Borato de bario

 
Borato de bario
General
Fórmula molecular BaB2O4 or Ba(BO2)2
Identificadores
Número CAS 13701-59-2[1]​
ChemSpider 3642855
PubChem 4443517 6101043, 4443517
UNII 5SE5SRJ05N
InChI=InChI=1S/2BO2.Ba/c2*2-1-3;/q2*-1;+2
Key: QBLDFAIABQKINO-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar 223,904 g/mol
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El borato de bario es un compuesto inorgánico, un borato de bario con fórmula química BaB2O4 o Ba(BO2)2. Está disponible en forma hidratada o deshidratada, como polvo blanco o cristales incoloros. Los cristales existen en la fase α de alta temperatura y en la fase β de baja temperatura, abreviadas como BBO; ambas fases son birrefringentes, y el BBO es un material óptico no lineal común.

El borato de bario fue descubierto y desarrollado por Chen Chuangtian y otros del Instituto Fujian de Investigación sobre la Estructura de la Materia, de la Academia China de Ciencias.

Propiedades

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Estructura cristalina del BBO vista casi perpendicular al eje c. Colores: verde - Ba, rosa - B, rojo - O
BBO visto a lo largo del eje c

El borato de bario existe en tres formas cristalinas principales: alfa, beta y gamma. La fase beta de baja temperatura se convierte en la fase alfa al calentarse a 925 °C. El β-borato de bario (BBO) se diferencia de la forma α por las posiciones de los iones de bario dentro del cristal. Ambas fases son birrefringentes, sin embargo la fase α posee simetría céntrica y por lo tanto no tiene las mismas propiedades no lineales que la fase β.[2]​

El alfa borato de bario, α-BaB2O4, es un material óptico con una ventana de transmisión óptica muy amplia, de unos 190 nm a 3500 nm. Tiene buenas propiedades mecánicas y es un material adecuado para la óptica de polarización ultravioleta de alta potencia.[3]​Puede sustituir a la calcita, el dióxido de titanio o el niobato de litio en prismas Glan-Taylor, prismas Glan-Thompson, divisores de haz walk-off y otros componentes ópticos. Tiene baja higroscopicidad y su dureza Mohs es de 4,5. Su umbral de daño es de 1 GW/cm2 a 1064 nm y de 500 MW/cm2 a 355 nm.[4]​

El borato beta de bario, β-BaB2O4, es un material óptico no lineal transparente en el rango ~190-3300 nm. Puede utilizarse para la conversión paramétrica descendente espontánea. Además, su dureza Mohs es de 4,5.[5]​[4]​

El borato de bario gamma, γ-BaB2O4, descubierto recientemente, se produjo calentando borato de bario beta a 900 °C bajo 3 GPa de presión. Se descubrió que tenía una estructura cristalina monoclínica.[6]​

El borato de bario tiene una fuerte birrefringencia uniaxial negativa y puede ajustarse en fase para la generación de segundos armónicos de tipo I (ooe) de 409,6 a 3500 nm. La sensibilidad a la temperatura de los índices de refracción es baja, lo que da lugar a un ancho de banda de ajuste de fase a temperatura inusualmente grande (55 °C).[5]​

Aunque las fases cristalinas α y β a presión ambiente sólo contienen boro trigonal, hibridado sp2, el vidrio BBO tiene alrededor del 40% del boro en sitios tetraédricos, hibridados sp3. En estado líquido, las fracciones relativas de boro sp2 y sp3 dependen de la temperatura, favoreciéndose la coordinación trigonal plana a temperaturas más altas.[7]​

Síntesis

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El borato de bario puede prepararse por reacción de una solución acuosa de ácido bórico con hidróxido de bario. El γ-borato de bario preparado contiene agua de cristalización que no puede eliminarse completamente por secado a 120 °C. El γ-borato de bario deshidratado puede prepararse calentándolo a 300-400 °C. La calcinación a unos 600-800 °C provoca la conversión completa a la forma β. El BBO preparado por este método no contiene trazas de BaB2O2.[8]​

Los cristales de BBO para óptica no lineal pueden cultivarse a partir de fusión fundida de borato de bario, óxido de sodio y cloruro de sodio.[9]​

Las películas finas de borato de bario pueden prepararse mediante MOCVD a partir de hidro-tri(1-pirazolil)borato de bario(II). Se pueden obtener diferentes fases dependiendo de las temperaturas de deposición.[10]​ Las películas delgadas de borato de beta-bario se pueden preparar mediante síntesis sol-gel.[11]​

El borato de bario monohidratado se prepara a partir de la solución de sulfuro de bario y tetraborato de sodio. Es un polvo blanco. Se utiliza como aditivo en pinturas, por ejemplo, como retardante de llama, inhibidor del moho e inhibidor de la corrosión. También se utiliza como pigmento blanco.

El borato de bario dihidratado se prepara a partir de la solución de metaborato de sodio y cloruro de bario a 90-95 °C. Tras enfriarse a temperatura ambiente, precipita un polvo blanco. El borato de bario dihidratado pierde agua a más de 140 °C. Se utiliza como retardante de llama para pinturas, textiles y papel.[12]​

Aplicaciones

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El BBO es un cristal óptico no lineal muy popular. Los fotones enlazados cuánticamente se pueden producir con borato de bario beta. El borato de bario es un bactericida y fungicida[13]​que se añade a pinturas, revestimientos, adhesivos, plásticos y productos de papel.

El borato de bario es resistente a la radiación ultravioleta. Puede actuar como estabilizador UV para el cloruro de polivinilo.[14]​

La solubilidad del borato de bario es una desventaja cuando se utiliza como pigmento. Existen polvos recubiertos de sílice. Las propiedades alcalinas y las propiedades de pasivación anódica del ión borato mejoran el rendimiento anticorrosión. El pigmento de metaborato de bario disponible habitualmente se presenta en tres grados: el grado I es un metaborato de bario en sí, el grado II está compuesto por un 27% de óxido de zinc y el grado III está compuesto por un 18% de óxido de zinc y un 29% de sulfato de calcio. El borato de bario muestra un rendimiento sinérgico con el borato de zinc.[15]​

El borato de bario se utiliza como fundente en algunas formulaciones cerámicas dieléctricas de titanato de bario y circonato de plomo de Clase 2 de la EIA para condensadores cerámicos, en una cantidad aproximada del 2%. La relación bario-boro es crítica para el rendimiento del fundente; el contenido de BaB2O2 afecta negativamente al rendimiento del fundente.[16]​[17]​

El vidrio de borato de bario y cenizas volantes puede utilizarse como blindaje contra la radiación. Tales vidrios son superiores en rendimiento al hormigón y a otros vidrios de borato de bario.[17]​

Referencias

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  1. ↑ Número CAS
  2. ↑ Nikogosyan, D. N. (1991). «Beta barium borate (BBO)». Applied Physics A 52 (6): 359-368. Bibcode:1991ApPhA..52..359N. S2CID 101903774. doi:10.1007/BF00323647. 
  3. ↑ Alpha Barium Borate. Roditi.com. Retrieved on 2012-01-15.
  4. ↑ a b Barium Borate (a-BBO) Crystal. casix.com
  5. ↑ a b BBO Crystals – Beta Barium Borate and Lithium Borate Archivado el 12 de febrero de 2012 en Wayback Machine.. clevelandcrystals.com
  6. ↑ Bekker, Tatyana B.; Podborodnikov, Ivan V.; Sagatov, Nursultan E.; Shatskiy, Anton; Rashchenko, Sergey; Sagatova, Dinara N.; Davydov, Alexey; Litasov, Konstantin D. (2022). «γ-BaB2O4: High-Pressure High-Temperature Polymorph of Barium Borate with Edge-Sharing BO4 Tetrahedra». Inorganic Chemistry (en inglés) (ACS Publications) 61 (4): 2340-2350. PMID 35040639. S2CID 246054700. doi:10.1021/acs.inorgchem.1c03760. 
  7. ↑ Alderman, Oliver; Benmore, Chris; Holland, Diane; Weber, Rick (2023). «Boron coordination change in barium borate melts and glasses and its contribution to configurational heat capacity, entropy, and fragility». Journal of Chemical Physics 158 (22): 224501. PMID 37290074. doi:10.1063/5.0153282. 
  8. ↑ Ross, Sidney D. "Barium borate preparation" Patente USPTO n.º 4897249 issued January 30, 1990
  9. ↑ Gualtieri, Devlin M.; Chai, Bruce H. T. "High temperature solution growth of barium borate (BaB2O4)" Patente USPTO n.º 4931133 issued June 5, 1990
  10. ↑ Malandrino, G.; Lo Nigro, R.; Fragalà, I. L. (2007). «An MOCVD Route to Barium Borate Thin Films from a Barium Hydro-tri(1-pyrazolyl)borate Single-Source Precursor». Chemical Vapor Deposition 13 (11): 651. doi:10.1002/cvde.200706611. 
  11. ↑ C. Lu; S. S. Dimov; R. H. Lipson (2007). «Poly(vinyl pyrrolidone)-Assisted Sol−Gel Deposition of Quality β-Barium Borate Thin Films for Photonics Applications». Chem. Mater. 19 (20): 5018. doi:10.1021/cm071037m. 
  12. ↑ Dale L. Perry; Sidney L. Phillips (1995). «Handbook of inorganic compounds». Nature 177 (4510) (CRC Press). p. 3. Bibcode:1956Natur.177..639.. ISBN 978-0-8493-8671-8. S2CID 4184615. doi:10.1038/177639a0. 
  13. ↑ Henry Warson; C. A. Finch (2001). Applications of Synthetic Resin Latices: Latices in surface castings : emulsion paints. John Wiley and Sons. pp. 885-. ISBN 978-0-471-95461-3. Consultado el 15 de enero de 2012. 
  14. ↑ Koskiniemi, Mark S "Calcium pyroborate as a microbicide for plastics" Patente USPTO n.º 5482989 issued 01/09/1996
  15. ↑ J. V. Koleske (1995). Paint and coating testing manual: fourteenth edition of the Gardner-Sward handbook 17. ASTM International. ISBN 978-0-8031-2060-0. 
  16. ↑ Ross, Sidney D. "Barium borate preparation" Patente USPTO n.º 4897249 issued January 30, 1990
  17. ↑ a b K. Singh; Indurkar, Aruna (1988). «Dielectrics of lead zirconate bonded with barium borate glass». Bull. Mater. Sci. 11: 55. S2CID 97981458. doi:10.1007/BF02744501. 

Enlaces externos

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