KWAS BOROWY: BUDOWA CHEMICZNA, WŁAŚCIWOŚCI, PREPARAT, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Kwas borowy jest nieorganiczny związek o wzorze chemicznym H ₃ BO ₃ . Składa się z białej lub bezbarwnej substancji stałej. Jest to słaby kwas, który w roztworze wodnym wytwarza, w zależności od stężenia, pH między 3,8 a 4,8. Jest słabo rozpuszczalny w zimnej wodzie i umiarkowanie rozpuszczalny w gorącej wodzie.

Kwas borowy został odkryty w 1702 roku przez Wilhelma Homberga (1652-1713), który potraktował boraks kwasem siarkowym, uzyskując roztwór o działaniu leczniczym, który otrzymał nazwę uspokajającej wody Homberga.

Stała próbka kwasu borowego na szkiełku zegarkowym. Źródło: Walkerma za pośrednictwem Wikipedii.

Należy jednak zauważyć, że Homberg przygotował kwas borowy przez dodanie wody do boraksu i ogrzewanie roztworu do odparowania, pozostawiając w ten sposób kryształy kwasu borowego w osadzie.

Kwas ten jest bardzo użytecznym związkiem, który ma liczne zastosowania w przemyśle i medycynie, jest również używany jako środek owadobójczy, środek do konserwacji drewna, opóźniacz palenia i jest składnikiem roztworu buforowego pH.

Struktura chemiczna

Cząsteczka kwasu borowego reprezentowana przez model sfer i słupków. Źródło: Benjah-bmm27

Na górnym obrazku mamy rzeczywistą cząsteczkę H ₃ BO ₃ . Zauważ, że atomy wodoru, reprezentowane przez białe kule, nie są związane z centralnym atomem boru, jak może sugerować wzór chemiczny; ale raczej atomom tlenu, reprezentowanym przez czerwone kule.

W związku z tym wygodniejszym wzorem, chociaż rzadziej stosowanym, dla kwasu borowego jest B (OH) ₃ , co wskazuje, że jego kwasowość wynika z jonów H ⁺ uwalnianych z jego grup OH. B (OH) ₃ cząsteczka ma trójkątny płaską geometrię, a jego atom boru mający sp ² hybrydyzacji chemiczną .

B (OH) ₃ jest cząsteczką silnie kowalencyjną, ponieważ różnica elektroujemności między atomem boru a tlenem nie jest zbyt duża; więc wiązania BO są zasadniczo kowalencyjne. Zwróć również uwagę, że struktura tej cząsteczki przypomina strukturę przędzarki. Czy będzie w stanie obracać się wokół własnej osi w ten sam sposób?

Kryształy

Ogniwo elementarne dla kryształu H3BO3. Źródło: Benjah-bmm27

Górny obraz przedstawia komórkę elementarną odpowiadającą trójskośnej strukturze krystalicznej kwasu borowego, która w pewnych warunkach syntezy może przyjąć zwartą strukturę heksagonalną. Zauważ, że na komórkę elementarną przypadają cztery cząsteczki i że są one ułożone naprzemiennie w dwóch warstwach, A i B (nie są one nałożone jedna na drugą).

Ze względu na symetrię i orientację wiązań B-OH można przyjąć, że B (OH) ₃ jest niepolarny; Jednak istnienie międzycząsteczkowych wiązań wodorowych zmienia tę historię. Każda cząsteczka B (OH) ₃ da lub otrzyma trzy z tych mostków, z łącznie sześcioma oddziaływaniami dipol-dipol, jak widać na poniższym obrazku:

Krystaliczne warstwy H3BO3 obserwowane z wyższej osi. Źródło: Benjah-bmm27

Zauważ, że te wiązania wodorowe są kierunkowymi interakcjami, które rządzą kryształami kwasu borowego i ustanawiają wzory aspektów ozdobnych; pierścienie wewnętrzne być może mają wystarczająco dużo miejsca, aby zatkać niektóre zanieczyszczenia, których nie ma w defektach kryształu.

Te wiązania wodorowe, pomimo niskiej masy cząsteczkowej B (OH) ₃ , utrzymują jego kryształ na tyle kohezyjny, że jego stopienie wymaga temperatury 171 ºC. Nie wiadomo, jaki wpływ wysokie ciśnienia (rzędu GPa) miałyby na warstwy molekularne B (OH) ₃ .

Nieruchomości

Nazwy

IUPAC: kwas borowy i triowodorotlenek boru. Inne nazwy: kwas ortoborowy, kwas borowy, sasolit, borofaks i trihydroksyboran.

Masa cząsteczkowa

61,83 g / mol

Wygląd fizyczny

Przejrzyste, bezbarwne, krystalicznie białe ciało stałe. Jest również dostępny w postaci granulatu lub białego proszku. W dotyku lekko kremowy.

Zapach

Toaleta

Smak

Lekko gorzki

Temperatura topnienia

170,9 ° C

Temperatura wrzenia

300 ºC

Rozpuszczalność w wodzie

Umiarkowanie rozpuszczalny w zimnej wodzie i rozpuszczalny w gorącej wodzie:

2,52 g / 100 ml (0 ºC)

27,50 g / 100 ml (100 ºC)

Kwas borowy jest częściowo rozpuszczalny w wodzie i ma tendencję do tonięcia w niej. Wspomniana rozpuszczalność ma tendencję do zwiększania się w obecności kwasów, takich jak kwas solny, cytrynowy i winowy.

Rozpuszczalność w innych rozpuszczalnikach

-Glicerol: 17,5% w 25 ° C

-Glikol etylenowy: 18,5% przy 25 ° C

-Aceton: 0,6% przy 25 ºC

- Octan etylu: 1,5% w 25 ° C

-Meetanol: 172 g / L w 25 ° C

-Etanol: 94,4 g / L w 25 ° C

Współczynnik podziału oktanol / woda

Log P = -0,29

Kwasowość (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Są to trzy stałe ich odpowiednich dysocjacji, które uwalniają H ⁺ w wodzie.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% w roztworze wodnym)

5,1 (0,1 molowe)

Ciśnienie pary

1,6 ^10-6 mmHg

Stabilność

Stabilny w wodzie

Rozkład

Rozkłada się po podgrzaniu powyżej 100ºC, tworząc bezwodnik borowy i wodę.

Reaktywność

Kwas borowy tworzy rozpuszczalne sole z jednowartościowymi kationami, na przykład: Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O i nierozpuszczalne sole z dwuwartościowymi kationami, CaB ₄ O ₇ .6H ₂ O.

W roztworze wodnym wytwarza kwaśny roztwór, myśląc, że ta właściwość wynika z odejmowania grup OH ^- od wody. Kwas borowy jest klasyfikowany jako słaby kwas typu Lewisa.

Kwas borowy reaguje z glicerolem i mannitolem, zwiększając kwasowość środowiska wodnego. Wartość pKa jest modyfikowana z 9,2 do 5, ze względu na tworzenie się chelatu boru-mannitolu ^- , który uwalnia H ⁺ .

Przygotowanie

Kwas borowy występuje w stanie wolnym w emanacjach wulkanicznych w regionach takich jak Toskania we Włoszech, Wyspy Lipari oraz w stanie Nevada w USA. Występuje również w minerałach, takich jak boraks, boracyt, uleksyt i kolemanit.

Kwas borowy jest wytwarzany głównie w reakcji mineralnego boraksu (dekahydratu czteroboranu sodu) z kwasami mineralnymi, takimi jak kwas solny, kwas siarkowy itp.

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

Jest również przygotowywany przez hydrolizę trihalogenku boru i diboranu.

Kwasu borowego otrzymuje się z kolemanitu (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). Procedura polega na potraktowaniu minerału kwasem siarkowym w celu rozpuszczenia związków boru.

Następnie roztwór zawierający kwas borowy oddziela się od nierozpuszczonych fragmentów. Roztwór poddaje się działaniu siarkowodoru w celu wytrącenia zanieczyszczeń arsenu i żelaza. Supernatant jest schładzany, aby wytworzyć osad kwasu borowego i oddzielić go od zawiesiny.

Aplikacje

W przemyśle

Do produkcji włókna szklanego stosuje się kwas borowy. Pomagając obniżyć temperaturę topnienia, zwiększa wytrzymałość i wydajność włókna szklanego tekstylnego - materiału używanego do wzmacniania tworzyw sztucznych stosowanych na statkach, rurociągach przemysłowych i obwodach komputerowych.

Kwas borowy uczestniczy w produkcji szkła borokrzemianowego, co pozwala na uzyskanie szkła odpornego na zmiany temperatury, mającego zastosowanie w kuchniach domowych, w wyrobach szklanych w laboratoriach, świetlówkach, światłowodach , Ekrany LCD itp.

Jest stosowany w przemyśle metalurgicznym do utwardzania i obróbki stopów stali, a także do promowania metalicznego powlekania materiałów.

Jest stosowany jako składnik chemiczny w szczelinowaniu hydraulicznym (fracking): metodzie stosowanej w wydobyciu ropy i gazu. Kwas borowy działa jako środek zmniejszający palność w materiałach celulozowych, tworzywach sztucznych i tekstyliach, które są impregnowane kwasem borowym w celu zwiększenia ich odporności na ogień.

W medycynie

Kwas borowy jest rozcieńczony w przemyciu oczu. Kapsułki żelatynowe z kwasem borowym są stosowane w leczeniu zakażeń grzybiczych, zwłaszcza Candida albicans. Stosowano go również w leczeniu trądziku.

Kwas borowy jest spryskiwany na skarpetkach, aby zapobiec infekcjom stóp, takich jak stopa sportowca. Podobnie, roztwory zawierające kwas borowy są stosowane w leczeniu zapalenia ucha zewnętrznego u ludzi i zwierząt.

Do butelek używanych do zbierania moczu dodawany jest kwas borowy, który zapobiega skażeniu bakteryjnemu przed badaniem w laboratoriach diagnostycznych.

Środek owadobójczy

Kwas borowy służy do kontrolowania rozmnażania się owadów, takich jak karaluchy, termity, mrówki itp. Nie zabija od razu karaluchów, gdyż najpierw wpływa na ich układ pokarmowy i nerwowy, a także niszczy ich egzoszkielet.

Kwas borowy działa powoli, umożliwiając owadom, które go połknęły, kontakt z innymi owadami, rozprzestrzeniając w ten sposób zatrucie.

Ochrona

Kwas borowy służy do zapobiegania atakowi drewna przez grzyby i owady, używany w tym celu w połączeniu z glikolem etylenowym. Zabieg ten jest również skuteczny w zwalczaniu mułu i glonów.

Bufor PH

Kwas borowy i jego sprzężona zasada tworzą układ buforowy o pKa = 9,24, co wskazuje, że bufor ten jest najbardziej skuteczny przy alkalicznym pH, co jest niezwykłe u żywych istot. Jednak do regulacji pH w basenach stosowany jest bufor boranowy.

Reaktor nuklearny

Kwas borowy ma zdolność wychwytywania neutronów termicznych, co zmniejsza możliwość niekontrolowanego rozszczepienia jądrowego, które może prowadzić do wypadków jądrowych.

rolnictwo

Bor jest pierwiastkiem niezbędnym do wzrostu roślin, co doprowadziło do zastosowania kwasu borowego jako wkładu pierwiastka. Jednak zbyt dużo kwasu borowego może szkodzić roślinom, zwłaszcza owocom cytrusowym.

Przeciwwskazania

Należy unikać stosowania kwasu borowego na odsłoniętą skórę, rany lub oparzenia produktu, który umożliwia jego wchłanianie. Jest to toksyczny związek w organizmie, który w niektórych przypadkach może powodować omdlenia, drgawki, skurcze, tiki twarzy i niskie ciśnienie krwi.

W przypadku stosowania kapsułek dopochwowych z kwasem borowym u kobiet w ciąży należy skonsultować się z lekarzem, ponieważ wskazano, że może to spowodować deformację płodu i zmniejszenie masy ciała dziecka po urodzeniu.

Należy również unikać umieszczania kwasu borowego, używanego jako środek owadobójczy, w miejscach niedostępnych dla dzieci, ponieważ dzieci są bardziej podatne na toksyczne działanie kwasu borowego, ustalając w nich śmiertelną dawkę na 2000 do 3000 mg .

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kwas borowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Kwas borowy. Baza danych PubChem. CID = 7628. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (28 marca 2019). Kwas borowy. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
5. Carrier Vibrating. (9 listopada 2018). Ukryte zastosowania kwasu borowego w życiu codziennym. Odzyskany z: carriervibrating.com
6. Krajowe Centrum Informacji o Pestycydach. (sf). Kwas borowy. Odzyskany z: npic.orst.edu
7. Redakcja. (30 listopada 2017). Kwas borowy: właściwości i zastosowania tego związku chemicznego. Odzyskany z: acidos.info
8. Chlorek sodu. (2019). Kwas borowy. Odzyskany z: chlorurosodio.com
9. Hiszpańskie Towarzystwo Farmacji Szpitalnej. (sf). Kwas borowy. . Odzyskany z: workgroups.sefh.es