Els empèdocles moderns – Josèp Loïs Gay-Lussac (1808) i l’element 5 (B) – bor (nilnilpenti, Nnp)

Per ço que hem dit fins ara, hom pensaria que dels “quatre elements” ja no queda ni rastre en la ciència moderna. Però un rastre el trobem en la noció de les sabors bàsiques, normalment enumerats en quatre: dolçor, acidesa, salabror i amargor. En Aristòtil, dues són les sabors bàsiques, la dolçor i l’amargor (La dolçor o la amargor de ço que hom menuga o beu, diu Ramon Llull). Fins fa quatre dies, els llibres de text ens oferien mapes de regions de la llengua on es percebien preferents aquestes quatre sabors bàsiques. Ara bé, en moltes tradicions africanes, per exemple, entre els ioruba la llista de quatre sabors bàsiques pateix un xic de canvi: l’acidesa de la llimona, l’amargor del vinagre, la dolçor de la mel i la coentor del pebre. Tampoc no hi ha acord en les correspondències entre elements, humors i sabors (aire-sang-dolçor; foc-bilis groga-acidesa; aigua-flegma-salabror; terra-bilis negra-amargor). La influència de la doctrina dels elements sobre la idea d’unes sabors bàsiques la veiem en el fet que en moltes cultures de l’Àsia Oriental, les sabors bàsiques definides són cinc, així com els elements. Així doncs, si llegim alguns llibres de text, hom parla de cinc sabors bàsiques (a les quatre citades, hi afegeixen l’umami, que fa referència a la saborositat o deliciositat dels aliments). Des d’un punt de mira bioquímic, la dolçor és captada per receptors de glucosa de la família T1R (i que poden activar-se per altres sucres o per substàncies amb analogies estructurals), l’acidesa per canals de protons (H⁺ o, més pròpiament, H₃O⁺), la salabror per canals de cations (Na⁺, però també K⁺ i, com vam veure, Li²⁺, però també Mg²⁺ i Ca²⁺ i, fins i tot, NH₄⁺), l’amargor per receptors de la família TAS2R (que responen a més de mig miler de substàncies químiques diferents) i l’umami per receptors de la família TAS1R (que responen al glutamat i a d’altres aminoàcids). Ara bé, aquest esquema de cinc sabors és de vegades complementada amb la sisena, la que fa referència a la coentor abans esmentada (captada per receptors de la capsaïcina i substàncies similars). Però hi ha d’altres sensacions, captades per la llengua, i no tan reconegudes culturalment (astringència, metal•licitat, greixor, temperatura, etc.). Fixar el nombre de sabors bàsiques pot ser tan arbitrari com fixar els elements bàsics. Però és curiós constatar com el nombre 4, tan difós en l’Afràsia Occidental, torna 5 en l’Àsia Oriental. La doctrina del Wu Xing (五行), ens parla de cinc fases o moviments: la fusta (木), el foc (火), la terra (土), el metall (金) i l’aigua (水). L’adaptació japonesa d’aquesta doctrina parla de cinc elements: la terra, l’aigua, el foc, el vent i el buit. Aquest cinquè element ens recorda la doctrina aristotèlica de la “quinta essència”, que introduïa una mena d’element indefinit (l’apeiron) per cobrir l’espai còsmic (supralunar) i enganxar els cinc elements amb els cinc sòlids regulars (tetraedre-foc; hexaedre-aire; octaedre-aigua; icosaedre-terra; dodecaedre-quintessència). En la filosofia budista, hom combina els quatre elements materials (terra, aigua, foc i vent) amb un cinquè (l’espai) i un sisè (la consciència). En tot cas, la pèntada juga en la filosofia xinesa quelcom semblant a la tètrada de la filosofia mediterrània. Nosaltres, en tot cas, som arribats al número 5 dels elements químics.

Els cinc elements o fases de la filosofia xinesa han estat comparats amb els quatre elements o arrels de la filosofia mediterrània

Josep Lois Gay-Lussac i la descoberta del bor

Josèp Loïs Gay (*Sent Liunard de Noblat, Lemosin, 6.12.1778) era fill d’una família de terratinents, que posseïen bona part de les terres de la comuna llemosina de Lussac. L’avi patern fou metge. El pare, Antòni, era advocat i procurador i féu de jutge al Pont de Noblat, i a banda de Josèp Loïs fou pare de un altre fill i de tres filles més. Normalment, escrivien el seu cognom com a Gay-Lussac, en relació a les finques que constituïen la base de la fortuna familiar, per a la qual els ingressos professionals eren complementaris. En tot cas, en l’època revolucionària, Antòni Gay era doblement assenyalat, com a terratinent a Lussac i com a procurador del rei al Pont de Noblat. L’abat Bourlieux, professor dels dos fills varons d’Antòni Gay, emigrà ja en el 1793. A final del 1793, d’acord amb la “llei dels sospitosos”, Antòni Gay fou empresonat i no seria alliberat fins després del termidor (estiu del 1794). L’educació dels dos fills d’Antòni Gay quedà a càrrec d’ensenyants laics de Sent Liunard. El mes de novembre del 1794, Antòni, que havia decidit per Josèp Loïs que estudiés d’advocat, envià el fill a París, de nou sota la responsabilitat d’un ensenyant religiós, ara l’abbé Dumontiel. Completaria els estudis a la Pensió Savouret i a la Pensió de Sencier, a Nanterre, on rebé lliçons de matemàtiques, de dibuix i d’anglès, alhora que orientava els seus estudis a les ciències.

L’octubre del 1797, va superar l’exam d’admissió de l’École polytechnique. En el primer any d’estudis tingué com a professors de medicina Louis-Nicolas Vaquelin i Antoine-François Fourcroy, dels qui ja vam parlar la setmana passada, en referència a la descoberta del beril•li o glucini, que tingué lloc precisament aquell any del 1798. En el segon any, tingué com a professor, Jan-Antòni Claude, més conegut com a comte Chaptal (Captal de Cantelop). En el tercer any, el curs de perfeccionament, tingué com a professor a Guyton de Morveau i a Claude-Louis Berthollet. En aquest curs de perfeccionament, Gay treballà, sota la supervisió de Berthollet, en qüestions relacionades amb l’aplicació del clor en el tractament del lli. Per complementar la paga mensual, Gay, com altres alumnes, feia lliçons particulars, en el seu cas de matemàtiques.

El novembre del 1800 es fa efectiu el seu ingrés a l’Escola de ponts i camins. Com a “alumne-enginyer” disposa d’una paga anual de 900 francs. De totes manera, manté el contacte amb la química i fa treballs en el laboratori privat que Berthollet té a Arcueil. És amb els treballs sobre la dilatació dels gasos que formula en el 1802 la llei (ara coneguda com a llei de Gay-Lussac) segons la qual, si són constants la massa i el volum de qualsevol gas, llavors la pressió del gas augmenta de forma lineal en relació a l’augment de temperatura (P = k • T, on k és una constant que depèn de la massa i volum del gas).

No és, però, fins el 1803, quan comença a emprar Gay-Lussac com a cognom de manera definitiva. El novembre del mateix any ocupa una posició remunerada d’ajudant de laboratori a l’Escola politècnica. El setembre del 1804 passa a ésser professor repetidor de química, com a auxiliar de Fourcroy, substituint Louis Jacques Thénard. Els estudis sobre dilatació de gasos anaven orientats a l’aerostàtica i, alhora, l’aerostàtica permetia fer estudis fonamentals sobre l’atmosfera. En aquest sentit, amb Jean-Baptiste Biot (1774-1862) van fer un ascensió en globus, prenent registres de temperatura i humitat a diferents altures (fins a un 7 km).

Especialment fecunda fou la col•laboració amb el genial Alexander von Humboldt (1769-1859). Demostraren que la composició bàsica de l’atmosfera (78 parts de nitrogen i 21 parts d’oxigen) es mantenia a diferents alçades, malgrat la disminució de la pressió a mesura que hom hi puja. També afinaren la idea de l’aigua com un element binari format pels elements simples, oxigen i hidrogen, tot constatant que l’aigua dissociada dóna lloc, en termes de volum, a dues parts de gas hidrogen i una part d’oxigen (cosa que ara escrivim com a H₂O). També feren algunes contribucions sobre el magnetisme. Com a conseqüència d’aquests treballs, publicats en el 1805, el 7 de febrer del 1806, Gay-Lussac esdevenia membre del “Bureau consultatif des arts et manufactures”, i ho serà fins el 1836. Alhora, a partir del 8 de desembre del mateix any, ingressa com a primera classe de l’Institut national, en la secció de física.

Louis-Jacques Thénard

En el 1808, realitza uns treballs sobre l’àcid bòric, en col•laboració amb Louis-Jacques Thénard (*La Louptière, Champagne, 4.5.1777). Thénard havia nascut en el si d’una família pagesa, modesta però cultivada. Quan va nàixer, els seus pares, Étienne Aimable Thénard i Anne Cécil née Savourat, eren ja relativament grans, de 39 i 35 anys. Étienne Thénard, a més de pagès feia de procurador fiscal, seguint una tradició familiar que remuntava algunes generacions. Els pares procuraren pels estudis dels fills (Antoine Thénard, per exemple, esdevingué enginyer de ponts i camins). Louis-Jacques Thénard estudià, pensionat, amb el capellà de Villeneuve-l’Archevêque, l’abbé Maget (1786-88), i després passà al col•legi de Sens, on tingué com a professors, entre d’altres, a Alexis-Louis Billy (física), Jean-Barthélemy Salgues (retòrica) i el pare Bardin. En el 1793, ja proclamada la República, el col•legi fou tancat, i mesos després, Thénard s’encaminà a París, amb la intenció de fer-se farmacèutic. Vauquelin, probablement recordant també els seus temps difícils d’estudiants, acollí el jove Thénard en el seu laboratori. Així s’introduí en el cercle de Fourcroy i entrà en contacte amb Gay-Lussac. Va fer carrera a l’Escola politècnica, primer com a ajudant-preparador de química (1798) i després com a repetidor (1801). Col•laborà en recerques amb Bernard Courtois (1777-1838). Quan, en el 1804, Vauquelin deixà lliure una plaça de professor de química al Collège de France, proposà, reeixidament, Thénard com a successor. Alhora, Gay-Lussac ocupà la plaça deixada vacant per Thénard.

L’àcid bòric és l’àcid derivat del bòrax. El nom d’aquest mineral prové de l’àrab (buraq; بورق) i en darrer terme de l’arrel persa “bwrk”, que vol dir blanc. El camp semàntic de “buraq” pot haver variat a llarg del temps, com també ho ha fet el terme sànscrit aparentment relacionat “tincal”. L’explotació d’aquest mineral podria haver començat a fer-se en els sediments de llacs assecats del Tibet, i hi ha constància d’ús com a base de detergents devers l’any 300 e.c. En els segles posteriors, el bòrax tibetà devia fer part dels intercanvis associats a la “ruta de la seda”, i és així com entrà a l’Índia i a Pèrsia, amb possibles esments per part de Jābir ibn Hayyān (v. 700) i Marco Polo (v. 1299). Les aplicacions metal•lúrgiques són comentades ja per Georgius Agricola (1494-1555). En el 1777, es descriu la sal sedativa (sal sedativum), entre les substàncies presents en les emissions de fumaroles (soffioni) de la Toscana. Com els mateixos soffioni, aquesta sal rep l’atenció per les seves propietats medicinals, particularment la suposada propietat sedativa que li dóna nom.

La fórmula química del bòrax no ha estat del tot aclarida, i bé pot escriure’s com a Na₂B₄O₇•10 H₂O o com a Na₂B₄O₅(OH)₄]•8 H₂O. El nivell d’hidratació pot variar.

La sal sedativa, de fet, era el resultat de l’atac àcid natural sobre roques que contenen bòrax. Calia interpretar-la, doncs, com l’àcid boràcic. Lavoisier en sospitava el caràcter elemental, i consigna el “radical boràcic” en la seva llista de “33 substàncies simples” (1789), incloent-lo entre les “substàncies simples no-metàl•liques, oxidables o acidificables”. En el 1800, s’identifica un mineral ric en bòrax a Sasso Pisano, i se li dóna el nom de “sassolita”.

La sassolita és un mineral format, entre d’altres compostos, per àcid bòric (H₃BO₃). La presència de sofre és la que confereix el color groc, encara que hi ha sassolites que tenen tonalitats brunes degut a la presència d’òxids de ferro.

Com a bons químics, Gay-Lussac i Thénard s’estimen més parlar d’àcid boràcic i no pas de “sal sedativa”. Mitjançant l’atac amb potassa, Gay-Lussac i Thénard aconseguiren la descomposició de l’àcid boràcic. Alhora, observaren també l’efecte del ferro damunt l’àcid boràcic, i la recomposició ulterior en exposar el producte de la descomposició a l’aire. D’acord amb les dades obtingudes, arribaren a la conclusió que era l’àcid boràcic contenia un element prèviament desconegut, però que sense que fos correcta interpretar el radical boràcic com a element simple. (Gay-Lussac & Thénard, 1808).

Sir Humphry Davy (1778-1829), retratat per Thomas Phillips (mort el 1845).

Paral•lelament, Humphry Davy havia arribat a conclusions similars, i inclogué la descripció del nou element en un article que resum aquesta i altres recerques (1809). Davy, pioner de l’electrolisi com a mètode analític de sals, havia sotmès a un corrent elèctric una solució aquosa d’àcid boràcic, obtenint-hi un precipitat bru, amb un aspecte no gaire diferent del de la imatge:

Davy anomenà aquest element simple “boraci” (boracium). En el 1824, Jöns Jakob Berzelius aconsegueix purificar l’element simple a través de la reacció de borofluor potàssic amb potassi metàl•lic escalfat, en el marc dels seus estudis sobre l’àcid fluorhídric (Berzelius, 1824).

Louis-Jacques Thénard féu notables contribucions a l’estudi dels èters, de l’àcid sebàcic i de la bilis, i fou el descobridor del peròxid d’hidrogen (Thénard, 1818), però assoliria més fama encara amb el seu Traité de chimie élementaire, théorique et pratique (en 4 volums, apareguts entre el 1813 i el 1816). Va fer carrera política, ocupant un escó en la Cambra dels Diputats (1827-1830). Fou honorat tant per la Restauració (baró, en el 1825) com per la Monarquia de Juliol (par de França, en el 1832). Viuria fins a l’època del Segon Imperi, morint-se a 80 anys, el 21 de juny del 1857. Vuit anys després, la seva vila natal adoptaria el nom actual de La Louptière-Thénard.

El nom de Gay-Lussac l’associem ara a l’estudi dels gasos i a la formulació de les relacions entre la pressió, volum i temperatura de, si més no, els “gasos ideals”. Però podem esmentar també que, en el 1824, encunyà els termes “pipeta” i “bureta” per referir-se als instruments especials de vidre aplicats a tècniques de valoració basades en el colorant índigo. El 1809 es casà amb Geneviève-Marie-Joseph Rojot, amb la que festejava des dels anys de modest estudiant. Tingueren cinc fills, dels quals el més gran, Jules, seguí les passes del pare en el món de la química. Gay-Lussac pare es va morir a París el 9 de maig del 1850.

El mot “boraci” (boracium) va cedir lloc al de “bor” o “bori” (borium, boron). Hom computà per a aquest element una massa atòmica d’11.

En el sistema periòdic de John Newlands (1865), basat en la “lleis dels octets”, el bor apareix amb el símbol “Bo”, i se li assigna el nombre atòmic 4. Encapçala una sèrie formada pel bor, l’alumini, el crom, el iode, el ceri/el lantà, l’urani, el tàntal i el tal•li.

En la primera taula periòdica d’elements (Mendeleev, 1869), el bor ja apareix amb el símbol B (que s’imposarà després, de manera definitiva a Bo), amb una massa atòmica d’11, i encapçalant un grup d’elements químics en el qual apareixen l’alumini (Al), un element hipotètic de massa atòmica de 68, l’urani (encara amb el símbol de Ur) i l’or (Au).

El “grup del bor” seria redefinit en successives taules periòdiques. Finalment, la llista queda fixada amb el bor, l’alumini, el gal•li (Ga), l’indi (In) i el tal•li (Tl). Col•lectivament, aquests elements han estat coneguts com a “metalls terris” i també se’ls anomenà “triels” per la valença 3 que mostren en formar compostos. El coneixement del bor rebé un impuls amb els estudis d’Ezekiel Weintraub (1910), que aconseguí un procediment electroquímic per obtindre bor elemental de major puresa.

El bor: isòtops i abundància

Hem vist com el número màssic del bor fou estimat en 11 ja en la primera meitat del segle XIX. Estimacions més precises, avaluen la massa atòmica estàndard del bor en 10,811 uma, que s’explica a partir de la mitjana ponderada de les masses dels seus isòtops:
– bor-6 (⁶B, massa isotòpica de 6,04681 uma). Nucli format per 5 protons i un neutró, és altament inestable.
– bor-7 (⁷B; 7,023992 uma). Nucli format per 5 protons i 2 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 3,5•10^-22 s. Decau, per pèrdua d’1 protó, a beril•li-6, el qual al seu torn es descompon, amb pèrdua de dos protons més, en heli-4.
– bor-8 (⁸B; 8,0246072 uma). Nucli format per 5 protons (un d’ells en halo) i 3 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 7,7•10^-3 s. Es desintegra per fissió en dos nuclis d’heli-4, amb emissió d’un positró.
– bor-9 (⁹B; 9,0133288 uma). Nucli format per 5 protons i 4 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 8•10^-19 s. Decau, per pèrdua d’1 protó, a beril•li-8, el qual al seu torn fissiona a heli-4.
– bor-10 (¹⁰B; 10,012937 uma). Nucli format per 5 protons i 5 neutrons. És un isòtop estable. Vora 19,9% dels àtoms de bor són de bor-10 (segons la mostra aquest percentatge pot variar de 18,9% a 20,4%).
– bor-11 (¹¹B; 11,0093054 uma). Nucli format per 5 protons i 6 neutrons. És un isòtop estable, i el majoritari, amb un percentatge del 80,2% (que varia de 79,6% a 81,1%, segons les mostres).
– bor-12 (¹²B; 12,0143521 uma). Nucli format per 5 protons i 7 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 0,02 s. Normalment (98,4%) decau a carboni-12, amb emissió d’un electró. Alternativament (1,6%) pot decaure, per fissió, en beril•li-8 i heli-4.
– bor-13 (¹³B; 13,0177802 uma). Nucli format per 5 protons i 8 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 0,017 s. Normalment (99,72%) decau a carboni-13, amb emissió d’un electró. Alternativa (0,279%) pot donar lloc a carboni-12, amb emissió d’un neutró i d’un electró.
– bor-14 (¹⁴B; 14,025404 uma). Nucli format per 5 protons i 9 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 0,0125 s. Normalment (93,96%) decau a carboni-14, amb emissió d’un electró. Alternativament (6,04%) pot donar lloc a carboni-13, amb emissió d’un neutró i d’un electró.
– bor-15 (¹⁵B; 15,031103 uma). Nucli format per 5 protons i 10 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 9,87•10^-3 s. Normalment (93,6%) decau a carboni-14, amb emissió d’un electró i d’un neutró. Alternativament, pot donar lloc a carboni-15 (6,0%, amb emissió d’un electró) o a carboni-13 (0,4%, amb emissió d’un electró i de dos neutrons).
– bor-16 (¹⁶B; 16,03981 uma). Nucli format per 5 protons i 11 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 1,9•10^-10 s. Decau, per pèrdua d’un neutró, a bor-15.
– bor-17 (¹⁷B; 17,04699 uma). Nucli format per 5 protons i 12 neutrons (2 d’ells en halo). És altament inestable, amb una semivida de 5,08•10^-3 s. Majoritàriament (63,0%) decau a carboni-16, amb pèrdua d’un neutró i emissió d’un electró. Alternativament, pot donar lloc a carboni-17 (22,1%, amb emissió d’un electró), carboni-15 (11,0%, amb pèrdua de dos neutrons, i emissió d’un electró), carboni-14 (3,5%, amb pèrdua de tres neutrons, i emissió d’un electró) o carboni-13 (0,4%, amb pèrdua de quatre neutrons, i emissió d’un electró).
– bor-18 (¹⁸B; 18,05617 uma). Nucli format per 5 protons i 13 neutrons. És altament inestable, amb una semivida de 2,6•10^-8 s. Decau a bor-17, per pèrdua d’un neutró.
– bor-19 (¹⁹B; 19,06373 uma). Nucli format per 5 protons i 14 neutrons (2 d’ells en halo). És altament inestable, amb una semivida de 2,92•10^-3 s. Decau, amb emissió d’un electró, a carboni-19.

Així, a fi de comptes, la pràctica totalitat del bor és formada pels isòtops estables bor-10 i bor-11. L’àtom neutre de bor conté 5 electrons, amb configuració basal de 1s²2s²2p¹. L’estat d’oxidació habitual és el de +3 (corresponent al catió B^3-), encara que també pot presentar valors de +2 i +1. És el primer element de l’anomenat “bloc p” (on l’electró de major energia ocupa un orbital p) i del grup 13 (IIIB o IIIA, segons altres nomenclatures, el grup del bor-alumini). En la distinció química entre “metalls” i “no-metalls”, el bor ocupa una posició intermèdia, i se’l caracteritza com a “metal•loid” o “semi-metall”.

El bor elemental, en condicions estàndards, és sòlid, però pot presentar-se en diferents al•lòtrops, com a resultat de la formació d’enllaços covalents entre els àtoms de bor. Podem distingir:
– fases amorfes: No hi ha simetria a gran escala, per bé que a petita escala hi ha disposicions icosaèdriques.
• pols, amb una densitat de 1,73 kg•m^-3. És la forma que va descriure originàriament, Humphry Davy, en el 1808. Pot adoptar coloracions entre negra i bruna.
• vidre, amb una densitat de 2,34 kg•m^-3. Aquesta forma és la que obtingué Weintraub en el 1909.
– formes cristal•lines:
• alfa-romboèdrica. La cèl•lula consisteix en 12 àtoms en disposició romboèdrica. La densitat és de 2,46 kg•m^-3, i la coloració és vermella clara. Fou descrita originàriament en el 1958.
• beta-romboèdrica. La cèl•lula consisteix en 105-108 àtoms, en disposició romboèdrica. La densitat és de 2,35 kg•m^-3. És de coloració grisa o argentada. Fou descrita originàriament en el 1957
• beta-tetragonal. La cèl•lula consisteix en 192 àtoms, en disposició tetragonal. La densitat és de 2,36 kg•m^-3. És de coloració negra o vermella. Fou descrita en el 1960.
• alfa-tetragonal. La cèl•lula consisteix en 50 àtoms, en disposició tetragonal. La densitat va de 2,29 a 2,39 kg•m^-3. És de coloració negra metàl•lica. Fou descrita en el 1943.
• gamma-ortoròmbica. La cèl•lula consisteix en 28 àtoms, en disposició ortoròmbica. La densitat és de 2,52 kg•m^-3. És de de coloració negra (sota llum reflectida) i vermella (llum transmesa). Fou descrita en el 1960.

Diagrama pressió-temperatura de les diferents fases cristal•lines del bor elemental (α: alfa-romboèdrica; β: beta-romboèdrica; T: beta-tetragonal; γ: gamma-ortoròmbica). A pressió i temperatura elevades, el bor es fon

En l’univers, el bor (element 5) és més abundant que no pas el beril•li (element 4) però menys que el liti (element 3). De fet, dels elements que segueixen en la taula, hem d’arribar a l’escandi (Sc, element 21) per trobar un que tingui una abundància similar al bor, i no és fins a l’element 40 (Zr, zirconi) que ja tots els elements següents són menys abundants que el bor. Aquesta raresa s’explica perquè en la nucleogènesi primigènia amb prou feines se sintetitzaren nuclis de bor, mentre que en la nucleogènesi estel•lar, la producció també és molt baixa. Bona part dels àtoms de bor se sintetitzen com a conseqüència de fissions d’àtoms més pesants per acció dels raigs còsmics.

En el Sistema Solar, per cada milió d’àtoms de silici (Si), en trobem poc més d’un àtom de bor. En la Terra, l’abundància atòmica del bor és de 0,48 àtoms per cada milió d’àtoms totals, la qual suposa una dilució en termes de massa de 2•10^-7 (de manera que la massa total del bor de la Terra se situa en 1,2•10¹⁸ kg). Si ens centrem en l’escorça terrestre, el B ocupa el n. 41 en la llista d’elements més abundants, amb una abundància de l’ordre de 2 ppm. En els oceans l’abundància del és de 4,4 g•m^-3.

La major part del bor la trobem en forma de borats (BO₃³⁺) que, per la seva solubilitat en aigua, poden veure’s acumulats relativament en alguns dipòsits. Entre els minerals que contenen bor podem destacar la colemanita (CaB₃O₄(OH)₃•H₂O), la rasorita (Na₂B₄O₆(OH)₂•3(H₂O) i la ulexita (NaCaB₅O₆(OH)₆•5 H₂O). També el podem trobar, com hem vist abans, en forma d’àcid bòric i de bòrax.

En el cos humà, l’abundància atòmica del bor és de 0,03 ppm, la qual cosa equival a un contingut, en una persona de 70 kg, de 18 mg de bor. Hom suposa que el bor exerceix algun paper bioquímic en l’ésser humà i en altres éssers vius. La ingesta normal de bor en l’alimentació humana varia de 2,1-4,3 mg/dia. Alguns estudis han assenyalat que una suplementació de bor de 3 mg/dia redueix en dones postmenopàusiques l’excreció de calci. S’ha descrit que la proteïna SLC4A11 actua com un cotransportador de sodi/borat (Na⁺/BO₃^3-), i mutacions en el gen corresponent són causa d’algunes distròfies endotelials congènites (Vithana et al., 2006). Sí que se sap que el bor forma part de l’estructura d’algunes biomolècules, com la boromicina, antibiòtic produït per alguns estreptomicets. També se sap que el bor és un nutrient essencial per a les plantes, l’absència del qual produeix problemes en la integritat de les parets cel•lulars. No obstant això, fitosanitàriament el bor és més rellevant per la seva toxicitat, que comença a manifestar-se en sòls amb concentracions superiors a 1 ppm.

Estructura química de la boromicina, una de les poques biomolècules que se sap que contenen bor (B)

El bor assoleix concentracions notables en argiles marcianes (Stephenson et al., 2013), la qual cosa ha fet que alguns bioquímics, com Steven A. Benner, hagin suggerit la possibilitat d’un origen marcià dels primers protobiosistemes que poblaren la Terra. Aquests protobiosistemes, segons Benner, podrien haver emprat el bor (B) i el molibdè (Mo) com a catalitzadors de la síntesi d’ARN, i haurien arribat a la Terra, procedents de Mart, en alguns dels bescanvis de material interplanetari que vehiculen els impactes de meteorits.

El bor en la tecnologia dels materials

La producció mundial de bor, en el 2012, se situà en 4,6 milions de tones. La major part de la producció de minerals que contenen bor es destina a l’obtenció d’àcid bòric o de bòrax, que s’aplica majoritàriament (vora el 70%) en confecció de vidre i ceràmica d’usos específics.

El borosilicat s’empra en la confecció de bona part dels instruments de vidre d’ús habitual en el laboratori

Friedrich Otto Schott (1851-1935), fill d’un fabricant de vidre per a finestres, estudià tecnologia química a Aachen, Würzburg i Leipzig (1871-3), i es doctorà amb una tesi titulada “Contribucions a la teoria i pràctica de la fabricació de vidre”. En col•laboració amb Ernst Abbe i Carl Zeiss, fundà un Laboratori de Tecnologia del Vidre (1884). A partir del 1887, Schott desenvolupà vidre de borosilicat, encaminat a obtindre un material que tingués un coeficient d’expansió tèrmica mínim, i pogués resistir un rang ample de temperatures. En el 1893, començà a comercialitzar-lo amb el nom de “Duran”. En el 1915, Corning Glass Works començà a comercialitzar els seus materials de borosilicat amb el nom de “Pyrex”. La composició ha variat en el temps, i no tot el material comercialitzat com a “Pyrex” és de borosilicat. Una composició típica del vidre de borosilicat és d’un 80% de sílice (SiO₂), un 13% d’òxid bòric (B₂O₃), un 4% d’òxid sòdic (Na₂O) i un 2-3% d’òxid d’alumini (Al₂O₃). Les aplicacions del material de vidre de borosilicat són múltiples, però és en la cuina, la il•luminació i en el laboratori on se’l prefereix per la seva major perdurabilitat i resistència química i tèrmica.

Ja hem vist, però, que des d’antic, el bòrax es fa servir com a detergent, concretament servint com a font d’oxigen actiu en productes de neteja. L’àcid bòric també s’empra com a insecticida. Com d’altres metal•loids, el bor ha despertat interès en la confecció de semiconductors, si bé se l’utilitza sobretot com a dopant en semiconductors basats en silici, germani o carbur de silici (SiC), afegint-lo en forma d’òxid (B₂O₃, sòlid), bromur (BBr₃, líquid) o fluorur (BF₃, gas). El bor també entrà en la composició dels magnets de neodimi (Nd₂Fe₁₄B), interessants per la seva resistència. El carbur bòric (B₄C) té aplicacions en la confecció de materials ceràmiques “superdurs”.