БОРНА КИСЕЛИНА: ХИМИЧНА СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРЕПАРАТ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На борна киселина е неорганична съединение с химична формула H ₃ BO ₃. Състои се от бяло или безцветно твърдо вещество. Това е слаба киселина, която във воден разтвор произвежда, в зависимост от концентрацията си, pH между 3,8 и 4,8. Той е слабо разтворим в студена вода и умерено разтворим в гореща вода.

Борната киселина е открита през 1702 г. от Вилхелм Хомберг (1652-1713), който лекува боракс със сярна киселина, получавайки разтвор с лекарствено действие, получил името на успокоителната вода на Хомберг.

Твърда проба борна киселина върху часовниково стъкло. Източник: Walkerma чрез Wikipedia.

Отбелязва се също, че Хомберг приготвя борната киселина, като добавя вода към бурата и загрява разтвора до изпаряване, като по този начин оставя кристалите на борната киселина в утайката.

Тази киселина е много полезно съединение, което има много приложения в промишлеността и медицината, като се използва и като инсектицид, консервация на дървесина, огнезащитно средство и е съставна част на pH буферния разтвор.

Химическа структура

Молекула на борна киселина, представена от модел на сфери и пръти. Източник: Benjah-bmm27

В горното изображение имаме действителната молекула на H ₃ BO ₃. Обърнете внимание, че водородните атоми, представени от бели сфери, не са свързани с централния атом на бора, както може да предполага химичната формула; а по-скоро към кислородните атоми, представени от червени сфери.

По този начин, по-удобна формула, макар и по-малко използвана, за борна киселина е B (OH) ₃, което показва, че нейната киселинност се дължи на Н ⁺ йони, освободени от нейните ОН групи. Молекулата B (OH) ₃ има триъгълна равнинна геометрия, като нейният борен атом има sp ² химическа хибридизация.

B (OH) ₃ е силно ковалентна молекула, тъй като разликата в електроотрицателността между атома на бора и кислорода не е много голяма; така че БО връзките са по същество ковалентни. Също така имайте предвид, че структурата на тази молекула наподобява структурата на спинер. Ще може ли да се върти по собствената си ос по същия начин?

кристали

Единична клетка за кристала H3BO3. Източник: Benjah-bmm27

Горното изображение показва единичната клетка, съответстваща на триклиничната кристална структура за борна киселина, която при определени синтетични условия може да възприеме компактната шестоъгълна структура. Обърнете внимание, че има четири молекули на единица клетка и че те са подредени в два слоя, А и В, редуващи се (те не се наслагват една върху друга).

Поради симетрията и ориентацията на В-ОН връзките, може да се предположи, че B (OH) ₃ е аполарен; обаче съществуването на междумолекулни водородни връзки променя историята. Всяка молекула B (OH) ₃ ще даде или получи три от тези мостове, с общо шест дипол-диполни взаимодействия, както се вижда на изображението по-долу:

Кристални слоеве на H3BO3, наблюдавани от по-висока ос. Източник: Benjah-bmm27

Обърнете внимание, че тези водородни връзки са насочените взаимодействия, които управляват кристалите на борна киселина и установяват модели на орнаментални аспекти; вътрешни пръстени може би с достатъчно място, за да запушат някои примеси, които не са в дефектите на кристалите.

Тези водородни връзки, въпреки ниската молекулна маса на B (OH) ₃, поддържат кристала си достатъчно кохезивен, че се нуждае от температура от 171 ° С, за да се стопи. Не е известно какви ефекти биха имали високото налягане (от порядъка на GPa) върху молекулните слоеве на B (OH) ₃.

Имоти

Имена

IUPAC: борна киселина и бор трихидрооксид. Други имена: ортоборова киселина, боракова киселина, сасолит, борфакс и трихидроксиборан.

Моларна маса

61,83 g / mol

Външен вид

Бистро, безцветно, кристално бяло твърдо вещество. Предлага се и като гранули или като бял прах. Леко кремообразен на пипане.

миризма

Тоалетна

вкус

Леко горчив

Точка на топене

170,9 ºC

Точка на кипене

300 ºC

Разтворимост във вода

Умерено разтворим в студена вода и разтворим в гореща вода:

2,52 g / 100 ml (0 ° C)

27,50 g / 100 ml (100 ° C)

Борната киселина е частично разтворима във вода и има тенденция да потъва в нея. Споменатата разтворимост има тенденция да се увеличава в присъствието на киселини, като солна, лимонена и винена.

Разтворимост в други разтворители

-Глицерол: 17,5% при 25 ° С

-Етилен гликол: 18,5% при 25 ° С

-Ацетон: 0,6% при 25 ° С

-Етил ацетат: 1,5% при 25 ° С

-Метанол: 172 g / L при 25 ° С

-Етанол: 94.4 g / L при 25 ° C

Коефициент на разпределение на октанол / вода

Log P = -0,29

Киселинност (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Това са трите константи на съответните им дисоциации за освобождаване на Н ⁺ във вода.

рН

3,8 - 4,8 (3,3% във воден разтвор)

5.1 (0.1 молар)

Парно налягане

1.6 10 ^-6 mmHg

стабилност

Стабилен във вода

разлагане

Разлага се при нагряване над 100ºC, образувайки борен анхидрид и вода.

реактивност

Борна киселина форми разтворими соли с едновалентни катиони, като например: натриев ₂ B ₄ O ₇.10H ₂ О и неразтворимите соли с двувалентни катиони, CAB ₄ O ₇.6H ₂ O.

Във воден разтвор се получава киселинен разтвор, мислейки, че това свойство се дължи на изваждането на ОН ^- групи от вода. Борната киселина се класифицира като слаба киселина от типа Люис.

Борната киселина реагира с глицерол и манитол, повишавайки киселинността на водната среда. PKa се модифицира от 9.2 до 5, поради образуването на бор-манитол хелат ^-, който освобождава Н ⁺.

подготовка

Борната киселина се намира в свободно състояние във вулканични излъчвания в региони като Тоскана в Италия, островите Липари и в щата Невада, САЩ. Той се намира и в минерали като боракс, борацит, улексит и колеманит.

Борната киселина се получава главно чрез реакцията на минералния боракс (натриев тетраборат декахидрат) с минерални киселини, като солна киселина, сярна киселина и др.

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

Приготвя се също чрез хидролиза на бор трихалид и диборан.

Борната киселина се приготвя от колеманит (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). Процедурата се състои в обработка на минерала със сярна киселина за разтваряне на борните съединения.

След това разтворът, в който има борна киселина, се отделя от неразтворените фрагменти. Разтворът се обработва със сероводород за утаяване на примесите от арсен и желязо. Супернатантът се охлажда, за да се получи утайка от борна киселина и се отдели от суспензията.

Приложения

В индустрията

Борната киселина се използва при производството на фибростъкло. Помагайки за понижаване на точката на топене, тя увеличава здравината и ефективността на текстилното фибростъкло - материал, използван за подсилване на пластмаса, използвана в кораби, промишлени тръбопроводи и компютърни платки.

Борната киселина участва в производството на боросиликатно стъкло, което позволява получаването на стъкло, устойчиво на температурни промени, използваемо в кухнята на домовете, в стъклени съдове в лаборатории, флуоресцентни тръби, оптични влакна, LCD екрани и т.н.

Използва се в металургичната промишленост за втвърдяване и обработка на стоманени сплави, както и за насърчаване на металното покритие на материалите.

Използва се като химичен компонент при хидравлично разбиване (фракинг): метод, използван при добив на нефт и газ. Борната киселина действа като забавител на пожара в целулозни материали, пластмаси и текстил, които са импрегнирани с борна киселина, за да повишат тяхната устойчивост на огън.

В медицината

Борната киселина се използва разредена при промиване на очите. Желатинови капсули с борна киселина се използват за лечение на гъбични инфекции, особено Candida albicans. Използва се и при лечението на акне.

Борната киселина се поръсва върху чорапи за предотвратяване на инфекции на краката, като например крак на спортист. По същия начин разтворите, съдържащи борна киселина, се използват при лечение на външен отит при хора, както и при животни.

Борната киселина се добавя към бутилките, използвани за събиране на урина, което предотвратява бактериалното заразяване, преди да бъде изследвано в диагностичните лаборатории.

Инсектицид

Борната киселина се използва за контрол на разпространението на насекоми, като хлебарки, термити, мравки и др. Не убива мигновено хлебарки, тъй като първо засяга храносмилателната и нервната им система, както и унищожава екзоскелета им.

Борната киселина действа бавно, позволявайки на насекомите, които са я погълнали, да влязат в контакт с други насекоми, като по този начин разпространяват отравяне.

запазване

Борната киселина се използва за предотвратяване на нападението на дървесина от гъби и насекоми, като се използва за тази цел във връзка с етилен гликол. Това лечение е ефективно и за борба с тиня и водораслите.

PH буфер

Борната киселина и нейната конюгирана основа образуват буферна система от pKa = 9.24, което показва, че този буфер е най-ефективен при алкално рН, което не е обичайно при живите същества. Въпреки това, боратен буфер се използва за регулиране на pH в басейни.

Ядрени реактори

Борната киселина има способността да улавя топлинни неутрони, което намалява възможността за неконтролирано ядрено делене, което може да доведе до ядрени аварии.

Земеделие

Борът е съществен елемент за растежа на растенията, което доведе до използването на борна киселина за приноса на елемента. Въпреки това, прекалено много борна киселина може да навреди на растенията, особено на цитрусовите плодове.

Противопоказания

Трябва да се избягва употребата на борна киселина върху размазана кожа, рана или изгаряне, която позволява нейното усвояване. Това е токсично съединение вътре в тялото и в някои случаи може да причини припадък, припадъци, спазми, лицеви тикове и ниско кръвно налягане.

Лекарят трябва да се консултира за употребата на вагинални капсули с борна киселина при бременни жени, тъй като е показано, че може да причини деформация на плода и намаляване на телесното тегло на детето при раждането.

Поставянето на борна киселина, използвана като инсектицид, на места, недостъпни за деца, също трябва да се избягва, тъй като децата имат по-голяма чувствителност към токсичното действие на борната киселина, установявайки фаталната доза в тях от 2000 до 3000 mg,

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Борна киселина. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Борна киселина. PubChem база данни. CID = 7628. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (28 март 2019 г.). Борна киселина. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
5. Вибриращ носител. (9 ноември 2018 г.). Скритите употреби на борна киселина в ежедневието ви. Възстановена от: carriervibrating.com
6. Национален информационен център за пестициди (SF). Борна киселина. Възстановено от: npic.orst.edu
7. Изготвяне. (30 ноември 2017 г.). Борна киселина: свойства и приложения на това химично съединение. Възстановени от: acidos.info
8. Хлорид натрий. (2019). Борна киселина. Възстановена от: chlorurosodio.com
9. Испанското дружество на болничната фармация. (SF). Борна киселина., Възстановени от: workgroups.sefh.es