Борна киселина

химично съединение

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.

Борна киселина
Boric acid.jpg
Имена
По IUPAC ортоборна киселина
Идентификатори
Номер на CAS 10043-35-3
PubChem 7628
ChemSpider 7346
Номер на ЕК 233-139-2
KEGG D01089
ChEBI 33118
ChEMBL 42403
SMILES
OB(O)O
StdInChI
1S/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H
StdInChI ключ KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N
InChI 1/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H
InChI ключ KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYAI
UNII R57ZHV85D4
Свойства
Формула H3BO3
Моларна маса 61,83 g·mol−1
Външен вид бели кристали
Плътност 1,435 g/cm3
Точка на топене 170,9 °C
Точка на кипене 300 °C
Разтворимост вода 4,72 g/100 mL
pKa 9,24 (I), 12,4 (II), 13,3 (III)
Магнитна възприемчивост -34,1·10−6 cm3/mol
Структура
Молекулна форма тригонална равнинна
Диполен момент 0
Опасности
Фрази за риск R60 R61
Фрази за безопасност S53 S45
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
1
0
Точка на запалване незапалима
LD50 2660 mg/kg (мишка)
Данните са при стандартно състояние
на материалите (25 °C, 100 kPa)
,
освен където е указано по друг начин.
Борна киселина в Общомедия
Водородните връзки позволяват на молекулите на борната киселина да образуват успоредни слоеве в твърдо състояние.

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.

РазпространениеРедактиране

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]

ПолучаванеРедактиране

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

Na2B4O7·10H2O + 2 HCl → 4 B(OH)3 [или H3BO3] + 2 NaCl + 5 H2O

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

B2H6 + 6 H2O → 2 B(OH)3 + 6 H2
BX3 + 3 H2O → B(OH)3 + 3 HX (X = Cl, Br, I)

СвойстваРедактиране

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

H3BO3 → HBO2 + H2O

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

4 HBO2 → H2B4O7 + H2O

Терминът борна киселина понякога се отнася за кое да е от тези съединения. По-нататъшно нагряване (до около 330 °C[4]) води до образуването на борен триоксид.

H2B4O7 → 2 B2O3 + H2O

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,[5] което кара някои учени да заключат, че киселинността се дължи единствено на извличането на OH от водата:[5][6][7][8]

B(OH)3 + H2O ⇌ B(OH)
4
+ H+ (K = 7,3×10−10; pK = 9,14)

или по-точно изразени за водния разтвор:

B(OH)3 + 2 H2O ⇌ B(OH)
4
+ H3O+

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:

4[B(OH)4] + 2H+ ⇌ [B4O5(OH)4]2− + 7H2O

Борната киселина спомага за абсорбцията на нискочестотен звук в морската вода.[9]

РеакцииРедактиране

С полиоли като глицерин и манитол, киселинността на разтвора се увеличава. Така например, с манитол, pK спада до 5,15. Това се дължи на образуването на хелат, [((OH)4C6H8O2)2B], като тази характеристика се използва в аналитичната химия.[10]

Борната киселина се разтваря в безводна сярна киселина:[10]

B(OH)3 + 6H2SO4 → 3H3O+ + 2HSO4 + B(HSO4)4

Борната киселина взаимодейства с алкохоли, образувайки боратни естери, B(OR)3, където R е алкил или арил. Дехидратиращ агент, като например концентрирана сярна киселина, обикновено се добавя:[11]

B(OH)3 + 3 ROH → B(OR)3 +3 H2O

УпотребаРедактиране

ПромишленостРедактиране

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.[12] В бижутерството, борната киселина се използва често в комбинация със спирт за намаляване на повърхностната оксидация.

Борната киселина, смесена с боракс в съотношение 4:5, е високо разтворима във вода, макар поотделно те да не са толкова разтворими.[13] Разтворът се използва като огнеупорен агент за дърво чрез импрегниране.[14]

Борната киселина е едно от най-често използваните вещества, които могат да неутрализира активна флуороводородна киселина (HF). Тя кара свободните F аниони да образуват сложни 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.[15]

МедицинаРедактиране

Борната киселина може да се използва като антисептик 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.[16] Като антибактериална съставка, борната киселина може да се използва и за третиране на акне. Продължителното използване на такъв разтвор при деца е токсично.[17]

ИнсектицидРедактиране

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.[18][19] Поради това, борната киселина не убива насекомите моментално, а ги убива постепенно, след като са преминали по повърхност с прах от нея.

КонсервиранеРедактиране

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 формат ана 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 pHРедактиране

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.

СмазванеРедактиране

Колоидните суспензии от наночастици с борна киселина, разтворена в петрол или растително масло, могат да са особено добър лубрикант върху керамични или метални повърхности,[20] 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.[21]

Ядрена енергетикаРедактиране

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.

ИзточнициРедактиране

  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. 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.
  5. а б Jolly, W. L.. Modern Inorganic Chemistry. McGraw-Hill, 1984. с. 198.
  6. Housecroft, C.E., Sharpe, A.G.. Inorganic Chemistry. 2nd. Pearson Prentice-Hall, 2005. с. 314 – 315.
  7. MHE. Comprehensive Chemistry for JEE Advanced 2014. Tata McGraw-Hill Education. ISBN 9781259064265.
  8. Darpan, Pratiyogita. Competition Science Vision. // Pratiyogita Darpan, 1 май 2000.
  9. Underlying Physics and Mechanisms for the Absorption of Sound in Seawater. // National Physical Laboratory. Посетен на 21 април 2008.
  10. а б Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements. 2. Butterworth-Heinemann, 1997. ISBN 978-0-08-037941-8.
  11. 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.
  12. Boron and Borates. // Industrial Minerals and Rocks. 6th. Littleton, CO, SME, 1994. с. 171 – 186.
  13. 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.
  14. 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.
  15. Method 3052 microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices. // US EPA, 22 юни 2015.
  16. Abercrombie, P.. Vaginitis. // Integrative Women's Health. New York, NY, Oxford University Press, 2010. ISBN 978-0-19-537881-8. с. 192.
  17. 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.
  18. Boric Acid General Fact Sheet
  19. Boric Acid
  20. 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.
  21. Singh, Harpreet. Standard equipments. // Punjab State Carrom Association. Посетен на 24 септември 2009.