filtración en forma de lodos rojos 
altamente contaminantes por su alta basicidad. Cuando se enfría la disolución y se acidifica 
un poco el medio, la reacción se desplaza hacia la formación del óxido trihidratado 
(Al2O3·3H2O = 2 Al(OH)3) 
2 [Al(OH)4]
– (ac) + H3O
+ (ac)  Al(OH)3(s) + 2 H2O(l) 
Como el SiO2 es un ácido: K2SiO3 (ac). + H
+ (ac)  NO REACCIONA 
Calcinación del hidróxido en un horno rotatorio para obtener el óxido anhidro 
2 Al(OH)3(s)  Al2O3(s) + 3 H2O(g) 
El Al se extrae mediante un proceso electrolítico (Proceso de Hall – Héroult). 
El Al2O3 se mezcla con criolita, Na3AIF6, para reducir el punto de fusión de 2050 °C (alúmina) 
a 950 °C (mezcla). La celda es de acero revestida de grafito (cátodo). Se utilizan ánodos de 
grafito que se consumen. 
Las reacciones de los electrodos y de la celda son: 
Cátodo: AI3+ (líquido) + 3 e–  AI (líquido) 
Ánodo: 2 O2– (líquido) + C (s, graf)  CO2 (g) + 4 e
– 
4 AI3+ (líquido) + 6 O2– (líquido) + 3 C (s, graf)  4 AI (líquido) + 3 CO2 (g) 
 
Propiedades del aluminio 
Tiene una baja densidad, pero es un metal fuerte con excelente conductividad eléctrica. 
Se oxida fácilmente, pero su superficie está pasivada por una película protectora de óxido. 
Si el grosor de la capa de óxido aumenta electrolíticamente, se obtiene aluminio anodizado. 
El Al es anfótero y reacciona tanto con ácidos no oxidantes como con bases acuosas 
calientes. Las reacciones son: 
2 AI (s) + 6 H+ (aq)  2 AI3+ (ac) + 3 H2 (g) 
2 AI (s) + 2 OH– (ac) + 6 H2O (l)  2 AI(OH)4
– (ac) + 3 H2 (g) 
Aplicaciones 
El Al tiene un uso generalizado en la construcción y las industrias aeroespaciales. Debido a 
que es un metal blando, su resistencia mejora con la formación de aleaciones con Cu y Si. 
Debido a su alta conductividad eléctrica, el Al se usa en líneas eléctricas aéreas. Su alto 
potencial de electrodo negativo ha llevado a su uso en celdas de combustible. 
Ya puede resolver los problemas 6, 7 y 8 
 
Problema 3. a) ¿Qué son los boranos? Escriba las fórmulas generales de los dos tipos de 
boranos b) ¿Cuál es el borano más sencillo y cuál es su reacción química más significante? c) 
¿Qué característica particular presenta el enlace B-H-B en dicha molécula y qué orden de enlace 
B–H tiene? 
 
a) Compuestos de boro e hidrógeno, como B2H6 y B10H14 
Todos tiene G°f positivos. Se clasifican en dos grupos: 
i) nido boranos de formula general BnH(n+4) 
ii) aracno boranos de fórmula general BnH(n+6), son menos estables 
NIDO BnHn+4 
 
ARACNO BnHn+6 
 
 
Compuestos deficientes en electrones con enlaces B-H-B de tres centros y dos electrones 
Diborano 
 
Al igual que la mayor parte de los boranos, e! diborano es un gas incoloro, tóxico y muy 
reactivo que se inflama en el aire y explota cuando se mezcla con dioxígeno puro (reacción 
muy exotérmica) 
B2H6 (g) + 3 O2 (g)  B2O3 (s) + 3 H2O (g) 
El diborano, B2H6, es altamente reactivo. Cuando se calienta, se descompone en H y B: 
B2H6 (g)  2 B (s) + 3 H2 (g) 
Reacciona con agua, reduce el hidrógeno y forma ácido bórico: 
B2H6 (g) +6 H2O (l)  2 B(OH)3 (ac) + 6 H2 (g) 
 
 
Haluros 
Los haluros de boro son covalentes y monoméricos, Se forman por reacción directa de los 
elementos o por el óxido. 
Ejemplo: 
B2O3 (s) + 3 CaF2 (s) + 3 H2SO4 (l) + calor  2 BF3 (g) + 3 CaSO4 (s) + 3 H2O (l) 
Geometría: plana triangular 
Son deficientes en electrones. Son ácidos de Lewis fuertes. 
AICl3 se forma como un compuesto iónico por reacción directa de los elementos, o de alúmina 
con cloro en presencia de carbono: 
2 AI (s) + 3 CI2 (g)  2 AICl3 (s) 
Al2O3 (s) + 3 Cl2 (g) + 3 C (s, gr)  2AICI3 (s) + 3 CO (g) 
El AICl3 iónico se funde a 192 °C para formar 
un líquido molecular, AI2CI6. Este dímero de 
AICl3, Se forma por el enlace dativo entre un 
átomo de cloro y un orbital vacante en un 
átomo AI adyacente. 
 
 
Los haluros de aluminio reaccionan con agua en una reacción altamente exotérmica. 
El sólido blanco, hidruro de litio y aluminio (LiAIH4), preparado a partir de AICl3 es un 
importante agente reductor en química orgánica: 
4 LiH + AICI3  LiAIH4 + 3 LiCI. 
 
Problema 5. a) Considerando los radios covalentes de los elementos B, F, Cl y Br, las distancias 
de enlace B-F, B-Cl y B-Br son 1,52, 1,87 y 1,99 Å, respectivamente. No obstante, el estudio 
mediante difracción de rayos-X de los trihaluros BX3 (X=F, Cl, Br) proporciona para dichas 
distancias de enlace, valores de 1,31, 1,75 y 1,87 Å ¿Por qué? 
b) ¿Por qué los trihaluros de boro BX3 se presentan en forma monómera y los de Aluminio, 
Galio e Indio son dímeros? 
c) ¿Por qué son ácidos los halogenuros de boro? Ordénelos según acidez creciente. Justifique 
 
a) Explicación: Existencia de enlace pi (dativo) entre el B y el halógeno. Entonces las 
estructuras resonantes explican la longitud de enlace. 
 
 
b) Impedimento estérico 
c) 
 
ÓXIDOS 
B2O3 es un óxido ácido 
Al2O3; Ga2O3 son óxidos anfóteros 
In2O3 ; Tl2O3 son óxidos básicos 
Óxido de boro 
La hidratación de B2O3 produce ácido bórico, H3BO3 o B(OH)3: 
B(OH)3 (ac) + H2O (liq) ⇋- B(OH)4
– (ac)+ H+ (ac) 
Es un ácido monoprótico débil (pKa = 9,14; Ka = 7,2 x 10–10). 
H3BO3 es un antiséptico y pesticida suave. También es usado como ignífugo en aislantes del 
hogar y en la ropa. 
El uso principal de H3BO3 es como fuente de óxido bórico, el anhídrido del ácido bórico: 
2 H3BO3 (s) + calor  B2O3 (S) + 3 H2O (l) 
B2O3, que se funde a 450 °C y disuelve muchos óxidos metálicos, se usa como fundente para 
soldar. También se utiliza en la fabricación de fibra de vidrio y vidrio de borosilicato (Pyrex) 
Oxido de aluminio 
Al2O3 (alúmina), existen variedades 
La  - alúmina (corindón): abrasivo. 
La -alúmina: absorbente, se usa como fase estacionaria en la cromatografía. 
Se produce calentando AI(OH)3 y es moderadamente reactivo y anfótero: 
Al2O3 (s) + 6 H3O
+ (ac) + 3 H2O (l)  2 [AI(H2O)6
3 +] (ac) 
Al2O3 (s) + 2 OH
–(ac) + 3 H2O (l)  2 AI(OH)4
– (ac) 
El fuerte efecto polarizador del ión Al3+ pequeño y altamente cargado sobre las moléculas de 
agua que lo rodean le confiere las propiedades ácidas del ión [AI(H2O)6
3+].