KYSELINA BORITÁ: CHEMICKÁ STRUKTURA, VLASTNOSTI, PŘÍPRAVA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Kyselina boritá je anorganická sloučenina s chemickým vzorcem H ₃ BO ₃. Skládá se z bílé nebo bezbarvé pevné látky. Je to slabá kyselina, která ve vodném roztoku produkuje v závislosti na své koncentraci pH mezi 3,8 a 4,8. Je špatně rozpustný ve studené vodě a mírně rozpustný v horké vodě.

Kyselina boritá byla objevena v roce 1702 Wilhelmem Hombergem (1652-1713), který léčil borax kyselinou sírovou a získal roztok s léčivým účinkem, který dostal název Hombergovy sedativní vody.

Pevný vzorek kyseliny borité na hodinovém skle. Zdroj: Walkerma prostřednictvím Wikipedie.

Je však také třeba poznamenat, že Homberg připravil kyselinu boritou přidáním vody do bóraxu a zahříváním roztoku, dokud se neodpařil, takže krystaly kyseliny borité zůstaly v sedimentu.

Tato kyselina je velmi užitečnou sloučeninou, která má řadu aplikací v průmyslu a medicíně, používá se také jako insekticid, ochrana dřeva, retardér hoření a je součástí roztoku pufru pH.

Chemická struktura

Molekula kyseliny borité reprezentovaná modelem sfér a tyčí. Zdroj: Benjah-bmm27

V horním obrázku máme skutečnou molekulu H ₃ BO ₃. Všimněte si, že atomy vodíku, reprezentované bílými koulími, nejsou vázány na centrální atom boru, jak by mohl naznačovat chemický vzorec; ale spíše k atomům kyslíku, reprezentovaným červenými koulími.

Výhodnějším vzorcem, i když méně používaným, pro kyselinu boritou je B (OH) ₃, což naznačuje, že její kyselost je způsobena ionty H ⁺ uvolňovanými z jejích OH skupin. B (OH) ₃ molekula má trigonální planimetrie, s jeho boru atomem, který má sp ² chemickou hybridizaci.

B (OH) ₃ je vysoce kovalentní molekula, protože rozdíl v elektronegativitě mezi atomem boru a kyslíkem není příliš velký; takže BO vazby jsou v podstatě kovalentní. Také si všimněte, že struktura této molekuly se podobá struktuře zvlákňovače. Bude to možné otáčet na své vlastní ose stejným způsobem?

Krystaly

Jednotková buňka pro krystal H3BO3. Zdroj: Benjah-bmm27

Horní obrázek ukazuje jednotkovou buňku odpovídající triklinické krystalické struktuře kyseliny borité, která může za určitých syntetických podmínek přijmout kompaktní hexagonální strukturu. Všimněte si, že na jednu buňku jsou čtyři molekuly a že jsou uspořádány ve dvou vrstvách, A a B, které se střídají (nejsou na sebe navrstveny).

Vzhledem k symetrii a orientaci vazeb B-OH lze předpokládat, že B (OH) ₃ je nepolární; existence mezimolekulárních vodíkových vazeb však příběh mění. Každá molekula B (OH) ₃ bude dávat nebo přijímat tři z těchto můstků s celkem šesti interakcemi dipól-dipól, jak je vidět na obrázku níže:

Krystalické vrstvy H3BO3 pozorované z vyšší osy. Zdroj: Benjah-bmm27

Všimněte si, že tyto vodíkové vazby jsou směrové interakce, které řídí krystaly kyseliny borité a vytvářejí vzory ozdobných aspektů; vnitřní kroužky snad s dostatkem prostoru pro uzavření některých nečistot, které nejsou v krystalických defektech.

Tyto vodíkové vazby, navzdory nízké molekulové hmotnosti B (OH) ₃, udržují svůj krystal dostatečně soudržný, takže k roztavení potřebuje teplotu 171 ° C. Není známo, jaké účinky by vysoké tlaky (v řádu GPa) měly na molekulární vrstvy B (OH) ₃.

Vlastnosti

Jména

IUPAC: kyselina boritá a trihydroxid boritý. Další názvy: kyselina orthoborová, kyselina boritá, sassolit, borofax a trihydroxyboran.

Molární hmotnost

61,83 g / mol

Fyzický vzhled

Čirá, bezbarvá krystalická bílá pevná látka. Je také k dispozici jako granule nebo jako bílý prášek. Mírně krémová na dotek.

Zápach

Toaleta

Chuť

Mírně hořké

Bod tání

170,9 ° C

Bod varu

300 ° C

Rozpustnost ve vodě

Středně rozpustný ve studené vodě a rozpustný v horké vodě:

2,52 g / 100 ml (0 ° C)

27,50 g / 100 ml (100 ° C)

Kyselina boritá je částečně rozpustná ve vodě a má sklon ji v ní klesat. Uvedená rozpustnost má tendenci se zvyšovat v přítomnosti kyselin, jako je kyselina chlorovodíková, citronová a vinná.

Rozpustnost v jiných rozpouštědlech

-Glycerol: 17,5% při 25 ° C

-Etylenglykol: 18,5% při 25 ° C

-Aceton: 0,6% při 25 ° C

-Etylacetát: 1,5% při 25 ° C

-Metanol: 172 g / l při 25 ° C

- Ethanol: 94,4 g / l při 25 ° C

Rozdělovací koeficient oktanol / voda

Protokol P = -0,29

Kyselina (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Toto jsou tři konstanty jejich příslušných disociací k uvolnění H ⁺ ve vodě.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% ve vodném roztoku)

5,1 (0,1 mol)

Tlak páry

1,6 ^10-6 mmHg

Stabilita

Stabilní ve vodě

Rozklad

Při zahřátí nad 100 ° C se rozkládá a vytváří anhydrid kyseliny borité a vodu.

Reaktivita

Kyselina boritá tvoří rozpustné soli s jednomocnými kationty, například: Na ₂ B ₄ O _{7. 10} H ₂ O, a nerozpustné soli s dvojmocnými kationty, CaB ₄ O ₇ 0,6 H ₂ O.

Ve vodném roztoku vytváří kyselý roztok, domnívající se, že tato vlastnost byla způsobena odečtením OH ^- skupin od vody. Kyselina boritá je klasifikována jako slabá kyselina typu Lewis.

Kyselina boritá reaguje s glycerolem a mannitolem, což zvyšuje kyselost vodného média. Hodnota pKa je upraven z 9,2 až 5, vzhledem k tvorbě boru-mannitol chelát ^-, která uvolňuje H ⁺.

Příprava

Kyselina boritá se nachází ve volném stavu při sopečných emanacích v regionech, jako je Toskánsko v Itálii, na ostrovech Lipari a ve státě Nevada v USA. To je také nalezené v nerostech takový jako borax, boracite, ulexite, a colemanite.

Kyselina boritá se připravuje hlavně reakcí minerálního boraxu (dekahydrát tetraboritanu sodného) s minerálními kyselinami, jako je kyselina chlorovodíková, kyselina sírová atd.

Na ₂ B ₄ O _{9 10} H ₂ O + HCI => 4 H ₃ BO ₃ + 2 NaCl + 5 H ₂ O

Připravuje se také hydrolýzou halogenidu boritého a diboranu.

Kyselina boritá se připraví z colemanitem (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). Postup spočívá v úpravě minerálu kyselinou sírovou za účelem rozpuštění sloučenin boru.

Potom se roztok, ve kterém je přítomna kyselina boritá, oddělí od nerozpuštěných fragmentů. K roztoku se přidá sirovodík k vysrážení nečistot arsenu a železa. Supernatant se ochladí, čímž se vytvoří sraženina kyseliny borité a oddělí se od suspenze.

Aplikace

V průmyslu

Kyselina boritá se používá při výrobě skleněných vláken. Pomáhá snižovat teplotu tání a zvyšuje pevnost a účinnost textilního laminátu - materiálu používaného k vyztužení plastů používaných v lodích, průmyslových potrubích a deskách počítačových obvodů.

Kyselina boritá se podílí na výrobě borosilikátového skla, které umožňuje získat sklo odolné vůči změnám teploty, použitelné v kuchyni domácností, ve skle v laboratořích, zářivkách, optických vláknech, LCD obrazovky atd.

Používá se v metalurgickém průmyslu k vytvrzování a úpravě slitin oceli, jakož i k podpoře kovového lakování materiálů.

Používá se jako chemická složka při hydraulickém štěpení (štěpení): metoda používaná při těžbě ropy a plynu. Kyselina boritá působí jako zpomalovač hoření u celulózových materiálů, plastů a textilií, které jsou impregnovány kyselinou boritou, aby se zvýšila jejich odolnost proti ohni.

V medicíně

Kyselina boritá se používá zředěná při mytí očí. Želatinové tobolky kyseliny borité se používají k léčbě plísňových infekcí, zejména Candida albicans. Používá se také při léčbě akné.

Kyselina boritá se sype na ponožky, aby se předešlo infekcím nohou, jako je noha atleta. Podobně se roztoky obsahující kyselinu boritou používají k léčbě zánětu zevní u lidí i u zvířat.

Kyselina boritá se přidává do lahví používaných pro sběr moči, což zabraňuje bakteriální kontaminaci před vyšetřením v diagnostických laboratořích.

Insekticid

Kyselina boritá se používá k řízení proliferace hmyzu, jako jsou švábi, termiti, mravenci atd. Nezabíjejí šváby okamžitě, protože to nejprve ovlivňuje jejich zažívací a nervový systém a ničí také jejich exoskelet.

Kyselina boritá působí pomalu, což umožňuje hmyzům, které ji požily, přijít do styku s jiným hmyzem, čímž se šíří otrava.

Zachování

Kyselina boritá se používá k zabránění napadení dřeva houbami a hmyzem, přičemž se k tomuto účelu používá ve spojení s ethylenglykolem. Toto ošetření je také účinné při regulaci bahna a řas.

PH pufru

Kyselina boritá a její konjugovaná báze tvoří pufrovací systém pKa = 9,24, což ukazuje, že tento pufr je nejúčinnější při alkalickém pH, což je u živých bytostí neobvyklé. Borátový pufr se však používá při regulaci pH v bazénech.

Jaderné reaktory

Kyselina boritá má schopnost zachytit tepelné neutrony, což snižuje možnost nekontrolovaného štěpení jader, které může vést k jaderným haváriím.

zemědělství

Bór je nezbytným prvkem pro růst rostlin, což vedlo k použití kyseliny borité pro příspěvek tohoto prvku. Příliš mnoho kyseliny borité však může poškodit rostliny, zejména citrusové plody.

Kontraindikace

Vyhněte se použití kyseliny borité na obnaženou pokožku, ránu nebo popáleniny, které umožňují její absorpci. Jedná se o toxickou sloučeninu uvnitř těla a v některých případech může způsobit mdloby, záchvaty, křeče, obličejové tiky a nízký krevní tlak.

Použití vaginálních tobolek s kyselinou boritou u těhotných žen by mělo být konzultováno, protože bylo prokázáno, že by to mohlo způsobit deformaci plodu a snížení tělesné hmotnosti dítěte při narození.

Rovněž je třeba se vyvarovat umístění kyseliny borité používané jako insekticid na místa v dosahu dětí, protože děti mají větší náchylnost k toxickému působení kyseliny borité a stanoví v nich fatální dávku na 2 000 až 3 000 mg..

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kyselina boritá. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Kyselina boritá. PubChem Database. CID = 7628. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Editors of Encyclopaedia Britannica. (28. března 2019). Kyselina boritá. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
5. Carrier Vibrating. (9. listopadu 2018). Skryté použití kyseliny borité ve vašem každodenním životě. Obnoveno z: carriervibrating.com
6. Národní informační centrum pro pesticidy. (sf). Kyselina boritá. Obnoveno z: npic.orst.edu
7. Vypracování. (30. listopadu 2017). Kyselina boritá: vlastnosti a použití této chemické sloučeniny. Obnoveno z: acidos.info
8. Chlorid sodný. (2019). Kyselina boritá. Obnoveno z: chlorurosodio.com
9. Španělská společnost nemocniční lékárny. (sf). Kyselina boritá.. Obnoveno z: workgroups.sefh.es