Ácido borotúngstico

Predefinição:Formatar referências Ácido borotúngstico, também conhecido como ácido dodecatungstobórico, ácido tungstobórico ou a sigla em inglês BWA (para os símbolos químicos dos elementos boron (B), tungsten (W) e o A para Acid) é um composto com a fórmula química Predefinição:Chem2 ou Predefinição:Chem2. Este composto é um heteropoliácido formado pelos elementos tungstênio e boro (além do hidrogênio e do oxigênio), os quais formam uma estrutura complexa estável do tipo α-Keggin. É um composto químico sólido cristalino e incolor, bastante solúvel em água e solventes orgânicos polares tal como o etanol e o éter. Essa substância é muito empregada como um catalisador em química industrial.

Estrutura

Estrutura do ácido borotúngstico, mostrando sua estrutura de Keggin (os cinco hidrogênios foram omitidos para maior clareza; eles podem estar ligados a quaisquer oxigênios terminais). A esfera magenta representa o boro, as esferas ciano representam o tungstênio e as vermelhas o oxigênio.

A estrutura do ácido complexo tem simetria tetraédrica completa e é composta de um heteroátomo (no caso o boro) cercado por quatro átomos de oxigênio para formar um tetraedro. Esses quatro oxigênios que coordenam o boro central também estão ligados, cada um, a três átomos de tungstênio. Os tungstênios na estrutura possuem todos coordenação octaédrica e estão cercados, cada um, por seis oxigênios. Seu estado de oxidação é +6. O heteroátomo possui coordenação tetraédrica está localizado centralmente e cercado por 12 unidades octaédricas Predefinição:Chem2 ligadas entre si por átomos de oxigênio compartilhados. Há um total de 24 átomos de oxigênio em ponte que ligam os átomos de tungstênio, além de doze oxigênios terminais ligados a cada átomo de tungstênio (sete deles como grupos =O duplamente ligado, e cinco deles como –O^–). Os centros metálicos nos 12 octaedros estão dispostos em uma esfera quase equidistante um do outro, em quatro unidades Predefinição:Chem2, dando à estrutura completa uma simetria tetraédrica geral. Os octaedros são ligeiramente distorcidos. A carga negativa do ânion do ácido em questão está amplamente deslocalizada por toda a estrutura do íon.

Síntese

O ácido borotúngstico pode ser formado a partir da reação de uma solução de bórax com trióxido de tungstênio hidratado, seguida da adição de ácido clorídrico.

Predefinição:Chem2•Predefinição:Chem2

O composto pode ser extraído em éter.

Aplicações

Tal como outros heteropoliácidos de tungstênio tais como o fosfo- e o silicotúngstico, o ácido borotúngstico também é utilizado como um catalisador em diversos processos químicos industriais. Duas propriedades desses compostos se destacam para contribuir com suas propriedades catalíticas: sua forte acidez de Brønsted e sua química redox reversível. O ácido borotúngstico é um catalisador ácido homogêneo útil em reações de esterificação com usos na produção de biodiesel, também encontrando uso na produção de alguns eletrólitos sólidos poliméricos com poliacrilamida (BWA-PAM) para capacitores eletroquímicos.

Química redox

O ácido borotúngstico (bem como os sais de seu ânion, o borotungstato) também exibe propriedades redox, sendo um agente oxidante suave capaz de sofrer redução de tipicamente até 4 elétrons, produzindo um composto de valência mista de tungstênio +6 e +5, o qual, diferente do borotungstato original, possui uma forte cor azul-escura. Esta cor se deve às transições de transferência de carga (saltos de elétrons) entre os tungstênios com números de oxidação +5 e +6. Essa mudança é acompanhada pela isomerização da estrutura α-Keggin para uma estrutura β-Keggin na forma reduzida azul.

Predefinição:Chem2^5- (incolor) + 4e- $\rightleftharpoons$ Predefinição:Chem2^9-(azul-escuro)

Essa capacidade de sofrer reações de oxidação e redução reversíveis em várias etapas é um dos fatores que o torna útil como um catalisador versátil.