БУРА: ИСТОРИЯ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, СИНТЕЗ, РИСКИ - ХИМИЯ - 2024

Буры или натрия бората является обозначением для группы химических соединений с базовой формулой Na ₂ B ₄ O ₇ . Это гигроскопическая соль, способная образовывать многочисленные гидраты, помимо того, что она структурно обогащена наличием определенных металлических примесей.

Основными соединениями, получившими название бура, являются следующие: тетраборат натрия безводный, Na ₂ B ₄ O ₇ ; пентагидрат тетрабората натрия (Na ₂ B ₄ O ₇ ) · 5H ₂ O; и декагидрат тетрабората натрия, Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O, или его эквивалент, октагидрат тетрабората натрия, Na ₂ B ₄ O ₅ (OH) ₄ · 8H ₂ O.

Фрагмент буры. Источник: Леон Гупперихс

Понятно, что все указанные выше твердые вещества различаются только степенью гидратации; у некоторых в кристаллах больше молекул воды, чем у других. Физически бура выглядит как прочные кусочки или кристаллы мела (верхнее изображение).

Бура естественным образом содержится в сезонных озерных отложениях, высыхающих за счет испарения. Бура производится в Турции, на озерах Сирлс (Калифорния), в пустыне Атакама, Чили, Боливии, Тибете и Румынии. Кристаллы буры могут быть получены синтетически путем медленного процесса зародышеобразования; то есть тот, в котором благоприятствует росту кристаллов.

Тетраборат натрия, безводный и декагидрированный, плохо растворяется в холодной воде; но его растворимость увеличивается с повышением температуры. Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O хорошо растворим в этиленгликоле, умеренно растворим в этаноле и слабо растворим в ацетоне; это менее полярные растворители, чем вода.

Бура имеет множество применений, например, в производстве моющих средств и мыла; как антипирен для целлюлозного материала; в производстве стеклопластика; при очистке твердых поверхностей, таких как металлы, стекло и керамика; и в ингибировании коррозии, среди прочего.

Бура раздражает глаза, кожу и дыхательные пути. При проглатывании он может вызывать, помимо других симптомов, рвоту, диарею, вялость, распад и судороги. В настоящее время предполагается, что он может оказывать вредное воздействие на репродуктивную функцию человека.

история

История буры сбивает с толку. Отмечается, что он был обнаружен на дне озера в Тибете, высохшего в результате испарения. Он был перенесен в 8 веке из Тибета в Саудовскую Аравию по так называемому Шелковому пути.

Термин «бура» стал популярным в результате многочисленных применений, которые были найдены для него и проданы под названием 20 Mule Team Borax Tradermax, что относилось к способу, которым бура транспортировалась через пустыни Невады и Калифорния.

Другая версия его открытия указывает на то, что египтяне знали о его существовании давно, используя его при сварке металлов нагреванием. Кроме того, они использовали его в медицине и в процессе мумификации. Бура была перенесена в Европу в 13 веке Марко Поло.

В середине XIX века в пустыне Могаве были обнаружены большие залежи буры, и с тех пор она широко используется.

Структура буры

Структура ионов буры. Источник: Smokefoot

На верхнем изображении показаны ионы, из которых состоит бура, конкретно соответствующие твердому веществу с формулой состава Na ₂ · 8H ₂ O (или Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O).

Во-первых, можно отметить решетчатую структуру аниона ^2- (хотя он должен иметь две депротонированные группы -ОН, -O ^- ), в котором можно увидеть восьмиугольное кольцо (четыре атома B и четыре атома O) с мостиком BOB, разделяющим его. в двух половинах.

Эта клетка не остается статичной, а вибрирует и принимает различные формы в пространстве; однако в меньшей степени в районе моста. Также можно заметить, что он очень «насыщен кислородом»; то есть в нем много атомов кислорода, способных взаимодействовать с молекулами воды посредством водородных связей.

Поэтому неудивительно, что кристаллы буры могут гидратироваться и образовывать многочисленные гидраты. Таким образом, для твердого Na ₂ · 8H ₂ O имеется восемь молекул H ₂ O , взаимодействующих с боратным каркасом, и в то же время с металлическими центрами Na ⁺ .

Со стороны катионов у нас есть водный комплекс ⁺ _n , где значение n будет зависеть от соотношения анион / катион. В верхнем твердом теле n = 2, поэтому мы имеем: ²⁺ , чей заряд 2+ нейтрализует заряд 2- борат-аниона.

Кристаллы

Моноклинная элементарная ячейка буры. Источник: Бен Миллс.

Выше представлена ​​моноклинная элементарная ячейка для кристаллов Na ₂ · 8H ₂ O или Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O. Здесь электростатическое притяжение и водородные связи управляют или доминируют в структурных узорах, возникающих в каждом промежутке кристалла. ,

Другие гидраты и безводная соль теряют одну или все свои молекулы воды, изменяя состав и структуру кристалла буры. Во всех из них анион и катион остаются одинаковыми (если нет примесей или побочных реакций), поэтому здесь не может быть путаницы.

Путаница с борат-анионом

Na ₂ · 8H ₂ O и Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O одинаковы. Зачем?

Во-первых, если посчитать его атомы, то будет видно, что они совпадают по количеству; и, во-вторых, в анионе B ₄ O ₇ ^2- учитывается отсутствие двух групп ОН, связанных с борными головками мостиков BOB; два OH, которые вместе с двумя H ⁺ из B ₄ O ₇ ^2- составляют 2 H ₂ O, что в сумме дает 10 H ₂ O (8 + 2).

свойства

имена

- Боракс.

- Борат натрия.

- Тетраборат натрия.

- Динатрия тетраборат.

Молекулярная масса

Безводный: 201,22 г / моль.

Декагидрат: 381,38 г / моль.

Внешность

Белое кристаллическое твердое вещество.

плотность

Безводный: 2,4 г / см ³

Декагидрат: 1739 г / см ³

Температура плавления

Безводный: 743 ° C (1369 ° F, 1016 К).

Декагидрат: 75 ºC.

Точка кипения

Безводный: 1575 ° C (2867 ° F, 1848 К).

Растворимость воды

31,78 г / л (как безводный, так и декагидратный).

Растворимость в органических растворителях

Он хорошо растворим в этиленгликоле, умеренно растворим в диэтиленгликоле и метаноле и слабо растворим в ацетоне.

Показатель преломления (ηD)

Безводный: η ₁ = 1,447; η ₂ = 1,469.

Декагидрат: η ₂ = 1,472.

стабильность

Он стабилен при правильных условиях хранения. Несмотря на то, что у него низкое давление пара, оно увеличивается с повышением температуры, что приводит к кристаллизации и конденсации, поэтому следует избегать чрезмерных колебаний температуры и влажности.

Световое излучение

Тетраборат натрия при воздействии огня излучает зеленый свет.

Реакции

- При растворении в воде образует щелочные растворы с pH около 9,2.

- Бура реагирует с образованием других боратов, таких как перборат (PBS).

- Он также производит борную кислоту, реагируя с соляной кислотой:

Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 Na ⁺ + 2 Cl ^- + 5 H ₂ O

- Тетраборат натрия ведет себя как амфотерное вещество, поскольку в водном растворе гидролизуется и способен нейтрализовать кислоты. Таким же образом он способен нейтрализовать щелочи с высокой концентрацией, избегая чрезмерного повышения pH среды.

Приложения

Бура имеет множество применений как для людей, так и для всех видов деятельности, которые они выполняют.

Антиоксидантное действие

Бура обладает способностью растворять оксиды. По этой причине он используется для восстановления металлов, таких как латунь, медь, свинец и цинк.

Он также используется для предотвращения окисления металлических прутков в литейных цехах. Бура покрывает его поверхность, исключая воздух, а значит, предотвращая окисление. Кроме того, он предотвращает коррозию черных металлов в автомобилестроении.

Растворимость буры в этиленгликоле была полезна в составах антифризов. Бура нейтрализует кислотные остатки, образующиеся при разложении этиленгликоля, сводя к минимуму окисление, которому может подвергнуться поверхность металлов.

Производство клеев

- Бура является частью крахмального клея для гофрированной бумаги и картона.

- Это пептизирующий агент при производстве клеев на основе казеина и декстрина.

- Он работает за счет усиления адгезионных материалов за счет сшивания конъюгированных гидроксильных групп.

Огнестойкий материал

Он используется в качестве антипирена в целлюлозных материалах и других полимерах, содержащих гидроксильные группы. Он проявляет свое действие посредством различных механизмов, включая образование стекловидного слоя, ограничивающего доступ топлива.

Производство боросиликатного стекла (Pyrex)

Бура - это источник бора, который используется при производстве боросиликатного стекла; характеризуется высокой температурой плавления, низким коэффициентом расширения и высокой устойчивостью к тепловым ударам.

Это позволяет подвергать его воздействию высоких температур, не испытывая трещин, получив название тугоплавкого стекла.

Боросиликатное стекло используется в производстве материалов, используемых в домашних условиях для выпечки пищи. Он также используется в лабораториях в стаканах, колбах, мерных цилиндрах, пипетках и т. Д.

Эмульгатор

Бура, наряду с другими соединениями, используется для эмульгирования мыла и других парафинов. Он также используется в качестве основы для производства лосьонов, кремов и мазей.

Моющие средства

- Его добавляют в состав для очистки твердых поверхностей, таких как металл, стекло и керамика.

- Используется в чистящих средствах для рук, полировальных материалах и моющем мыле для использования в прачечных и дома. Кроме того, он облегчает удаление масляных отложений с производственных цехов.

Медицинское использование

- Используется при лечении грибковых поражений стопы.

- Он входит в состав питательных веществ, поставляющих бор. Считается, что этот элемент участвует в метаболизме кальция, фосфора и магния и может быть необходим для структуры костей.

- Он участвует в определении гликозилированного гемоглобина (HbA1C), теста, используемого для определения долгосрочного развития диабета у пациента, поскольку период полувыведения эритроцита составляет 120 дней.

Эта информация более полезна для врача, чем индивидуальные измерения уровня глюкозы в крови пациента.

Буфер PH

Он используется в различных буферных системах pH, используемых в биохимии; среди них трис (гидроксиметил) аминометанборат, используемый в полиакриламидном электрофорезе нуклеиновых кислот ДНК и РНК.

Пониженная жесткость воды

Бура способна соединяться с ионами кальция и магния, присутствующими в воде, снижая их концентрацию. Это снижает жесткость воды.

Удобрения и компост

Бура используется как источник бора. Кальций и бор участвуют в формировании клеточной стенки растений. Кроме того, было указано, что бор способствует опылению, поэтому он участвует в оплодотворении и размножении растений.

Консервация древесины

Бура борется с древоточцем, жуком, который поедает и разрушает древесину. Он также используется при консервации и обслуживании деревянных лодок.

Флюс и флюс

Он используется в качестве флюса при сварке стали и железа, вызывая снижение температуры плавления и удаление оксида железа; нежелательный загрязнитель. С той же целью он участвует в пайке золота и серебра.

другие

- Используется как мягкий пестицид; например, для борьбы с молью на шерсти.

- Распыление используется для борьбы с вредителями, присутствующими в шкафах, внутренних резервуарах, в промежутках в стенах и в целом там, где нежелательно использование более загрязняющих пестицидов.

- Он используется в ядерных реакторах для управления реакциями, которые в крайних случаях могут вызвать цепную реакцию.

- В автомобильных радиаторах бура используется для перекрытия мест утечек воды.

Синтез

Бура получается реакцией минерала улексита, состоящего из элементов бора, натрия и кальция, с формулой NaCaB ₅ O ₉ .8H ₂ O, с карбонатом натрия и гидрокарбонатом натрия в водной среде.

На самом деле синтез тетрабората натрия или буры используется мало; Большая часть производимого соединения получается путем извлечения содержащих его минералов.

Кратко процесс можно представить в виде растворения руды в воде с последующей фильтрацией в глине и, наконец, испарением водного раствора.

риски

Бура - это натуральный продукт, однако он может нанести ряд повреждений здоровью человека. Например, контакт с порошком буры может вызвать раздражение кожи, что может привести к дерматиту.

Точно так же бура вызывает раздражение глаз и верхних дыхательных путей. Симптомы его вдыхания включают кашель и боль в горле.

Между тем при приеме буры проявляются следующие симптомы: рвота, тошнота, диарея, вялость, головная боль и судороги. Кроме того, это может повлиять на центральную нервную систему и функцию почек.

В исследованиях, проведенных на крысах-самцах, получавших бура, у них наблюдалась атрофия яичек. Исследования, проведенные на беременных самках крыс, показали, что бура может проникать через плаценту, вызывая нарушение развития плода, проявляющееся в низкой массе тела при рождении.

Считается, что воздействие буры влияет на мужскую репродуктивную функцию у мужчин, что проявляется в уменьшении количества сперматозоидов.

Смертельная доза от 10 до 25 граммов оценивается при приеме буры взрослыми.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Аргон. База данных PubChem. CID = 23968. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Каролин Бернс, Сенека Джозеф и доктор Райан Баумбах. (SF). Синтез и свойства кристаллов буры и интерметаллических сплавов. Получено с: nationalmaglab.org
4. Wikipedia. (2019). Бура. Получено с: en.wikipedia.org
5. Рио Тинто. (2019). Бура декагидратная. 20 Mule Team Borax. Получено с: borax.com
6. Флетчер Дженна. (14 января 2019 г.). Безопасна ли бура? Получено с: medicalnewstoday.com