KYSELINA BORITÁ: CHEMICKÁ ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, PRÍPRAVA, POUŽITIE - CHÉMIA - 2024

Kyselina boritá je anorganická zlúčenina s chemickým vzorcom H ₃ BO ₃ . Skladá sa z bielej alebo bezfarebnej pevnej látky. Je to slabá kyselina, ktorá vo vodnom roztoku produkuje v závislosti od svojej koncentrácie pH medzi 3,8 a 4,8. Je slabo rozpustný v studenej vode a mierne rozpustný v horúcej vode.

Kyselina boritá bola objavená v roku 1702 Wilhelmom Hombergom (1652 - 1713), ktorý liečil borax kyselinou sírovou a získal roztok s liečivým účinkom, ktorý dostal názov Hombergovej sedatívnej vody.

Pevná vzorka kyseliny boritej na hodinovom skle. Zdroj: Walkerma prostredníctvom Wikipédie.

Je však tiež potrebné poznamenať, že Homberg pripravil kyselinu boritú pridaním vody do bóraxu a zahrievaním roztoku až do odparenia, čím kryštály kyseliny boritej zostali v sedimente.

Táto kyselina je vysoko užitočná zlúčenina, ktorá má mnoho aplikácií v priemysle a medicíne, používa sa tiež ako insekticíd, ochrana dreva, spomaľovač horenia a je súčasťou tlmivého roztoku pH.

Chemická štruktúra

Molekula kyseliny boritej predstavovaná modelom guľôčok a tyčiniek. Zdroj: Benjah-bmm27

V hornom obrázku máme skutočnú molekulu H ₃ BO ₃ . Všimnite si, že atómy vodíka, predstavované bielou guľou, sa neviažu na centrálny atóm bóru, ako to môže naznačovať chemický vzorec; ale skôr na atómy kyslíka reprezentované červenými guľami.

Výhodnejšou formuláciou, hoci sa menej používa, pre kyselinu boritú je B (OH) ₃ , čo naznačuje, že jej kyslosť je spôsobená iónmi H ⁺ uvoľnenými z jej OH skupín. B (OH) ₃ molekula má trigonální planimetrie, s jeho bóru atómom, ktorý má sp ² chemickú hybridizácii .

B (OH) ₃ je vysoko kovalentná molekula, pretože rozdiel v elektronegativite medzi atómom bóru a kyslíkom nie je príliš veľký; takže väzby BO sú v podstate kovalentné. Tiež si všimnite, že štruktúra tejto molekuly sa podobá štruktúre rozmetávača. Dokáže sa točiť na svojej vlastnej osi rovnakým spôsobom?

kryštály

Jednotková bunka pre kryštál H3BO3. Zdroj: Benjah-bmm27

Horný obrázok ukazuje jednotkovú bunku zodpovedajúcu triklinickej kryštalickej štruktúre kyseliny boritej, ktorá môže za určitých syntetických podmienok prevziať kompaktnú hexagonálnu štruktúru. Všimnite si, že na jednu bunku sú štyri molekuly a že sú usporiadané v dvoch vrstvách, A a B, ktoré sa striedajú (nie sú na seba navrstvené).

Vzhľadom na symetriu a orientáciu väzieb B-OH sa dá predpokladať, že B (OH) ₃ je nepolárny; existencia intermolekulárnych vodíkových väzieb však mení príbeh. Každá molekula B (OH) ₃ poskytne alebo prijme tri z týchto mostíkov, spolu s celkom šiestimi dipólovými a dipólovými interakciami, ako je možné vidieť na obrázku nižšie:

Kryštalické vrstvy H3BO3 pozorované z vyššej osi. Zdroj: Benjah-bmm27

Všimnite si, že tieto vodíkové väzby sú smerové interakcie, ktorými sa riadia kryštály kyseliny boritej a ktoré vytvárajú vzory okrasných aspektov; vnútorné krúžky možno s dostatočným priestorom na uzavretie niektorých nečistôt, ktoré nie sú v defektoch kryštálov.

Tieto vodíkové väzby, napriek nízkej molekulovej hmotnosti B (OH) ₃ , udržujú svoj kryštál dostatočne súdržný, aby na roztavenie potrebovali teplotu 171 ° C. Nie je známe, aké účinky by mali vysoké tlaky (rádovo GPa) na molekulárne vrstvy B (OH) ₃ .

vlastnosti

mená

IUPAC: kyselina boritá a hydroxid boritý. Iné názvy: kyselina orthoborová, kyselina boritá, sassolit, borofax a trihydroxyborán.

Molárna hmota

61,83 g / mol

Fyzický vzhľad

Číra bezfarebná kryštalická biela tuhá látka. Je tiež dostupný vo forme granúl alebo vo forme bieleho prášku. Jemne krémová na dotyk.

vône

Toaleta, WC

príchuť

Mierne horké

Bod topenia

170,9 ° C

Bod varu

300 ° C

Rozpustnosť vo vode

Stredne rozpustný v studenej vode a rozpustný v horúcej vode:

2,52 g / 100 ml (0 ° C)

27,50 g / 100 ml (100 ° C)

Kyselina boritá je čiastočne rozpustná vo vode a má tendenciu v nej klesať. Uvedená rozpustnosť má tendenciu sa zvyšovať v prítomnosti kyselín, ako je kyselina chlorovodíková, citrónová a vínna.

Rozpustnosť v iných rozpúšťadlách

-Glycerol: 17,5% pri 25 ° C

-Etylénglykol: 18,5% pri 25 ° C

-Acetón: 0,6% pri 25 ° C

-Etylacetát: 1,5% pri 25 ° C

-Metanol: 172 g / l pri 25 ° C

- etanol: 94,4 g / l pri 25 ° C

Rozdeľovací koeficient oktanol / voda

Denník P = -0,29

Kyslosť (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Toto sú tri konštanty ich príslušných disociácií na uvoľňovanie H ⁺ vo vode.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% vo vodnom roztoku)

5,1 (0,1 mol)

Tlak vodnej pary

1,6 ^10-6 mmHg

stabilita

Stabilný vo vode

rozklad

Pri zahrievaní nad 100 ° C sa rozkladá a vytvára anhydrid boritý a vodu.

reaktivita

Boritej kyslé formy vo vode rozpustné soli s jednomocnými katiónmi, napríklad: Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O, a nerozpustné soli s dvojmocnými katiónmi, kabína ₄ O ₇ .6H ₂ O.

Vo vodnom roztoku vytvára kyslý roztok, pričom sa domnieva, že táto vlastnosť bola spôsobená odpočítaním OH ^- skupín od vody. Kyselina boritá je klasifikovaná ako slabá kyselina Lewisovho typu.

Kyselina boritá reaguje s glycerolom a manitolom, čím zvyšuje kyslosť vodného média. Hodnota pKa je upravený z 9,2 až 5, vzhľadom k tvorbe bóru-manitol chelát ^- , ktorá uvoľňuje H ⁺ .

príprava

Kyselina boritá sa nachádza v slobodnom stave pri sopečných emanáciách v oblastiach ako Toskánsko v Taliansku, na ostrovoch Lipari a v štáte Nevada v USA. Nachádza sa tiež v mineráloch, ako je borax, boracit, ulexit a colemanit.

Kyselina boritá sa pripravuje hlavne reakciou minerálneho boraxu (dekahydrát tetraboritanu sodného) s minerálnymi kyselinami, ako je kyselina chlorovodíková, kyselina sírová atď.

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

Pripravuje sa tiež hydrolýzou halogenidu boritého a dibóranu.

Kyselina boritá sa pripraví z colemanitem (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). Tento postup spočíva v spracovaní minerálu kyselinou sírovou na rozpustenie zlúčenín bóru.

Potom sa roztok, v ktorom je prítomná kyselina boritá, oddelí od nerozpustených fragmentov. Na roztok sa pôsobí sírovodíkom, aby sa vyzrážali nečistoty arzénu a železa. Supernatant sa ochladí, čím sa získa zrazenina kyseliny boritej a oddelí sa od suspenzie.

aplikácia

V priemysle

Kyselina boritá sa používa na výrobu sklenených vlákien. Pomáha znižovať teplotu topenia, zvyšuje pevnosť a účinnosť textilného laminátu - materiálu používaného na vystužovanie plastov používaných v lodiach, priemyselných potrubiach a doskách s počítačovými obvodmi.

Kyselina boritá sa podieľa na výrobe borosilikátového skla, ktoré umožňuje získať sklo odolné voči zmenám teploty, použiteľné v kuchyni domácností, v sklenených výrobkoch v laboratóriách, žiarivkách, optických vláknach , LCD obrazovky atď.

Používa sa v metalurgickom priemysle na tvrdenie a úpravu oceľových zliatin, ako aj na podporu kovového povlaku materiálov.

Používa sa ako chemická zložka pri hydraulickom štiepení (štiepenie): metóda používaná pri ťažbe ropy a plynu. Kyselina boritá pôsobí ako spomaľovač horenia v celulózových materiáloch, plastoch a textíliách impregnovaných kyselinou boritou, aby sa zvýšila ich odolnosť proti ohňu.

V medicíne

Kyselina boritá sa používa zriedená pri umývaní očí. Želatínové kapsuly kyseliny boritej sa používajú na liečbu plesňových infekcií, najmä Candida albicans. Používa sa tiež pri liečbe akné.

Kyselina boritá sa nanáša na ponožky, aby sa predišlo infekciám chodidiel, ako je napríklad atletická noha. Podobne sa roztoky obsahujúce kyselinu boritú používajú pri liečení zápalu stredného ucha ako u ľudí, tak u zvierat.

Kyselina boritá sa pridáva do fliaš používaných na zber moču, čo zabraňuje bakteriálnej kontaminácii pred vyšetrením v diagnostických laboratóriách.

insekticíd

Kyselina boritá sa používa na kontrolu šírenia hmyzu, ako sú šváby, termiti, mravce atď. Nezabíja šváby okamžite, pretože to najskôr ovplyvňuje ich tráviaci a nervový systém, ako aj ničí ich exoskelet.

Kyselina boritá účinkuje pomaly a umožňuje hmyzu, ktorý ju prehltol, prísť do kontaktu s iným hmyzom, čím sa šíri otrava.

konzervácia

Kyselina boritá sa používa na prevenciu napadnutia dreva hubami a hmyzom a používa sa na tento účel v spojení s etylénglykolom. Toto ošetrenie je tiež účinné pri regulácii bahna a rias.

PH tlmivého roztoku

Kyselina boritá a jej konjugovaná báza tvoria tlmivý systém pKa = 9,24, čo naznačuje, že tento tlmivý roztok je najúčinnejší pri zásaditom pH, čo je u živých bytostí neobvyklé. Borátový pufor sa však používa pri regulácii pH v bazénoch.

Jadrové reaktory

Kyselina boritá má schopnosť zachytávať tepelné neutróny, čo znižuje možnosť nekontrolovateľného jadrového štiepenia, ktoré môže viesť k jadrovým haváriám.

poľnohospodárstva

Bór je základným prvkom pre rast rastlín, ktorý viedol k použitiu kyseliny boritej pre príspevok tohto prvku. Príliš veľa kyseliny boritej však môže poškodiť rastliny, najmä citrusové plody.

kontraindikácie

Malo by sa vyhnúť použitiu kyseliny boritej na obnaženú pokožku, ranu alebo popáleniny, ktorá umožňuje jej absorpciu. Je to toxická zlúčenina vo vnútri tela av niektorých prípadoch to môže spôsobiť mdloby, záchvaty, kŕče, tváre a nízky krvný tlak.

Použitie vaginálnych kapsúl kyseliny boritej u tehotných žien sa musí konzultovať s lekárom, pretože sa zistilo, že by to mohlo spôsobiť deformáciu plodu a zníženie telesnej hmotnosti dieťaťa pri narodení.

Malo by sa tiež zabrániť umiestneniu kyseliny boritej, ktorá sa používa ako insekticíd, na miesta v dosahu detí, pretože deti majú väčšiu náchylnosť na toxický účinok kyseliny boritej, pričom v nich sa stanovuje fatálna dávka na 2 000 až 3 000 mg. ,

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kyselina boritá. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Kyselina boritá. PubChem Database. CID = 7628. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Editori encyklopédie Britannica. (28. marca 2019). Kyselina boritá. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
5. Vibrácia dopravcu. (9. novembra 2018). Skryté použitia kyseliny boritej vo vašom každodennom živote. Získané z: carriervibrating.com
6. Národné informačné centrum pre pesticídy. (SF). Kyselina boritá. Získané z: npic.orst.edu
7. Navrhovanie. (30. november 2017). Kyselina boritá: vlastnosti a použitie tejto chemickej zlúčeniny. Získané z: acidos.info
8. Chlorid sodný. (2019). Kyselina boritá. Získané z: chlorurosodio.com
9. Španielska spoločnosť nemocničnej farmácie. (SF). Kyselina boritá. , Obnovené z: workgroups.sefh.es