BORAKS: HISTORIA, STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, SYNTEZA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2025

Boraks, boran sodu lub jest wyznaczenie dla grupy związków chemicznych o wzorze bazowej Na ₂ B ₄ O ₇ . Jest to higroskopijna sól zdolna do tworzenia licznych hydratów, dodatkowo wzbogacona strukturalnie obecnością pewnych metalicznych zanieczyszczeń.

Głównymi związkami, które otrzymują nazwę boraksu są: bezwodny czteroboran sodu, Na ₂ B ₄ O ₇ ; pentahydrat tetraboranu sodu (Na ₂ B ₄ O ₇ ) 5H ₂ O; oraz dekahydrat tetraboranu sodu, Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O lub jego odpowiednik, oktahydrat tetraboranu sodu, Na ₂ B ₄ O ₅ (OH) _4, 8H ₂ O.

Fragment boraksu. Źródło: Leon Hupperichs

Jak można ocenić, wszystkie powyższe ciała stałe różnią się jedynie stopniem uwodnienia; niektóre mają więcej cząsteczek wody w kryształach niż inne. Fizycznie boraks wygląda jak solidne kawałki lub kryształy kredy (górne zdjęcie).

Boraks występuje naturalnie w sezonowych osadach jeziornych, wysuszonych przez parowanie. Boraks jest produkowany w Turcji, jeziorach Searles (Kalifornia), na pustyni Atacama, w Chile, Boliwii, Tybecie i Rumunii. Kryształy boraksu można otrzymać syntetycznie w powolnym procesie nukleacji; to znaczy taki, w którym preferowany jest wzrost kryształów.

Tetraboran sodu, bezwodny i dekahydrowany, jest słabo rozpuszczalny w zimnej wodzie; ale jego rozpuszczalność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O jest bardzo dobrze rozpuszczalny w glikolu etylenowym, umiarkowanie rozpuszczalny w etanolu i słabo rozpuszczalny w acetonie; są to mniej polarne rozpuszczalniki niż woda.

Boraks ma liczne zastosowania, np. W produkcji detergentów i mydeł; jako środek zmniejszający palność materiałów celulozowych; w produkcji włókna szklanego; do czyszczenia twardych powierzchni takich jak metale, szkło i ceramika; i między innymi w hamowaniu korozji.

Boraks działa drażniąco na oczy, skórę i drogi oddechowe. Po połknięciu może powodować między innymi wymioty, biegunkę, zwiotczenie, próchnicę i drgawki. Obecnie podejrzewa się, że może mieć szkodliwy wpływ na rozrodczość człowieka.

Historia

Historia boraksu jest zagmatwana. Odnotowuje się, że został odkryty w dnie jeziora w Tybecie, wyschnięty przez parowanie. Został przeniesiony w VIII wieku z Tybetu do Arabii Saudyjskiej, wzdłuż tak zwanego Jedwabnego Szlaku.

Termin „boraks” stał się popularny w wyniku licznych zastosowań, które dla niego znaleziono i sprzedawano pod nazwą 20 Mule Team Borax Tradermax, która odnosiła się do sposobu, w jaki boraks był transportowany przez pustynie Nevady i Kalifornia.

Inna wersja jego odkrycia wskazuje, że Egipcjanie wiedzieli o jego istnieniu od dawna, używając go do spawania metali za pomocą ciepła. Ponadto używali go w medycynie oraz w procesie mumifikacji. Boraks został przeniesiony do Europy w XIII wieku przez Marco Polo.

W połowie XIX wieku na pustyni Mogave odkryto duże złoża boraksu, które od tamtej pory stały się powszechne.

Struktura boraksu

Struktura jonów boraksu. Źródło: Smokefoot

Górny obraz przedstawia jony tworzące boraks, w szczególności odpowiadające ciału stałemu o składzie Na ₂ · 8H ₂ O (lub Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O).

Po pierwsze, można zauważyć strukturę klatkową anionu ^2- (chociaż powinien on mieć dwie deprotonowane grupy -OH, -O ^- ), w którym można zobaczyć ośmiokątny pierścień (cztery atomy B i cztery atomy O), z dzielącym go mostkiem BOB. na dwie połowy.

Wspomniana klatka nie pozostaje statyczna, ale wibruje i przyjmuje różne kształty w przestrzeni; jednak w mniejszym stopniu w pobliżu mostu. Można też zauważyć, że jest bardzo „dotleniony”; to znaczy, że ma wiele atomów tlenu, zdolnych do interakcji z cząsteczkami wody poprzez wiązania wodorowe.

Nie jest więc zaskakujące, że kryształy boraksu mogą uwadniać i wytwarzać liczne hydraty. Tak więc, na stałą Na ₂ · 8H ₂ O, istnieje osiem H ₂ O cząsteczki oddziaływujące z klatką boru, i w tym samym czasie, z centrów metalicznych jonów Na ⁺ .

Po stronie kationów mamy kompleks wodny ⁺ _n , gdzie wartość n będzie zależała od stosunku anion / kation. W górnej bryle n = 2, więc mamy: ²⁺ , którego ładunek 2+ neutralizuje ładunek 2- anionu boranowego.

Kryształy

Jednoskośna komórka elementarna boraksu. Źródło: Ben Mills.

Powyżej znajduje się jednoskośna komórka elementarna dla kryształów Na ₂ · 8H ₂ O lub Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O. Tutaj przyciąganie elektrostatyczne i wiązania wodorowe rządzą lub dominują we wzorcach strukturalnych powstałych w każdym rozpiętości kryształu .

Pozostałe hydraty i bezwodna sól tracą jedną lub wszystkie cząsteczki wody, zmieniając skład i strukturę kryształu boraksu. We wszystkich anion i kation pozostają takie same (chyba że występują zanieczyszczenia lub reakcje uboczne), więc nie może być zamieszania w tym względzie.

Mylenie z anionem boranowym

Na ₂ · 8H ₂ O i Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O są takie same. Czemu?

Po pierwsze, jeśli policzymy jego atomy, zobaczymy, że ich liczba się pokrywa; a po drugie, w anionie B ₄ O ₇ ² bierze się pod uwagę brak dwóch grup OH połączonych z główkami boru mostków BOB; dwa OH, które razem z dwoma H ⁺ z B ₄ O ₇ ^2- , dodają do 2 H ₂ O, dając w sumie 10 H ₂ O (8 + 2).

Nieruchomości

Nazwy

- Boraks.

- Boran sodowy.

- czteroboran sodu.

- czteroboran disodu.

Masa cząsteczkowa

Bezwodny: 201,22 g / mol.

Dekawodzian: 381,38 g / mol.

Wygląd fizyczny

Białe krystaliczne ciało stałe.

Gęstość

Bezwodny: 2,4 g / cm ³

Dekawodzian: 1,739 g / cm ³

Temperatura topnienia

Bezwodny: 743 ° C (1369 ° F, 1016 K).

Dekawodzian: 75 ºC.

Temperatura wrzenia

Bezwodny: 1575 ° C (2867 ° F, 1848 K).

Rozpuszczalność w wodzie

31,78 g / l (zarówno w postaci bezwodnej, jak i dekawodzianu).

Rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych

Jest bardzo dobrze rozpuszczalny w glikolu etylenowym, średnio rozpuszczalny w glikolu dietylenowym i metanolu, słabo rozpuszczalny w acetonie.

Współczynnik załamania (ηD)

Bezwodny: ri ₁ = 1,447; r | ₂ = 1,469.

Dekawodzian: η ₂ = 1,472.

Stabilność

Jest stabilny w odpowiednich warunkach przechowywania. Chociaż ma niskie ciśnienie pary, rośnie wraz z temperaturą, prowadząc do krystalizacji i kondensacji, dlatego należy unikać nadmiernych wahań temperatury i wilgotności.

Emisja światła

Tetraboran sodu poddany działaniu ognia emituje zielone światło.

Reakcje

- Po rozpuszczeniu w wodzie tworzy roztwory zasadowe o pH około 9,2.

- Boraks reaguje tworząc inne borany, takie jak nadboran (PBS).

- Wytwarza również kwas borowy w reakcji z kwasem solnym:

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

- Tetraboran sodu zachowuje się jak substancja amfoteryczna, ponieważ w roztworze wodnym hydrolizuje i jest zdolny do neutralizacji kwasów. W ten sam sposób jest w stanie zneutralizować alkalia o wysokim stężeniu, unikając nadmiernego wzrostu pH pożywki.

Aplikacje

Boraks ma liczne zastosowania, zarówno u ludzi, jak i we wszystkich wykonywanych przez nich czynnościach.

Działanie przeciwutleniające

Boraks ma zdolność rozpuszczania tlenków. Z tego powodu jest używany do odzyskiwania metali, takich jak mosiądz, miedź, ołów i cynk.

Służy również do zapobiegania utlenianiu prętów metalowych w odlewniach. Boraks pokrywa swoją powierzchnię, z wyłączeniem powietrza, a tym samym zapobiega utlenianiu. Ponadto zapobiega korozji materiałów żelaznych w produkcji samochodów.

Rozpuszczalność boraksu w glikolu etylenowym jest użyteczna w preparatach przeciw zamarzaniu. Boraks neutralizuje kwaśne pozostałości, które powstają podczas rozkładu glikolu etylenowego, minimalizując utlenianie, któremu może ulec powierzchnia metali.

Produkcja klejów

- Boraks jest składnikiem kleju skrobiowego do papieru falistego i kartonu.

- Jest środkiem peptyzującym do produkcji klejów na bazie kazeiny i dekstryny.

- Działa poprzez wzmocnienie materiałów klejących poprzez sieciowanie sprzężonych grup hydroksylowych.

Ognioodporny

Jest stosowany jako środek zmniejszający palność w materiałach celulozowych i innych polimerach zawierających grupy hydroksylowe. Oddziałuje poprzez różne mechanizmy, w tym tworzenie się szklistej warstwy, która ogranicza dostęp paliw.

Produkcja szkła borokrzemianowego (Pyrex)

Boraks jest źródłem boru używanym do produkcji szkła borokrzemianowego; charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, niskim współczynnikiem rozszerzalności oraz dużą odpornością na szoki termiczne.

Pozwala to na poddanie go działaniu wysokich temperatur bez pęknięć, otrzymując nazwę szkła ogniotrwałego.

Szkło borokrzemianowe jest wykorzystywane do produkcji materiałów używanych w domu do pieczenia żywności. Znajduje również zastosowanie w laboratoriach w zlewkach, kolbach, cylindrach miarowych, pipetach itp.

Emulgator

Boraks wraz z innymi związkami służy do emulgowania mydeł i innych parafin. Stosowany jest również jako baza do produkcji balsamów, kremów i maści.

Środki czystości

- Jest dodawany w preparatach do czyszczenia twardych powierzchni, takich jak metal, szkło i ceramika.

- Stosowany jest w środkach do czyszczenia rąk, materiałach do polerowania i mydłach do prania w pralniach iw domu. Ponadto ułatwia usuwanie tłustych osadów z hal fabrycznych.

Zastosowania medyczne

- Stosowany jest w leczeniu grzybic stóp.

- Jest częścią formuły składników odżywczych dostarczających bor. Uważa się, że pierwiastek ten bierze udział w metabolizmie wapnia, fosforu i magnezu i może być niezbędny do budowy kości.

- Bierze udział w oznaczaniu hemoglobiny glikozylowanej (HbA1C), badaniu służącym do określenia długoterminowego rozwoju cukrzycy u pacjenta, ponieważ okres półtrwania erytrocytów wynosi 120 dni.

Informacje te są bardziej przydatne dla lekarza niż indywidualne pomiary stężenia glukozy we krwi pacjenta.

Bufor PH

Jest stosowany w różnych układach buforowych pH stosowanych w biochemii; wśród nich tris (hydroksymetylo) aminometanoboran, stosowany w poliakrylamidowej elektroforezie kwasów nukleinowych DNA i RNA.

Zmniejszona twardość wody

Boraks może łączyć się z obecnymi w wodzie jonami wapnia i magnezu, zmniejszając ich stężenie. Zmniejsza to twardość wody.

Nawóz i kompost

Boraks jest używany jako źródło boru. Wapń i bor biorą udział w tworzeniu ściany komórkowej roślin. Ponadto wskazano, że bor sprzyja zapylaniu, dlatego interweniuje w nawożeniu i rozmnażaniu roślin.

Konserwacja drewna

Borax walczy z kornikiem, chrząszczem, który pożera i niszczy drewno. Znajduje również zastosowanie w konserwacji i konserwacji drewnianych łodzi.

Strumień i strumień

Stosowany jest jako topnik przy spawaniu stali i żelaza, powodując obniżenie temperatury topnienia i eliminację tlenku żelaza; niepożądane zanieczyszczenie. W podobnym celu uczestniczy w lutowaniu złota i srebra.

Inni

- Jest stosowany jako łagodny pestycyd; na przykład do zwalczania ćmy na wełnie.

- Opryskiwanie stosuje się do zwalczania szkodników obecnych w szafach, zbiornikach wewnętrznych, w szczelinach ścian oraz ogólnie tam, gdzie nie jest pożądane stosowanie bardziej zanieczyszczających pestycydów.

- Jest stosowany w reaktorach jądrowych do kontrolowania reakcji, które w skrajnych przypadkach mogą wywołać reakcję łańcuchową.

- W chłodnicach samochodowych boraks służy do blokowania miejsc, w których występują wycieki wody.

Synteza

Boraks otrzymuje się w reakcji mineralnego uleksytu, złożonego z pierwiastków boru, sodu i wapnia, o wzorze NaCaB ₅ O ₉ .8H ₂ O, z węglanem sodu i wodorowęglanem sodu w środowisku wodnym.

W rzeczywistości synteza tetraboranu sodu lub boraksu jest rzadko stosowana; Większość wytwarzanego związku uzyskuje się przez ekstrakcję zawartych w nim minerałów.

Proces można podsumować rozpuszczeniem rudy w wodzie, a następnie przesączeniem w glinie i ostatecznie odparowaniem wodnego roztworu.

Ryzyka

Boraks jest produktem naturalnym, jednak może powodować szereg szkód dla zdrowia ludzkiego. Na przykład kontakt z proszkiem boraksowym może powodować podrażnienie skóry, które może prowadzić do zapalenia skóry.

Podobnie boraks powoduje podrażnienie oczu i górnych dróg oddechowych. Objawy jego wdychania to kaszel i ból gardła.

Tymczasem spożycie boraksu objawia się następującymi objawami: wymioty, nudności, biegunka, zwiotczenie, ból głowy i drgawki. Ponadto może to mieć wpływ na ośrodkowy układ nerwowy i czynność nerek.

W badaniach przeprowadzonych na samcach szczurów karmionych boraksem stwierdzono u nich zanik jąder. Podczas gdy badania przeprowadzone na ciężarnych samicach szczurów wykazały, że boraks może przenikać przez łożysko, powodując zmiany w rozwoju płodu, objawiające się niską masą urodzeniową.

Uważa się, że ekspozycja na boraks wpływa na funkcje rozrodcze u mężczyzn, objawiając się zmniejszeniem liczby plemników.

Szacuje się, że śmiertelna dawka boraksu u dorosłych wynosi od 10 do 25 gramów.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Argon. Baza danych PubChem. CID = 23968. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Karolyn Burns, Seneca Joseph i Dr. Ryan Baumbach. (sf). Synteza i właściwości kryształów boraksu i stopów międzymetalicznych. Odzyskany z: nationalmaglab.org
4. Wikipedia. (2019). Boraks. Odzyskane z: en.wikipedia.org
5. Rio Tinto. (2019). Dekawodzian boraksu. 20 Mule Team Borax. Odzyskany z: borax.com
6. Fletcher Jenna. (14 stycznia 2019). Czy boraks jest bezpieczny w użyciu? Odzyskany z: medicalnewstoday.com