Boro
El boro, con símbolo atómico B, es un elemento sumamente importante para la vida. Es un micronutriente crítico para diversas funciones celulares de las plantas como son la formación y la estabilidad estructural de la membrana plasmática, dándole funcionalidad e integridad a las células vegetales.
El boro es indispensable para la fijación de nitrógeno, fósforo, potasio, y calcio, nutrientes esenciales para el crecimiento adecuado de plantas y semillas. Sin boro, el transporte de azúcares o energía durante el crecimiento vegetal y la polinización de las semillas se ven altamente afectados. La carencia de boro produce raíces pequeñas y deficientes, semillas sin polen y plantas con pocas flores [1]. Lo interesante es que se conoce muy poco de los mecanismos de cómo el boro hace todo esto por las plantas; lo que es seguro es que los vegetales morirían bajo la ausencia del boro. Aún más interesante es el hecho de que algunos científicos han señalado la importancia del boro en el origen de la vida. Steve Benner, experto líder mundial en el tema, observó que sin boro muchos bloques moleculares constituyentes del ácido ribonucleico (RNA) primitivo, se separan al entrar en contacto con el agua, por lo que, sólo en presencia de él, podrían haber formado el RNA y posteriormente el ácido desoxirribonucleico (DNA) como los conocemos en la actualidad [2]. Los experimentos del Dr. Banner dieron lugar a un controvertido debate durante una conferencia de geología en Florencia, Italia, en agosto de 2013, después de que la NASA encontrara depósitos de boro en Marte. El Dr. Banner argumentó: “Marte parece un lugar más probable para que la vida se originara que la Tierra” [3]. Por supuesto, ésta es una hipótesis que hay que demostrar; actualmente científicos de diferentes áreas, como geólogos, físicos, químicos, biólogos sintéticos y astronautas trabajan en ello.
¿Qué es lo que sabemos del boro?
El átomo de boro es el primer elemento de la treceava columna de la tabla periódica. Con el número atómico 5 y masa atómica 10.811 g/mol o u, el boro tiene 5 electrones, 6 neutrones y 5 protones y es clasificado como un metaloide, lo que significa que presenta propiedades intermedias entre un metal y un no metal. O dicho químicamente, se puede comportar como un ácido o una base –puede donar o ganar electrones.
El boro elemental se ha encontrado en polvo de estrellas y meteoritos, pero no existe naturalmente en la atmósfera oxidante de la Tierra. Este elemento se produce enteramente por espalación o “astillamiento” de rayos cósmicos, es decir, reacciones nucleares que ocurren espontáneamente dando lugar a nucleosíntesis. En este proceso, los elementos químicos se forman a partir del impacto de los rayos cósmicos de alta energía con la materia, produciendo fisión nuclear. Los átomos de boro al igual que los átomos de carbono, pueden formar diferentes tipos de enlaces dando lugar a diversas estructuras químicas llamadas alótropos. Entre los alótropos del boro, se encuentra el boro amorfo, un polvo negro opaco donde los átomos están enlazados de manera aleatoria o semi-aleatoria dando lugar a un sólido vítreo. Por otro lado, los compuestos cristalinos del boro, de los cuales se han reportado al menos catorce, aunque no todos han sido confirmados experimentalmente, forman cristales extremadamente duros con colores dependientes de la fase cristalina en la que se encuentran. Por ejemplo, la fase romboédrica forma cristales rojos claros, la fase tetragonal es un cristal negro opaco con lustre metálico, la rómbica es un cristal brillante plateado-verdoso, mientras la fase ortorrómbica es un cristal gris oscuro.
Las mayores concentraciones de boro se reportan en el oeste de Estados Unidos y zonas que van desde el Mediterráneo hasta Kazakstán.
En general, el boro tiende a formar enlaces covalentes más que enlaces iónicos, es decir, comparte electrones con los elementos con los que se encuentra enlazado dando lugar a estructuras químicas con alta resistencia mecánica. El mejor ejemplo de esto es el nitruro de boro BN, conocido como el segundo compuesto químico más duro después del diamante, un alótropo del carbono. En la Tierra, el boro se encuentra en las rocas, los suelos y el agua en concentraciones menores a 10 ppm combinado principalmente con oxígeno. Las mayores concentraciones de boro se reportan en el oeste de Estados Unidos y zonas que van desde el Mediterráneo hasta Kazakstán. Se cree que, desde hace más de 4000 años, los babilónicos importaban bórax para el tratamiento del oro. El bórax es un mineral cuyo nombre proveniente de la palabra árabe “burah”, mineral de donde el boro obtuvo su nombre.
El boro también fue usado para momificar cuerpos y con fines medicinales por los chinos y antiguos egipcios. La primera fuente de bórax fueron los lagos tibetanos, de donde el bórax se transportaba por medio de ovejas desde el Himalaya hasta la India. Los geólogos creen que los depósitos de bórax fueron creados a partir del ácido bórico volátil presente en el vapor de los geiseres. Por ejemplo, los soffioni en la Toscana, Italia, fueron una fuente de importante de ácido bórico en Europa durante el periodo comprendido entre 1820 y 1950 [4].
En la actualidad el boro se obtiene calentando carbono con bórax.
El boro fue descubierto en 1808 por Louis Josef Gay Lussac y Louis Jacques Thénard en París, Francia, y al mismo tiempo por Humphry Davy en Londres, Inglaterra. Ambos grupos de investigación aislaron el boro combinando ácido bórico (H3BO3) con potasio. En la actualidad el boro se obtiene calentando carbono con bórax (Na2B4O7×10H2O). La mayoría de los compuestos de boro se refinan para dar ácido bórico y bórax, los cuales son usados desde hace mucho tiempo en la producción de insecticidas, retardadores de flamas, juegos pirotécnicos de color verde, antisépticos, detergentes, cosméticos, vidrios, cerámicos y esmaltes. El boro se usa para producir vidriería altamente resistente al calor y a la presión, ya sea para el laboratorio o para cocinar.
La química del boro es muy amplia y aun no está completamente explorada. Diferentes aplicaciones en una gran variedad de campos de la ciencia y la tecnología se desarrollan actualmente [5]. Por ejemplo, en el área de la biomedicina, recientemente se ha demostrado que complejos de boro y análogos de boro de aminoácidos y sus derivados son sustancias farmacológicamente activas que: i) disminuyen los niveles de lípidos en sangre, conocidos como hipolipemiantes; ii) anti-inflamatorias; iii) antioneplásticas o que impiden el desarrollo, crecimiento o proliferación de células tumorales malignas; iv) antiosteoporoticas o que detienen el deterioro cognitivo; e iv) inhibidores de la proteasa de VIH. Además, compuestos de boro pueden usarse como radioisótopos y captadores de neutrones en diferentes terapias médicas. En electrónica y optoelectrónica, derivados del boro se utilizan para el desarrollo de dispositivos que involucran óptica no lineal, cristales líquidos y compuestos fotoluminiscentes. En el área de energía, el boro juega un papel importante en el desarrollo de materiales para el almacenamiento de hidrógeno, recuperación de hidrocarburos, agentes anticorrosivos y tratamiento de desechos nucleares.
El boro nunca ha alcanzado la popularidad de otros elementos como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno o algunos metales como el oro y la plata, pero definitivamente el boro ha hecho una contribución significativa a nuestras vidas, probablemente desde su origen. Aún quedan grandes retos, por ejemplo, hay que esclarecer por medio de las herramientas de la química supramolecular, las propiedades químicas y físicas que explican la importancia del boro en los procesos naturales en los que se ha visto envuelto durante el origen de la vida y el sustento de las plantas. Los químicos y biólogos sintéticos buscan mejorar nuestro nivel de vida a través de la síntesis de nuevos compuestos de boro que enriquecen las tecnologías y procesos actuales en una gran variedad de aplicaciones y por supuesto, se vislumbran emocionantes perspectivas en el uso futuro de este elemento. C2
Referencias
[1] Brown PH, et al. 2002: Boron in plant biology. Plant Biology, 4:205-223.
[2] Benner SA. 2009. Life, the Universe and the Scientific Method, Gainesville FL, Foundation Press; 320.
[3] https://nytimes.com/2013/09/12/science/space/a-far-flung-possibility-for-the -origin-of-life.html
[4] Woods WG, An Introduction to Boron: History, Sources, Uses, and Chemistry. Environmental Health Perspectives. 1994, 102, 7.
[5] Hosmane HN. 2012. Boron Science New Technologies and Applications. Taylor and Francis Group, LLC, Fl.
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