Борная кислота

Шаблон:Не путать Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Структура плоского слоя в ортоборной кислоте

Бо́рная кислота́ (от Шаблон:Lang-la, о́ртобо́рная кислота, химическая формула — H₃BO₃ или B(OH)₃) — слабая кислородсодержащая неорганическая кислота, отвечающая высшей степени окисления бора (+3). Бесцветное кристаллическое вещество в виде чешуек, без запаха. Имеет слоистую триклинную решётку, в которой молекулы кислоты соединены водородными связями в плоские слои, слои соединены между собой межмолекулярными связями, длина которых составляет 272 пм.

Впервые была получена немецким химиком Вильгельмом Хомбергом в 1702 году.Шаблон:Переход

История полученияШаблон:Якорь

Борная кислота впервые была синтезирована немецким химиком Вильгельмом Хомбергом в 1702 году в результате нагревания минерала буры и железного купороса и последующей многократной очистки полученного летучего вещества сублимацией. Хомберг описал его действие в качестве успокоительного средства и назвал полученное вещество "летучей седативной купоросной солью" (de sel volatile narcotique du vitriol). Название "седативная соль" (ит. sale sedative) надолго закрепилось за данным веществом, состав которого в то время оставался неизвестным^{:[p. 489]} Шаблон:Efn. Антуан Лавуазье и Гитон де Морво ввели для данного соединения термин "борная кислота" (фр. acide borique), отмечая что её остаток, наряду с натрием, входит в состав буры. Состав борной кислоты был установлен в 1808 году вместе с открытием элемента бора независимо в работе Гемфри Дэви и работе Жозефа Луи Гей-Люссака и Луи Жака Тенара. Последние затем в 1811 году получили борную кислоту исходя из бора в результате его реакции горения в кислороде с последующим взаимодействием образующегося оксида бора с водой.

Хуберт Франц Хофер обнаружил борную кислоту в составе воды горячих источников Тосканы в 1778 году. В 1799 году Паоло Масканьи открыл минерал сассолин, содержащий борную кислоту. В 1818 году Франсуа де Лардерель открыл первое производство по добыче борной кислоты из природных источников Тосканы^:[p. 492].

Нахождение в природе

В природе свободная борная кислота встречается в виде минерала сассолина, в горячих источниках и минеральных водах.

Физические свойства

Борная кислота — это трёхосновная кислота Льюиса, часто используемая в качестве инсектицида, антисептика, огнезащитного состава, поглотителя нейтронов или предшественника для получения иных химических составов.

При нагревании ортоборная кислота теряет воду и сначала переходит в метаборную кислоту, затем в тетраборную H₂B₄O₇. При дальнейшем нагревании обезвоживается до борного ангидрида.

Водные растворы борной кислоты являются смесью полиборных кислот общей формулы Н_3m-2nВ_mО_3m-n. В природе встречается в виде минерала сассолина.

Расстояние между соседними слоями — 318 пм.

Химические свойства

Борная кислота проявляет очень слабые кислотные свойства. Она сравнительно мало растворима в воде. Её кислотные свойства обусловлены не отщеплением катиона Н⁺, а присоединением гидроксильного аниона:

$𝖡\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖧\mathsf{[}𝖡\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}$

K_a = 5,8Шаблон:E моль/л; pK_a = 9,24.

Она легко вытесняется из растворов своих солей большинством других кислот. Соли её, называемые боратами, производятся обычно от различных полиборных кислот, чаще всего — тетраборной Н₂В₄О₇, которая является значительно более сильной кислотой, чем ортоборная.

Очень слабые признаки амфотерности B(OH)₃ проявляет, образуя малоустойчивый гидросульфат бора В(HSO₄)₃.

При нейтрализации ортоборной кислоты щелочами в водных растворах не образуются ортобораты, содержащие ион (ВО₃)³⁻, поскольку ортобораты гидролизуются практически полностью, вследствие слишком малой константы образования [В(ОН)₄]⁻. В растворе образуются тетрабораты, метабораты или соли других полиборных кислот:

$\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{⟶}𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}{𝖡}_{\mathrm{𝟦}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}\mathsf{+}\mathrm{𝟩}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Избытком щелочи они могут быть переведены в метабораты:

$\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}{𝖡}_{\mathrm{𝟦}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}\mathsf{⟶}\mathrm{𝟦}𝖭𝖺𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Мета- и тетрабораты гидролизуются, но в меньшей степени (реакции, обратные приведённым).

В подкисленных водных растворах боратов устанавливаются следующие равновесия:

$\mathrm{𝟥}𝖧\mathsf{[}𝖡\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\mathsf{\rightleftarrows }{𝖧}^{\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{[}{𝖡}_{\mathrm{𝟥}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{]}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}\mathrm{𝟧}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

$\mathsf{[}{𝖡}_{\mathrm{𝟥}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{]}}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}𝖮{𝖧}^{\mathsf{-}}\mathsf{\rightleftarrows }\mathsf{[}{𝖡}_{\mathrm{𝟥}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{]}}^{\mathrm{𝟤}\mathsf{-}}$

При нагревании борная кислота растворяет оксиды металлов, образуя соли:

При избытке оксида образуется метаборат кальция:

$\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖢𝖺𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}𝖢𝖺\mathsf{(}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}$

При недостатке оксида образуется тетраборат кальция:

$\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖢𝖺𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}𝖢𝖺{𝖡}_{\mathrm{𝟦}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}$

Взаимодействует с металлами при нагревании:

$\mathrm{𝟤}𝖭𝖺\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Термическое разложение борной кислоты происходит в две стадии при медленном нагревании:

${𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\underset{}{\overset{107,5^{o}C}{\to }}𝖧𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

$\mathrm{𝟤}𝖧𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\underset{}{\overset{150^{o}C}{\to }}{𝖡}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Со спиртами в присутствии концентрированной серной кислоты образует эфиры:

${𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖮𝖧\mathsf{⟶}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}𝖡\mathsf{(}𝖮𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}$

Серная кислота в данном случае отыгрывает роль водоотбирающего средства, и дополнительно протонирует ортоборатную кислоту для разрушения связей между бором и кислородом.

Образование борнометилового эфира В(ОСН₃)₃ является качественной реакцией на Н₃ВО₃ и соли борных кислот, при поджигании борнометиловый эфир горит красивым ярко-зелёным пламенем.

Получение

Борная кислота может быть получена путём смешения буры (тетрабората натрия) с минеральной кислотой, например, соляной:

$𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}{𝖡}_{\mathrm{𝟦}}{𝖮}_{\mathrm{𝟩}}\mathsf{\cdot }\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟢}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖢𝗅\mathsf{\to }\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖢𝗅\mathsf{+}\mathrm{𝟧}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Является продуктом гидролиза диборана или тригалогенидов бора:

${𝖡}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

$𝖡𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖡{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖧𝖢𝗅$

Борная кислота в медицине

Борный спирт (от Шаблон:Lang-la) — раствор борной кислоты в этиловом спирте (как правило, в 70 % этаноле).

Спиртовые растворы борной кислоты в концентрации 0,5 %, 1 %, 2 %, 3 %, 5 % готовятся на 70 % этиловом спирте и применяются в качестве антисептика и как противозудное средство при обтирании здоровых участков кожи вокруг очагов пиодермии, а также в качестве ушных капель.

Борная кислота может быть опасна только при бесконтрольном приёме внутрь. Опасная концентрация в организме человека (а особенно ребёнка) может возникнуть при регулярном применении. Смертельная доза при отравлении пероральным приёмом для взрослого человека составляет 15-20 г, для детей — 4-5 г .

Борная кислота применяется в медицине с 1860-х годов как антисептическое средство, не раздражающее ран и не имеющее вкуса, запаха и цвета. В современной медицине противомикробная эффективность борной кислоты считается низкой.

Использование борной кислоты в качестве антисептического средства для детей, а также беременных и кормящих женщин было запрещено 2 февраля 1987 года Министерством здравоохранения СССР по рекомендации Фармакологического комитета с формулировкой: «…запретить использование борной кислоты в качестве антисептического средства у детей грудного возраста, а также у женщин в период беременности и лактации в связи с её низкой активностью и высокой токсичностью».

Применение

• В ядерных реакторах в качестве поглотителя нейтронов, растворённого в теплоносителе ядерного реактора.
• Борное удобрение.
• В лабораториях для приготовления буферных растворов.
• В медицине — как самостоятельное дезинфицирующее средство для взрослых, а также в виде 2%-го раствора — для промывки кожи после попадания щелочей.
• На основе борной кислоты производятся различные комбинированные препараты (группа АТХ Шаблон:АТХ), например паста Теймурова.
• В пленочной фотографии — в составе мелкозернистых проявителей и кислых фиксажей для создания слабой кислотной среды.
• В пищевой промышленности зарегистрирована как пищевая добавка E284 (на территории России эта добавка не входит в список разрешённых к применению).
• В ювелирном деле и пр. технике — как компонент флюсов для твердой (высокотемпературной) пайки, например, борная кислота и бура 1:1.
• В литейном производстве — связующее при кислой футеровке печей, компонент защиты струи от окисления при разливке магниевых сплавов.
• В быту — уничтожение тараканов, муравьёв, клопов.
• В производстве керамики, оптоволокна, стекловолокна, стекла,
• В качестве антипирена для защиты древесины,
• В составе электролитов для меднения и никелирования.
• Как люминофор или в качестве компонента люминофора для учебных экспериментов по люминесценции веществ.

Литература

• Карапетьянц М. Х. Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. Шаблон:М.: «Химия», 1994
• Реми Г. «Курс неорганической химии» Шаблон:М.: «Иностранная литература», 1963
• Шаблон:Книга