БОРНАЯ КИСЛОТА: ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ. - ХИМИЯ

Борная кислота представляет собой неорганическое соединение с химической формулой Н ₃ BO ₃ . Он состоит из белого или бесцветного твердого вещества. Это слабая кислота, которая в водном растворе дает, в зависимости от ее концентрации, pH от 3,8 до 4,8. Он плохо растворим в холодной воде и умеренно растворим в горячей воде.

Борная кислота была открыта в 1702 году Вильгельмом Хомбергом (1652-1713), который обработал буру серной кислотой, получив раствор с лечебным действием, получивший название успокаивающей воды Хомберга.

Твердый образец борной кислоты на часовом стекле. Источник: Walkerma через Википедию.

Однако также следует отметить, что Хомберг получил борную кислоту, добавляя воду к буре и нагревая раствор до испарения, оставляя кристаллы борной кислоты в осадке.

Эта кислота представляет собой очень полезное соединение, которое находит множество применений в промышленности и медицине, а также используется в качестве инсектицида, средства защиты древесины, антипирена и входит в состав буферного раствора pH.

Химическая структура

Молекула борной кислоты представлена моделью сфер и стержней. Источник: Benjah-bmm27

На верхнем изображении мы видим настоящую молекулу H ₃ BO ₃ . Обратите внимание, что атомы водорода, представленные белыми сферами, не связаны с центральным атомом бора, как может предполагать химическая формула; а скорее к атомам кислорода, представленным красными сферами.

Таким образом, более удобной формулой борной кислоты, хотя и менее используемой, является B (OH) ₃ , что указывает на то, что ее кислотность обусловлена ионами H ⁺ , высвобождаемыми из ее групп OH. Молекула B (OH) ₃ имеет геометрию тригональной плоскости, а ее атом бора имеет химическую гибридизацию sp ² .

B (OH) ₃ представляет собой высококовалентную молекулу, поскольку разница электроотрицательностей между атомом бора и кислородом не очень велика; так что связи BO по существу ковалентны. Также обратите внимание, что структура этой молекулы напоминает спиннер. Сможет ли он таким же образом вращаться вокруг собственной оси?

Кристаллы

Элементарная ячейка для кристалла H3BO3. Источник: Benjah-bmm27

На верхнем изображении показана элементарная ячейка, соответствующая триклинной кристаллической структуре борной кислоты, которая при определенных условиях синтеза может принимать компактную гексагональную структуру. Обратите внимание, что на элементарную ячейку приходится четыре молекулы, и что они расположены в два слоя, A и B, чередующихся (они не накладываются друг на друга).

Из-за симметрии и ориентации связей B-OH можно предположить, что B (OH) ₃ неполярен; однако существование межмолекулярных водородных связей меняет ситуацию. Каждая молекула B (OH) ₃ образует или принимает три таких мостика с шестью диполь-дипольными взаимодействиями, как показано на изображении ниже:

Кристаллические слои H3BO3 наблюдаются с более высокой оси. Источник: Benjah-bmm27

Обратите внимание, что эти водородные связи являются направленными взаимодействиями, которые управляют кристаллами борной кислоты, и устанавливают образцы декоративных аспектов; внутренние кольца, возможно, с достаточным пространством для улавливания некоторых примесей, которых нет в дефектах кристалла.

Эти водородные связи, несмотря на низкую молекулярную массу B (OH) ₃ , сохраняют его кристалл достаточно сплоченным, поэтому для его плавления требуется температура 171 ° C. Неизвестно, какое влияние высокое давление (порядка ГПа) окажет на молекулярные слои B (OH) ₃ .

свойства

имена

ИЮПАК: борная кислота и тригидрооксид бора. Другие названия: ортоборная кислота, борная кислота, сассолит, борофакс и тригидроксиборан.

Молярная масса

61,83 г / моль

Внешность

Прозрачное бесцветное кристаллическое твердое вещество белого цвета. Он также доступен в виде гранул или белого порошка. На ощупь слегка кремовый.

запах

Туалет

Вкус

Слегка горький

Температура плавления

170,9 ºC

Точка кипения

300 ºC

Растворимость воды

Умеренно растворим в холодной воде и растворим в горячей воде:

2,52 г / 100 мл (0 ºC)

27,50 г / 100 мл (100 ºC)

Борная кислота частично растворяется в воде и имеет свойство тонуть в ней. Указанная растворимость имеет тенденцию увеличиваться в присутствии кислот, таких как соляная, лимонная и винная.

Растворимость в других растворителях

-Глицерин: 17,5% при 25 ºC

-Этиленгликоль: 18,5% при 25 ºC

-Ацетон: 0,6% при 25 ºC

-Этилацетат: 1,5% при 25 ºC

-Метанол: 172 г / л при 25 ºC

-Этанол: 94,4 г / л при 25 ºC

Коэффициент разделения октанол / вода

Лог P = -0,29

Кислотность (pKa)

9,24. 12.4. 13.3. Это три константы их соответствующих диссоциаций для высвобождения H ⁺ в воду.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% в водном растворе)

5,1 (0,1 моль)

Давление газа

1,6 ^10-6 мм рт.

стабильность

Стабилен в воде

декомпозиция

При нагревании выше 100 ° C разлагается с образованием борного ангидрида и воды.

Реактивность

Кислотные формы борной растворимые соли с одновалентных катионов, например: Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O, и нерастворимые соли с двухвалентных катионов, CAB ₄ O ₇ · 6H ₂ O.

В водном растворе он производит кислый раствор, полагая, что это свойство связано с вычитанием ОН ^- групп из воды. Борная кислота классифицируется как слабая кислота типа Льюиса.

Борная кислота реагирует с глицерином и маннитом, повышая кислотность водной среды. PKa изменяется с 9,2 до 5 из-за образования хелата бор-маннитол ^- , который высвобождает H ⁺ .

подготовка

Борная кислота находится в свободном состоянии в вулканических эманациях в таких регионах, как Тоскана в Италии, на островах Липари и в штате Невада, США. Он также содержится в таких минералах, как бура, борацит, улексит и колеманит.

Борная кислота в основном получается реакцией минеральной буры (декагидрат тетрабората натрия) с минеральными кислотами, такими как соляная кислота, серная кислота и т. Д.

Na ₂ B ₄ O ₉ 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 NaCl + 5 H ₂ O

Его также получают гидролизом тригалогенида бора и диборана.

Борная кислота получают из колеманита (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). Процедура заключается в обработке минерала серной кислотой для растворения соединений бора.

Затем раствор, содержащий борную кислоту, отделяют от нерастворенных фрагментов. Раствор обрабатывают сероводородом для осаждения примесей мышьяка и железа. Супернатант охлаждают, чтобы выпал осадок борной кислоты и отделить его от суспензии.

Приложения

В индустрии

Борная кислота используется при производстве стекловолокна. Помогая снизить температуру плавления, он увеличивает прочность и эффективность текстильного стекловолокна - материала, используемого для усиления пластика, используемого в кораблях, промышленных трубопроводах и компьютерных платах.

Борная кислота участвует в производстве боросиликатного стекла, что позволяет получить стекло, устойчивое к перепадам температур, пригодное для использования на кухне дома, в стеклянной посуде в лабораториях, люминесцентных лампах, волоконной оптике. , ЖК-экраны и др.

Он используется в металлургической промышленности для упрочнения и обработки стальных сплавов, а также для нанесения металлических покрытий на материалы.

Он используется как химический компонент при гидроразрыве пласта (гидроразрыве пласта): методе, применяемом при добыче нефти и газа. Борная кислота действует как антипирен в целлюлозных, пластиковых и текстильных материалах, пропитанных борной кислотой для повышения их огнестойкости.

В медицине

Борная кислота используется в разбавленном виде для промывания глаз. Желатиновые капсулы борной кислоты используются для лечения грибковых инфекций, особенно Candida albicans. Он также использовался при лечении прыщей.

Носки поливают борной кислотой, чтобы предотвратить инфекции стоп, например, стопы спортсмена. Точно так же растворы, содержащие борную кислоту, используются для лечения наружного отита у людей, а также у животных.

Борная кислота добавляется во флаконы, используемые для сбора мочи, что предотвращает бактериальное заражение перед исследованием в диагностических лабораториях.

инсектицид

Борная кислота используется для борьбы с размножением насекомых, таких как тараканы, термиты, муравьи и т. Д. Он не убивает тараканов мгновенно, поскольку сначала влияет на их пищеварительную и нервную системы, а также разрушает их экзоскелет.

Борная кислота действует медленно, позволяя насекомым, которые ее проглотили, вступать в контакт с другими насекомыми, тем самым распространяя отравление.

сохранение

Борная кислота используется для предотвращения поражения древесины грибами и насекомыми, она используется для этой цели вместе с этиленгликолем. Эта обработка также эффективна для борьбы с илом и водорослями.

Буфер PH

Борная кислота и сопряженное с ней основание образуют буферную систему с pKa = 9,24, что указывает на то, что этот буфер наиболее эффективен при щелочном pH, который не является обычным для живых существ. Однако боратный буфер используется для регулирования pH в плавательных бассейнах.

Ядерные реакторы

Борная кислота обладает способностью улавливать тепловые нейтроны, что снижает возможность неконтролируемого ядерного деления, которое может привести к ядерным авариям.

сельское хозяйство

Бор является важным элементом для роста растений, что привело к использованию борной кислоты в качестве этого элемента. Однако слишком много борной кислоты может нанести вред растениям, особенно цитрусовым.

Противопоказания

Следует избегать нанесения борной кислоты на оголенную кожу, рану или ожоговый продукт, которая позволяет ей впитаться. Это токсичное соединение внутри организма, которое в некоторых случаях может вызывать обмороки, судороги, спазмы, лицевые тики и низкое кровяное давление.

Следует проконсультироваться с врачом по поводу применения вагинальных капсул с борной кислотой беременным женщинам, поскольку было указано, что это может вызвать деформацию плода и снижение массы тела ребенка при рождении.

Также следует избегать размещения борной кислоты, используемой в качестве инсектицида, в местах, доступных для детей, поскольку дети более восприимчивы к токсическому действию борной кислоты, устанавливая для них смертельную дозу от 2000 до 3000 мг. ,

Ссылки

Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
Wikipedia. (2019). Борная кислота. Получено с: en.wikipedia.org
Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Борная кислота. База данных PubChem. CID = 7628. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Редакторы энциклопедии Британника. (28 марта 2019 г.). Борная кислота. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
Carrier Vibrating. (9 ноября 2018 г.). Скрытое использование борной кислоты в повседневной жизни. Получено с: carriervibrating.com
Национальный информационный центр по пестицидам. (SF). Борная кислота. Получено с: npic.orst.edu
Редакционный. (30 ноября 2017 г.). Борная кислота: свойства и применение этого химического соединения. Получено с: acidos.info
Хлорид натрия. (2019). Борная кислота. Получено с: chlorurosodio.com
Испанское общество больничной аптеки. (SF). Борная кислота. , Получено с: workgroups.sefh.es

БОРНАЯ КИСЛОТА: ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ. - ХИМИЯ - 2024