Борна кислота

слабка неорганічна кислота, кислота Льюїса

Бо́рна кислота́ (лат. acidum boricum, о́ртобо́рна, о́ртобора́тна, бора́тна кислота́) Н3ВО3[1], B(OH)3 — це слабка неорганічна кислота. Виглядає як лускаті, безбарвні, жирні на дотик кристали малорозчинні у воді при кімнатній температурі і значно більше розчинні у гарячій воді.

Борна кислота

Структурна формула

Кристали борної кислоти
Назва за IUPAC Борна кислота
Ідентифікатори
Номер CAS 10043-35-3
PubChem 7628
Номер EINECS 233-139-2
DrugBank 11326
KEGG D01089
ChEBI 33118
RTECS ED4550000
Код ATC S02AA03 і D08AD
SMILES B(O)(O)O
InChI 1/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H
Номер Гмеліна 1585
Властивості
Молекулярна формула H3BO3
Молярна маса 61,83 г/моль
Зовнішній вигляд Біла кристалічна речовина
Густина 1,435 г/см3
Тпл 170,9 °C
Ткип 300 °C
Розчинність (вода) 2,52 г/100 мл (0 °C)
4,72 г/100 мл (20 °C)
5,7 г/100 мл (25 °C)
19,10 г/100 мл (80 °C)
27,53 г/100 мл (100 °C)
Кислотність (pKa) 9,24
Структура
Геометрія Рівносторонній трикутник
Небезпеки
ЛД50 2660 мг/кг, орально (криса)
Класифікація ЄС Шкідливо Xn
R-фрази R60 R61
S-фрази S53 S45
NFPA 704
0
2
0
Температура спалаху не запалюється
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Термін «борна кислота» також використовується для будь-якої оксокислоти бору, такий як метаборна кислота HBO2 і тетраборна кислота H2B4O7.

Поширення у природі ред.

На незв'язану кислоту можна натрапити в деяких вулканічних місцевостях таких, як Тоскана, Ліпарські острови і Невада. Її також можна виявити в складі багатьох мінералів (бура, борацит і колеманіт). Наявність борної кислоти та її солей знайдено в морській воді. Вона також є в рослинах і майже у всіх овочах (яблука, сливи, груші і т. д.).

Фізичні властивості ред.

Кристали білого кольору або безбарвні, блискучі, жирні на дотик пластинки. Розчинна у воді та 96 % спирті, легкорозчинна у киплячій воді і гліцерині — 85 %.[1] Водні розчини борної кислоти є сумішшю поліборних кислот загальної формули Н3m-2nВmО3m-n. У природі зустрічається у вигляді мінералу сасоліну.

Відстань між сусідніми шарами — 318 пм.

Хімічні властивості ред.

Борна кислота виявляє дуже слабкі кислотні властивості. Вона порівняно мало розчинна у воді. Її кислотні властивості обумовлені не відщепленням катіона Н+, а приєднанням гідроксильного аніона (поведінка характерна кислотам Льюїса):

Н3ВО3 + Н2О ⇄ Н[B(OH)4]: Н[B(OH)4] ⇄ [B(OH)4]- + H+
Ka = 5,8⋅10−10 моль/л; pKa = 9,24.

Також особливістю борної кислоти є те, що при збільшенні її концентрації вище 0,1 моль/л зростає її сила у зв'язку з утворенням поліборних кислот[2]:

3B(OH)3 = B3O3(OH)4- + H+ + 2H2O

5B(OH)3 = B5O6(OH)4- + H+ + 5H2O

Вона легко витісняється із розчинів своїх солей більшістю інших кислот. Її солі, борати, отримуються зазвичай від різних поліборних кислот, найчастіше тетраборної H2B4O7, яка є значно сильнішою кислотою, ніж ортоборна.

Дуже слабкі ознаки амфотерності B(OH)3 проявлює, утворюючи малостійкий гідросульфат бору В(HSO4)3.

При нейтралізації ортоборної кислоти лугами, у водних розчинах, не утворюються сполуки, що містять іон (ВО3)3−, оскільки ортоборати гідролізуються практично повністю, внаслідок занадто малої константи утворення [В(ОН)4] — утворюються тетраборати, метаборати або солі інших поліборних кислот:

4H3BO3 + 2NaOH → Na2B4O7 + 7H2O

Надлишком лугу тетраборати можуть бути переведені в метаборати:

H3BO3 + NaOH → NaBO2 + 2H2O

Піроліз ред.

При нагріванні ортоборної кислоти вище 140 °С втрачає воду і переходить у метаборну кислоту.[3][4]

B(OH)3 → HBO2 + H2O

Потім, при нагріванні вище 180 °С у тетраборну.

4HBO2 → H2B4O7 + H2O

При подальшому нагріванні до 530 °C зневоднюється до борного ангідриду (B2O3). Однак повної дегідратації досягти дуже важко, навіть при температурі 500 °С у розплаві міститься 5 % води.[2]

H2B4O7 → 2B2O3 + H2O

Естерифікація ред.

Борна кислота естерифікується, в присутності концентрованої сульфатної кислоти, зі спиртами утворюючи естери борної кислоти B(OR)3, де R це алкільна або арильна група.[5]

B(OH)3 + 3ROH → B(OR)3 + 3H2O

Утворення брометилового естеру В(ОСН3)3 являє собою якісну реакцію на Н3ВО3 та солі борних кислот. При підпалюванні борний естер горить яскраво-зеленим полум'ям.[6]

Взаємодія з металами та їх оксидами ред.

При нагріванні борна кислота розчиняє оксиди металів, утворюючи солі: При надлишку оксиду утворюється метаборат кальцію:

2H3BO3 + CaO → Ca(BO2)2 + 3H2O

При нестачі оксиду утворюється тетраборат кальцію:

4H3BO3 + CaO → CaB4O7 + 6H2O

Взаємодіє з металами при нагріванні:

2Na + 2H3BO3 → NaBO2 + 2H2O + H2

Отримання ред.

Борна кислота була вперше виготовлена Вільгельмом Гомбергом[en] (1652–1715) з бури, під дією неорганічних кислот, і він назвав її sal sedativum Hombergi («заспокійлива сіль Хомберга»).

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

Застосування ред.

Борну кислоту широко використовують в медицині як слабкий антисептичний засіб: у вигляді 1–2 %-вого водного розчину — для промивання ран та слизових оболонок статевих органів; у порошку — для лікування носа й вуха; у спиртових розчинах і мазях — для лікування шкіри. Крім того, борну кислоту застосовують для дублення шкіри, у виробництві скла, виготовленні деяких фарб та емалей.

Використання в ядерних реакторах ред.

Борну кислоту у вигляді водного розчину використовують у ядерних реакторах з водою під тиском (водно-водяні реактори). У цьому типі реакторів водний розчин борної кислоти використовують, як поглинач нейтронів внаслідок вмісту у кислоті елементу бору. У природі елемент бор має два ізотопи — 10В (20 % вмісту) та 11В (80 % вмісту). Для поглинання нейтронів потрібен високий абсорбційний коефіцієнт і тому, як поглинач нейтронів краще використовувати ізотоп 10В для управління ядерною реакцією та її потужністю у реакторі. При цьому проходять наступні ядерні перетворення (реакції):

 

Примітки ред.

  1. а б П. О. Безуглий, 2008, С.100
  2. а б Ткачев К. В., Плышевский Ю. С., 1983, С.19-20
  3. Kaur, Gurwinder; Kainth, Shagun; Kumar, Rohit; Sharma, Piyush; Pandey, O. P. (2021-10). Reaction kinetics during non-isothermal solid-state synthesis of boron trioxide via boric acid dehydration. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis (англ.). Т. 134, № 1. с. 347–359. doi:10.1007/s11144-021-02084-8. ISSN 1878-5190. Процитовано 31 травня 2023. 
  4. Aghili, Siavash; Panjepour, Masoud; Meratian, Mahmood (2018-03). Kinetic analysis of formation of boron trioxide from thermal decomposition of boric acid under non-isothermal conditions. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (англ.). Т. 131, № 3. с. 2443–2455. doi:10.1007/s10973-017-6740-3. ISSN 1388-6150. Процитовано 31 травня 2023. 
  5. Brown, Herbert C.; Mead, Edward J.; Shoaf, Charles J. (1956-08). Convenient Procedures for the Preparation of Alkyl Borate Esters 1-3. Journal of the American Chemical Society (англ.). Т. 78, № 15. с. 3613–3614. doi:10.1021/ja01596a015. ISSN 0002-7863. Процитовано 31 травня 2023. 
  6. Кійко С. М., Ніколайчук О. Г., Уржунцева В. В. (2012). Лабораторний практикум з неорганічного синтезу: навчальний посібник. Харків: ХНУ імені В. Н. Каразіна. с. 56–57. 

Джерела ред.

Література ред.

  • Фармакологія: підручник (ВНЗ І—ІІІ р. а.) / І. В. Нековаль, Т. В. Казанюк. — 7-е вид., переробл. і допов. — «Медицина», 2016 — 552 с. ISBN 978-617-505-507-6. — [сторінка?]

Посилання ред.