Il quinto elemento del Sistema Periodico è il boro (link alla lettura della scheda), con il quale l’Italia vanta un particolare legame storico. La zona di Sasso Pisano è nota per i soffioni boraciferi, e fu il centro della produzione di boro in Europa durante l’Ottocento. Non è un caso che il borotalco abbia dentro la parola “boro” e sia stato inventato proprio in Toscana!
Come litio e berillio, il boro è un elemento estremamente raro nell’universo (6 parti per miliardo), e questo perché l’unico metodo per produrlo è la spallazione da raggi cosmici. Se sulla Terra (e anche su Marte, stando a Curiosity!) c’è boro è perché nel Cosmo gli atomi giocano una eterna partita a carambola, in grado di frammentare i nuclei pesanti. Il fatto di essere un elemento dispari poi non aiuta per niente, perché la natura odia gli elementi dispari, sono troppo asimmetrici.
C’è un nuovo orbitale in città
Il nuovo elettrone del boro, il quinto, si trova di fronte a un problema: il primo livello energetico è riempito da due elettroni e il secondo livello ospita gli altri due. Fortunatamente però il secondo livello è più capiente ed è in grado di accogliere ben otto elettroni! Non può però trattarli alla pari. I primi due vanno a occupare un sottolivello chiamato orbitale s, mentre gli altri sei si distribuiscono in tre sottolivelli dall’energia leggermente più alta, noti come orbitali p.
“Orbitale” è una parola che arriva dalla meccanica quantistica e che tiene conto della natura profondamente controintuitiva delle particelle fondamentali. Esse sono sia onde sia particelle, incapaci di occupare un luogo preciso. Gli elettroni si comportano come se fossero oggetti diffusi, più facili da trovare in alcuni punti che in altri, e queste “nuvole di probabilità” sono appunto chiamate orbitali. Gli “s” hanno simmetria sferica, i “p” invece hanno due lobi. Il quinto elettrone occupa quindi il primo posto libero negli orbitali p, inaugurando quindi il “blocco p” della tavola periodica.
Questo conferisce al boro nuove proprietà bizzarre. Densità e refrattarietà aumentano, l’elemento condivide meno volentieri i propri elettroni e dunque perde parte delle sue proprietà metalliche. È il primo metalloide! Per la prima volta incontriamo anche il fenomeno degli “allotropi”. Quando gli atomi di boro si organizzano in un solido hanno molteplici modi per farlo. Se sono disposti a caso (solido amorfo) il composto ha l’aspetto di una polvere marroncina o un vetro nerastro. Al suo interno il boro si organizza in tanti icosaedri legati debolmente tra loro. Quando invece gli icosaedri si organizzano simmetricamente ecco che si hanno le forme cristalline del boro (ce ne sono ben 5), una delle quali dura quasi come il diamante.
Toccasana tecnologico
o borace, così come rinvenuta presso Sasso Pisano.
Tramite il suo minerale principale, il borace (borato di sodio, etimo che deriva dal persiano burah), il boro ha una storia antica. I primi a usare il borace furono i cinesi, nel IV secolo. Marco Polo portò la conoscenza del minerale in occidente, ove trovò uso in metallurgia, agricoltura, come disinfettante e lenitivo. Il boro fu isolato proprio dal borace da Sir Humphry Davy nel 1808; data la somiglianza chimica con il carbonio (in inglese carbon) lo chiamò in modo assonante a esso, boron.
Oggi viene impiegato principalmente come additivo nella vetroresina isolante e nelle ceramiche. I suoi composti tendono a essere estremamente duri e resistenti, come il nitruro di boro (secondo solo al diamante) e il carburo di boro. In chimica sono invece usatissimi i vetri ottenuti addizionando boro alla silice, il cosiddetto vetro borosilicato, estremamente resistente alla dilatazione termica e alle temperature.
con riportato l’intervallo naturale di variazione
della massa atomica
Il boro ha due isotopi stabili: 10B (boro-10 ~20%) e 11B (boro-11 ~80%).
Ovviamente quello più interessante è il più raro, perché il boro-10, insieme a deuterio (idrogeno-2), litio-6 e azoto-14, è uno dei quattro nuclidi ad avere un egual numero -dispari- di protoni e neutroni. Ma la natura odia i dispari, e questo rende il boro-10 molto bravo a catturare i neutroni. Per questo motivo è ampiamente impiegato nei meccanismi per il controllo delle reazioni nei reattori nucleari, e ha trovato anche un’interessante applicazione medica.
Si chiama “radioterapia a cattura neutronica” ed è usata in oncologia. Il paziente assume un farmaco contenente boro-10 che viene assorbito selettivamente dal tumore. In seguito, l’area del tumore viene irradiata con neutroni a bassa energia. La gran parte degli atomi li ignora, ma il boro-10 no, ne assorbe uno e produce un’intensa radiazione di decadimento… che frigge il tumore. Dall’interno. Cellula per cellula!
