BORAX: HISTORIE, STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, SYNTÉZA, RIZIKA - CHEMIE - 2025

Borax nebo boritan sodný je označení pro skupinu chemických sloučenin s bází vzorec Na ₂ B ₄ O ₇. Je to hygroskopická sůl schopná vytvářet četné hydráty, kromě toho, že je strukturálně obohacena přítomností určitých kovových nečistot.

Hlavní sloučeniny známé jako borax jsou následující: bezvodý tetraboritan sodný, Na ₂ B ₄ O ₇; sodný pentahydrát tetraboritanu (Na ₂ B ₄ O ₇).5H ₂ O; a dekahydrátu tetraboritanu sodného, Na ₂ B ₄ O ₇.10H ₂ O, nebo jeho ekvivalent, sodík tetraboritanu oktahydrát, Na ₂ B ₄ O ₅ (OH) ₄.8H ₂ O.

Fragment boraxu. Zdroj: Leon Hupperichs

Jak je zřejmé, všechny výše uvedené pevné látky se liší pouze stupněm hydratace; některé mají v krystalech více molekul vody než jiné. Fyzicky, borax vypadá jako robustní kousky nebo krystaly křídy (horní obrázek).

Borax se přirozeně vyskytuje v sezónních jezerních sedimentech vysušených odpařováním. Borax se vyrábí v Turecku, Searles Lakes (Kalifornie), v poušti Atacama, Chile, Bolívii, Tibetu a Rumunsku. Krystaly boraxu lze získat synteticky procesem pomalého nukleace; to je ten, ve kterém je podporován růst krystalů.

Tetraborát sodný, bezvodý a dekahydrátovaný, je špatně rozpustný ve studené vodě; ale jeho rozpustnost se zvyšuje se zvyšováním teploty. Na ₂ B ₄ O _{7. 10} H ₂ O je velmi rozpustný v ethylenglykolu, středně rozpustný v ethanolu a mírně rozpustný v acetonu; jedná se o méně polární rozpouštědla než voda.

Borax má řadu aplikací, například při výrobě detergentů a mýdel; jako zpomalovač hoření pro celulózový materiál; při výrobě skleněných vláken; při čištění tvrdých povrchů, jako jsou kovy, sklo a keramika; a při inhibici koroze, mimo jiné použití.

Borax dráždí oči, pokožku a dýchací cesty. Při požití může mimo jiné způsobit zvracení, průjem, ochablost, rozpad a záchvaty. V současné době existuje podezření, že může mít škodlivé účinky na reprodukci člověka.

Dějiny

Historie boraxu je matoucí. Je třeba poznamenat, že bylo objeveno v loži jezera v Tibetu, vysušené odpařením. V 8. století byl převeden z Tibetu do Saúdské Arábie po tzv. Silk Road.

Termín "borax" se stal populárním v důsledku četných aplikací, které pro něj byly nalezeny a prodávány pod názvem 20 Mule Team Borax Tradermax, které odkazovaly na způsob, jakým byl borax transportován přes pouště Nevada a Kalifornie.

Další verze jeho objevu ukazuje, že Egypťané věděli o jeho existenci po dlouhou dobu a používali ji při svařování kovů teplem. Kromě toho ji používali v lékařství a v procesu mumifikace. Borax byl přenesen do Evropy ve 13. století Marco Polo.

V polovině 19. století byla v poušti Mogave objevena velká ložiska bóraxu, která se od té doby stala běžnou.

Borax struktura

Struktura boraxových iontů. Zdroj: Smokefoot

Horní obrázek ukazuje ionty, které tvoří borax, specificky odpovídají na pevnou látku s kompoziční vzorcem Na ₂ · 8H ₂ O (nebo Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O).

Za prvé, v kleci struktura aniontu ² lze uvést (i když je třeba mít dva deprotonuje -OH skupiny, -O ^-), ve kterém lze vidět osmiboká kroužek (čtyři atomy B a čtyři O), s BOB most je dělení ve dvou polovinách.

Uvedená klec nezůstává statická, ale vibruje a přijímá různé tvary v prostoru; v menší míře však v blízkosti mostu. Také si lze všimnout, že je velmi "okysličený"; to znamená, že má mnoho atomů kyslíku, schopné interakce s molekulami vody prostřednictvím vodíkových vazeb.

Není tedy překvapivé, že krystaly boraxu mohou hydratovat a vytvářet četné hydráty. Tak se pevný Na ₂ · 8H ₂ O, je osm H ₂ O molekuly interagující s boritanem klecí, a ve stejnou dobu, s kovovými středy Na ⁺.

Na straně kationtu máme vodný komplex ⁺ _n, kde hodnota n bude záviset na poměru anion / kation. V horní pevné látce n = 2, takže máme: ²⁺, jejichž 2+ náboj neutralizuje 2 náboj boritanového aniontu.

Krystaly

Monoklinická jednotková buňka bóraxu. Zdroj: Ben Mills.

Nahoře je monoklinická jednotková buňka pro krystaly Na ₂ · 8H ₂ O nebo Na ₂ B ₄ O ₇ · 10 H ₂ O. Elektrostatické přitažlivosti a vodíkové vazby řídí nebo dominují strukturním vzorcům vzniklým v každém rozpětí krystalu.

Další hydráty a bezvodá sůl ztratí jednu nebo všechny své molekuly vody, čímž změní složení a strukturu krystalu boraxu. Ve všech z nich aniont a kation zůstávají stejné (pokud neexistují nečistoty nebo vedlejší reakce), takže v tomto ohledu nemůže dojít k záměně.

Zmatky s boritanovým aniontem

Na ₂ · 8H ₂ O a Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O jsou stejné. Proč?

Zaprvé, pokud se počítají jeho atomy, bude vidět, že se shodují v počtu; a za druhé, v aniontové B ₄ O ₇ ^2- absence dvou hydroxylových skupin vázaných na atom boru hlav BOB mostů je považován; dvě OHS, které, společně s dvěma H ⁺ z B ₄ O ₇ ^2-, přidat až 2 H ₂ O, tedy celkem 10 H ₂ O (8 + 2).

Vlastnosti

Jména

- Borax.

- Boritan sodný.

- tetraboritan sodný.

- tetraboritan disodný.

Molekulová hmotnost

Bezvodý: 201,22 g / mol.

Dekahydrát: 381,38 g / mol.

Fyzický vzhled

Bílá krystalická pevná látka.

Hustota

Bezvodý: 2,4 g / cm ³

Dekahydrátu: 1739 g / cm ³

Bod tání

Bezvodý: 743 ° C (1 369 ° F, 1 066 K).

Decahydrate: 75 ° C.

Bod varu

Bezvodý: 1 575 ° C (2 867 ° F, 1 848 K).

Rozpustnost ve vodě

31,78 g / l (pro bezvodý i dekahydrát).

Rozpustnost v organických rozpouštědlech

Je velmi rozpustný v ethylenglykolu, středně rozpustný v diethylenglykolu a methanolu a mírně rozpustný v acetonu.

Index lomu (ηD)

Bezvodý: η ₁ = 1,447; η ₂ = 1,469.

Decahydrate: η ₂ = 1,472.

Stabilita

Je stabilní za správných skladovacích podmínek. Ačkoli má nízký tlak par, zvyšuje se s teplotou, což vede ke krystalizaci a kondenzaci, takže je třeba se vyhnout nadměrným výkyvům teploty a vlhkosti.

Emise světla

Tetraborát sodný, když je vystaven působení ohně, vydává zelené světlo.

Reakce

- Když se rozpustí ve vodě, vytvoří alkalické roztoky s pH přibližně 9,2.

- Borax reaguje za vzniku dalších boritanů, jako je perboritan (PBS).

- Rovněž produkuje kyselinu boritou reakcí s kyselinou chlorovodíkovou:

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

- Tetraborát sodný se chová jako amfoterní látka, protože ve vodném roztoku hydrolyzuje a je schopen neutralizovat kyseliny. Stejně tak je schopen neutralizovat alkálie s vysokou koncentrací a zabránit nadměrnému zvýšení pH média.

Aplikace

Borax má četné aplikace, jak u lidí, tak ve všech činnostech, které vykonávají.

Antioxidační účinek

Borax má schopnost rozpustit oxidy. Z tohoto důvodu se používá při získávání kovů, jako je mosaz, měď, olovo a zinek.

Používá se také k prevenci oxidace kovových tyčí ve slévárnách. Borax zakrývá svůj povrch, vylučuje vzduch, a proto zabraňuje oxidaci. Kromě toho zabraňuje korozi železného materiálu při výrobě automobilů.

Rozpustnost boraxu v ethylenglykolu byla užitečná v nemrznoucích přípravcích. Borax neutralizuje kyselé zbytky, které vznikají během rozkladu ethylenglykolu, čímž se minimalizuje oxidace, kterou může povrch kovů podléhat.

Výroba lepidel

- Borax je součástí formulace škrobového lepidla pro vlnitý papír a lepenku.

- Jedná se o peptizační činidlo při výrobě lepidel na bázi kaseinu a dextrinu.

- Působí tak, že zesiluje adhezivní materiály zesíťováním konjugovaných hydroxylových skupin.

Zpomalovač ohně

Používá se jako zpomalovač hoření v celulózových materiálech a jiných polymerech, které obsahují hydroxylové skupiny. Svoji činnost uplatňuje prostřednictvím různých mechanismů, včetně vytváření skelné vrstvy, která omezuje přístup paliv.

Výroba borosilikátového skla (Pyrex)

Borax je zdrojem boru používaného při výrobě borosilikátového skla; vyznačuje se vysokou teplotou tání, nízkým koeficientem roztažnosti a vysokou odolností vůči tepelným šokům.

To umožňuje, aby byl vystaven vysokým teplotám, aniž by došlo ke zlomeninám a dostal jméno žáruvzdorného skla.

Borosilikátové sklo se používá při výrobě materiálů používaných v domácnosti k pečení potravin. Používá se také v laboratořích v kádince, baňkách, odměrných válcích, pipetách atd.

Emulgátor

Borax se spolu s dalšími sloučeninami používá k emulgaci mýdel a jiných parafinů. Používá se také jako základna pro výrobu krémů, krémů a mastí.

Čistící prostředky

- Přidává se do přípravků k čištění pevných povrchů, jako je kov, sklo a keramika.

- Používá se v čisticích prostředcích na ruce, leštících prostředcích a mycích prostředcích pro použití v prádelnách a doma. Kromě toho usnadňuje odstraňování mastných usazenin z výrobních podlah.

Lékařské použití

- Používá se při léčbě plísňových infekcí.

- Je součástí vzorce živin, které dodávají bór. Předpokládá se, že tento prvek se podílí na metabolismu vápníku, fosforu a hořčíku a může být nezbytný pro strukturu kosti.

- Podílí se na stanovení glykosylovaného hemoglobinu (HbA1C), testu používaného ke stanovení dlouhodobého vývoje diabetu u pacienta, protože poločas erytrocytů je 120 dní.

Tato informace je pro lékaře mnohem užitečnější než individuální měření glukózy v krvi od pacienta.

PH pufru

Používá se v různých pufrovacích systémech pH používaných v biochemii; mezi nimi Tris (hydroxymethyl) aminomethan-boritan, používaný při polyakrylamidové elektroforéze nukleových kyselin DNA a RNA.

Snížená tvrdost vody

Borax je schopen se kombinovat s ionty vápníku a hořčíku přítomnými ve vodě, což snižuje jejich koncentraci. To snižuje tvrdost vody.

Hnojivo a kompost

Borax se používá jako zdroj boru. Vápník a bór se podílejí na tvorbě buněčné stěny rostlin. Kromě toho bylo zdůrazněno, že bór podporuje opylení, a proto zasahuje do hnojení a množení rostlin.

Konzervace dřeva

Borax bojuje proti červotoči, brouka, který spotřebovává a ničí dřevo. Používá se také při ochraně a údržbě dřevěných lodí.

Tavení a tok

Používá se jako tavidlo při svařování oceli a železa, což způsobuje snížení teploty tání a vylučování oxidu železa; nežádoucí kontaminant. Pro podobný účel se podílí na pájení zlata a stříbra.

Ostatní

- Používá se jako mírný pesticid; například k boji s můry na vlně.

- Postřik se používá k regulaci škůdců přítomných ve skříních, vnitřních nádržích, v mezerách ve stěnách a obecně tam, kde není žádoucí použití více znečišťujících pesticidů.

- Používá se v jaderných reaktorech k řízení reakcí, které by v extrémních případech mohly vést k řetězové reakci.

- V radiátorech aut se borax používá k blokování míst, kde dochází k úniku vody.

Syntéza

Borax je získán reakcí minerální ulexit složený z prvků boru, sodíku a vápníku, s vzorce NaCaB ₅ O ₉.8H ₂ O, s uhličitanem sodným a hydrogenuhličitanu sodného ve vodném prostředí.

Ve skutečnosti je syntéza tetraborátu sodného nebo boraxu málo používána; Většina vyrobené sloučeniny se získává extrakcí minerálů, které ji obsahují.

Tento proces lze shrnout v rozpouštění rudy ve vodě, následované filtrací v jílu a nakonec odpařením vodného roztoku.

Rizika

Borax je přírodní produkt, může však způsobit řadu poškození lidského zdraví. Například kontakt s práškem boraxu může způsobit podráždění kůže, které by mohlo vést k dermatitidě.

Podobně borax způsobuje podráždění očí a horních cest dýchacích. Mezi příznaky jeho vdechnutí patří kašel a bolest v krku.

Mezitím se příjem boraxu projevuje následujícími příznaky: zvracení, nevolnost, průjem, ochablost, bolesti hlavy a záchvaty. Kromě toho může být ovlivněna funkce centrálního nervového systému a ledvin.

Ze studií provedených na samcích potkanů ​​krmených boraxem byla u nich pozorována atrofie varlat. Studie provedené na březích samicích potkanů ​​naznačily, že borax může procházet placentou, což vede ke změně vývoje plodu, což se projevuje nízkou porodní hmotností.

Předpokládá se, že expozice boraxu ovlivňuje mužskou reprodukční funkci u mužů, což se projevuje snížením počtu spermií.

Fatální dávka 10 až 25 gramů se odhaduje pro příjem boraxu u dospělých.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Argon. PubChem Database. CID = 23968. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Karolyn Burns, Seneca Joseph a Dr. Ryan Baumbach. (sf). Syntéza a vlastnosti boraxových krystalů a intermetalických slitin. Obnoveno z: nationalmaglab.org
4. Wikipedia. (2019). Borax. Obnoveno z: en.wikipedia.org
5. Rio Tinto. (2019). Dehydratát boraxu. 20 Mule Team Borax. Obnoveno z: borax.com
6. Fletcher Jenna. (14. ledna 2019). Je použití boraxu bezpečné? Obnoveno z: medicalnewstoday.com