Борна киселина

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Водородните връзки позволяват на молекулите на борната киселина да образуват успоредни слоеве в твърдо състояние.

Борната киселина е слаба Люисова киселина, която често се използва като антисептик, инсектицид, огнезащита, поглъщател на неутрони или като предшественик на други химични съединения. Има химична формула H3BO3 (понякога записвана и като B(OH)3) и съществува под формата на безцветни кристали или бял прах, който се разтваря във вода. Като минерал се нарича сасолин.

Борната киселина е отровна, само ако се приема вътрешно или се вдишва в големи количества. Дълготрайното излагане на борна киселина води до поражения по бъбреците.

Разпространение[редактиране | редактиране на кода]

Борната киселина (или сасолинът) се намира в природата в няколко вулканични райони, като например Тоскана и Еолийските острови в Италия и Невада в САЩ. В тези райони борната киселина се изпуска заедно с пара от пукнатини в земята. Среща се и като съставка в много минерали в природата – боракс, борацит, улексит и колеманит. Борната киселина и солите ѝ се срещат в морската вода. Освен това, тя се съдържа и в почти всички растителни плодове.[1]

Борната киселина е получена за пръв път от Вилхелм Хомберг от боракс, като по това време е наречена „седативна сол на Хомберг“ (на латински: sal sedativum Hombergi). Въпреки това, боратите, включително и борната киселина, се използват още от древни времена за чистене, консервиране и други дейности.[2]

Получаване[редактиране | редактиране на кода]

Борна киселина може да се получи чрез реагирането на боракс (натриев тетраборат) с минерална киселина, като например солна киселина:

Може да се получи и като вторичен продукт от хидролиза на борни трихалиди и диборан:[3]

(X = Cl, Br, I)

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Борната киселина съществува под формата на безцветни кристали или бял прах. Тя е много по-малко разтворима от NaCl във вода при обикновена температура и кристализира във вид на блестящи люспести кристали в моноклинна сингония.[4] С повишаване на температурата разтворимостта ѝ нараства. Слоестата структура на борната киселина и вандерваалсовите и несиметричните водородни връзки определят малката твърдост и ниската плътност на кристалите H3BO3 и цепителността ѝ на тънки люспести кристали.

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Структурата на борната киселина е слоеста, като слоевете са изградени от (BO3) единици, свързани помежду си с несиметрични водородни връзки. Тя е много слаба едносновна люисова киселина, действаща не като донор на H+, а като акцептор на OH- от водните молекули, като комплесът, който дава с водата, е източник на протони:

.[4]

Борната киселина е разтворима в кипяща вода. Когато се нагрее до над 170 °C, тя се дехидратира, образувайки метаборна киселина (HBO2):

Метаборната киселина е бяло кристално твърдо вещество, което е малко разтворимо във вода. Тя се топи при около 236 °C, а над 300 °C се дехидратира, образувайки тетраборна (пироборна) киселина (H2B4O7):

Терминът борна киселина понякога се отнася за всяко от тези съединения. По-нататъшно нагряване (до около 330 °C[5]) води до образуването на борен триоксид.

Има противоречиви тълкувания за произхода на киселинността на водните разтвори на борната киселина. Рамановата спектроскопия на силно алкални разтвори показва наличието на B(OH)
4
йони,[6] което кара някои учени да заключат, че киселинността се дължи единствено на извличането на OH от водата:[6][7][8][9]

(K = 7,3×10−10; pK = 9,14)

или по-точно изразени за водния разтвор:

Полиборатни аниони се образуват при pH 7 – 10, ако концентрацията на бор е над 0,025 mol/L. Най-известният такъв е тетраборатният йон, който се среща в минерала боракс:

Борната киселина спомага за абсорбцията на нискочестотен звук в морската вода.[10]

С полиоли като глицерин и манитол, киселинността на разтвора се увеличава. Така например с манитол pH спада до 5,15. Това се дължи на образуването на хелат, [((OH)4C6H8O2)2B], като тази характеристика се използва в аналитичната химия.[11]

Борната киселина се разтваря в безводна сярна киселина:[11]

Борната киселина взаимодейства с алкохоли, образувайки боратни естери, B(OR)3, където R е алкил или арил. Добавя се и дехидратиращ агент, като например концентрирана сярна киселина:[12]

Употреба[редактиране | редактиране на кода]

Промишленост[редактиране | редактиране на кода]

Основното промишлено приложение на борната киселина е в производството на нишки фибростъкло. То се използва за подсилване на пластмаси, от лодки до промишлени тръбопроводи и компютърни платки.[13] В бижутерството, борната киселина се използва често в комбинация със спирт за намаляване на повърхностното окисление.

Борната киселина, смесена с боракс в съотношение 4:5, е високо разтворима във вода, макар поотделно те да не са толкова разтворими.[14] Разтворът се използва като огнеупорен агент за дърво чрез импрегниране.[15]

Използва се като консервиращо средство и за получаване на натриев пероксоборат, който е важна съставна част на перилните препарати.[4] В индустриален мащаб натриев преоскиборат Na[B(OH)3OOH] се получава при електролиза на натриев борат.

Борната киселина е едно от най-често използваните вещества, което неутрализира флуороводородната киселина (HF). Тя кара свободните F аниони да образуват комплексни соли. Този процес премахва токсичността на флуороводородната киселина, в частност нейната способност за изолира калций от кръвния серум, което може да доведе до спиране на сърцето и разграждане на костите.[16]

Медицина[редактиране | редактиране на кода]

Борната киселина може да се използва като антисептик[4] за малки изгаряния или порязвания. Силно разреден разтвор от борна киселина може да се използва и за промивка на очите или за вагинален душ като лечение на бактериална вагиноза.[17] Като антибактериална съставка, борната киселина може да се използва и за третиране на акне. Продължителното използване на такъв разтвор при деца е токсично.[18]

Инсектицид[редактиране | редактиране на кода]

Борната киселина се използва за контролиране на хлебарки, термити, бълхи и много други насекоми. Продуктът като цяло се счита за безопасен за домакинска употреба. Той отравя стомасите на насекомите, което засяга метаболизма им, а сухият прах е абразивен за техните екзоскелети.[19][20] Поради това, борната киселина не убива насекомите моментално, а ги убива постепенно, след като са преминали по повърхност с прах от нея.

Консервиране[редактиране | редактиране на кода]

Борната киселина предотвратява и спира гниенето на дървесината. Може да се използва заедно с етиленгликол за третиране на дървото срещу гъби и насекоми. Възможно е да се инжектира под формата на гел в дървото. Концентрати, включващи киселината, могат да предотвратят развиването на мицел и водорасли дори и в морска среда.

Киселината се добавя към сол при втвърдяването на кожи на добитък. Това спомага за контролирането на бактериалната среда и насекомите.

Буфер на pH[редактиране | редактиране на кода]

Борната киселина в равновесие с основа от боратни йони се използва често (в концентрация от 50 до 100 ppm борни еквивалента) като буфер на pH в плувни басейни. Това е слаба киселина, с pKa = 9,24 (pH, при което буферирането е най-силно, тъй като свободните киселинни и боратни йони са в еднаква концентрация) в чиста вода при 25 °C.

Смазване[редактиране | редактиране на кода]

Колоидните суспензии от наночастици с борна киселина, разтворена в петрол или растително масло, могат да са особено добър лубрикант върху керамични или метални повърхности,[21] с коефициент на триене при плъзгане, който намалява с покачване на налягането от 0,1 до 0,02. Борна киселина се използва за смазване на дъските за керъм, което позволява по-бърза игра.[22]

Ядрена енергетика[редактиране | редактиране на кода]

Борната киселина се използва в атомните централи за неутронно отравяне. Борът в киселината намалява вероятността за ядрено делене, като абсорбира някои неутрони. Естественият бор е съставен от около 20% бор-10 и 80% бор-11. Изотопът бор-10 има голямо напречно сечение, което поглъща нискоенергийните неутрони. Увеличаването на концентрацията на борна киселина в охладителя на реактора намалява вероятността неутроните да предизвикат ядрено делене. Борна киселина се използва само в реакторите с вода под налягане. Кипящите реактори използват воден разтвор на борна киселина и боракс за аварийно спиране на системата. След аварията в Чернобил се изсипва борна киселина в избухналия четвърти реактор на централата за да се предотврати последваща ядрена реакция.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Allen, A. H. и др. The Determination of Boric Acid in Cider, Fruits, etc. // Analyst 29 (October). 1904. DOI:10.1039/an9042900301. с. 301 – 304.
  2. Ronald Eisler. Eisler's Encyclopedia of Environmentally Hazardous Priority Chemicals. Elsevier, 2007. ISBN 9780080547077. с. 59.
  3. Chapter 13: The Group 13 Elements. // Inorganic Chemistry. 3rd. Pearson, 2008. ISBN 978-0-13-175553-6. с. 340.
  4. а б в г Киркова, Елена. Химия на елемните и техните съединения. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 144-148.
  5. Balci, Suna и др. Boron Oxide Production Kinetics Using Boric Acid as Raw Material. // Industrial & Engineering Chemistry Research 51 (34). 2012. DOI:10.1021/ie300685x. с. 11091 – 11096.
  6. а б Jolly, W. L.. Modern Inorganic Chemistry. McGraw-Hill, 1984. с. 198.
  7. Housecroft, C.E., Sharpe, A.G.. Inorganic Chemistry. 2nd. Pearson Prentice-Hall, 2005. с. 314 – 315.
  8. MHE. Comprehensive Chemistry for JEE Advanced 2014. Tata McGraw-Hill Education. ISBN 9781259064265.
  9. Darpan, Pratiyogita. Competition Science Vision. // Pratiyogita Darpan, 1 май 2000.
  10. Underlying Physics and Mechanisms for the Absorption of Sound in Seawater. // National Physical Laboratory. Посетен на 21 април 2008.
  11. а б Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements. 2. Butterworth-Heinemann, 1997. ISBN 978-0-08-037941-8.
  12. Brown, Herbert C. и др. Convenient Procedures for the Preparation of Alkyl Borate Esters. // J. Am. Chem. Soc. 78 (15). 1956. DOI:10.1021/ja01596a015. с. 3613 – 3614.
  13. Boron and Borates. // Industrial Minerals and Rocks. 6th. Littleton, CO, SME, 1994. с. 171 – 186.
  14. Tsuyumoto, I. и др. Preparation of Highly Concentrated Aqueous Solution of Sodium Borate. // Inorganic Chemistry Communications 10 (1). 2007. DOI:10.1016/j.inoche.2006.08.019. с. 20 – 22.
  15. Tsuyumoto, I. и др. Development of Fire Resistant Laminated Wood Using Concentrated Sodium Polyborate Aqueous Solution. // Journal of Wood Chemistry and Technology 29 (4). 2009. DOI:10.1080/02773810903033721. с. 277 – 285.
  16. Method 3052 microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices. // US EPA, 22 юни 2015.
  17. Abercrombie, P.. Vaginitis. // Integrative Women's Health. New York, NY, Oxford University Press, 2010. ISBN 978-0-19-537881-8. с. 192.
  18. Harvey, S. C.. Antiseptics and Disinfectants; Fungicides; Ectoparasiticides. // Goodman & Gillman's The Pharmacological Basis of Therapeutics. 6th. 1980. ISBN 978-0-02-344720-4. с. 971.
  19. Boric Acid General Fact Sheet
  20. Boric Acid
  21. Düzcükoğlu, H. и др. Lubrication Properties of Vegetable Oils Combined with Boric Acid and Determination of Their Effects on Wear. // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 32 (3). 2009. DOI:10.1080/15567030802606053. с. 275 – 285.
  22. Singh, Harpreet. Standard equipments. // Punjab State Carrom Association. Посетен на 24 септември 2009.