Борна киселина или ортоборна киселина — соединение од бор, кислород и водород со формула . Може да се нарече и водородборат, бор хидроксид или борна киселина. Обично се среќава како безбоен кристал или бел прав, кој се раствора во вода и се јавува во природата како минерал сасолит. Тоа е слаба киселина која дава различни боратни анјони и соли и може да реагира со алкохоли за да формира боратни естри.
Боринската киселина често се користи како антисептик, инсектицид, отпорник на пламен, апсорбер на неутрони или претходник на други соединенија на бор.
Терминот „борна киселина“ исто така се користи генерички за која било оксокиселина на бор, како што е метаборната киселина и тетраборна киселина .
Историја Ортоборната киселина првпат била подготвена од Вилхелм Хомберг (1652-1715) од борат, со дејство на неоргански киселини, и го добила името ("седативна сол на Хомберг"). Сепак, борната киселина и боратите се користеле уште од времето на старите Грци за чистење, зачувување храна и други активности.
Молекуларна и кристална структура Трите атоми на кислород формираат тригонална рамна геометрија околу борот. Должината на BO е 136 pm, а OH е 97 pm. Групата на молекуларна точка е C3h
Познати се две кристални форми на ортоборна киселина: триклинска и шестаголна. Првиот е најчест; вториот, кој е малку постабилен термодинамички, може да се добие со посебен метод на подготовка.Andrei Rotaru (2017): "Thermal and kinetic study of hexagonal boric acid versus triclinic boric acid in air flow." Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, volume 127, pages 755–763.
Триклиник Триклинската форма на борна киселина се состои од слоеви на молекули се држат заедно со водородни врски со должина од 272 pm. Растојанието помеѓу два соседни слоја е 318 пм. центар|200x200пксцентар|250x250пкс
Подготовка Борна киселина може да се подготви со реакција на борат (натриум тетраборат декахидрат) со неорганска киселина, како што е хлороводородна киселина:
·10 + 2 HCl → 4 + 2 NaCl + 5
Исто така, се формира како нус-производ на хидролиза на трихалиди на бор и диборан:
+ 6 → 2 + 6
+ 3 → + 3 HX (X = Cl, Br, I)
Реакции
Пиролиза Кога се загрева, ортоборната киселина се подложува на тристепена дехидрација. Пријавените преодни температури значително се разликуваат од извор до извор.
Кога се загрева над 140 °C, ортоборната киселина дава метаборна киселина () со губење на една молекула на вода:Gurwinder Kaur, Shagun Kainth, Rohit Kumar, Piyush Sharma and O. P. Pandey (2021): "Reaction kinetics during non-isothermal solid-state synthesis of boron trioxide via boric acid dehydration." Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, volume 134, pages 347–359. Siavash Aghili, Masoud Panjepour, and Mahmood Meratian (2018): "Kinetic analysis of formation of boron trioxide from thermal decomposition of boric acid under non-isothermal conditions." Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, volume 131, pages 2443–2455.
→ +
Загревање на метаборна киселина над околу 180 °C елиминира друга молекула на вода која формира тетраборна киселина, исто така наречена пироборна киселина ():
4 → +
Дополнително загревање (до околу 530 °C) доведува до бор триоксид:
→ 2 +
Воден раствор Кога ортоборната киселина се раствора во вода, таа делумно се дисоцира и дава метаборна киселина:
⇌ +
Растворот е благо кисел поради јонизација на киселините:
+ ⇌ + + ⇌ +
Сепак, Рамановата спектроскопијата на силно алкални раствори покажала присуство на тетрахидроксиборат јони, и наведува некои да заклучат дека киселоста се должи исклучиво на апстракцијата на од вода:
+ ⇌
Еквивалентно,
+ ⇌ + H+ (K = 7.3×10−10; pK = 9.14)
Или, поточно,
+ 2 ⇌ +
Оваа реакција се јавува во два чекори, со неутрален комплекс акватрихидроксибор како посредник:Masanori Tachikawa (2004): "A density functional study on hydrated clusters of orthoboric acid, B(OH)3(H2O)n (n=1–5)". Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, volume 710, issues 1–3, pages 139-150.
+ → + + → +
Оваа реакција може да се одликува како Луисова киселост на бор кон , наместо како бренстедова киселост. Сепак, дел од неговото однесување кон некои хемиски реакции сугерираат дека тоа е трибазна киселина и во бронстовска смисла.
Борна киселина, измешана со борат (поправилно ) во тежински сооднос од 4:5, е многу растворлива во вода, иако тие не се толку растворливи одделно.
Раствор на сулфурна киселина Борна киселина исто така се раствора во безводна сулфурна киселина според равенката
+ 6 → + 2 + 3
Естерификација Борна киселина реагира со алкохоли за да формира боратни естри, каде што R е алкил или арил. Реакцијата обично е поттикната од средство за дехидрација, како што е концентрирана сулфурна киселина:
+ 3 ROH → + 3
Со вицинални диоли Киселоста на растворите на борна киселина е значително зголемена во присуство на цис - вицинални диоли (органски соединенија кои содржат слично ориентирани хидроксилни групи во соседните јаглеродни атоми, ) како што се глицерол и манитол.
Тетрахидроксиборатниот анјон формиран при растворање спонтано реагира со овие диоли за да формира релативно стабилни анјонски естри кои содржат еден или два петчлени прстени. На пример, реакцијата со манитол , чии два средни хидроксили се во cis ориентација, може да се запише како
+ ⇌ + + ⇌ + 2 + ⇌ + 2
Давање на целокупната реакција
+ 2 ⇌ + 3 +
Стабилноста на овие естерски анјони на манитоборат ја поместува рамнотежата на десната страна и на тој начин ја зголемува киселоста на растворот за 5 реда на големина во споредба со онаа на чист борен оксид, намалувајќи го p K a од 9 на под 4 за доволна концентрација на манитол. Добиениот раствор е наречен манитоборна киселина.
Додавањето на манитол во првично неутрален раствор кој содржи борна киселина или едноставни борати ја намалува неговата pH доволно за да може да се титрира со силна база како NaOH, вклучително и со автоматизиран потенциометриски титратор. Ова својство се користи во аналитичката хемија за да се одреди содржината на борати во водените раствори, на пример за следење на исцрпувањето на борната киселина од неутроните во водата од примарното коло на реакторот светлина-вода кога соединението се додава како неутронски отров за време на полнење гориво. операции.
Токсикологија Врз основа на рејтингот на средна смртоносна доза кај цицачите (LD 50) од 2.660 mg/kg телесна маса, борната киселина е отровна само ако се зема внатрешно или се вдишува во големи количини. Четиринаесеттото издание на Мерк индексот покажува дека LD 50 на борната киселина е 5,14 g/kg за орални дози дадени на стаорци, и тоа од 5 до 20 g/kg предизвика смрт кај возрасни луѓе. За 70 кг возрасен, на долната граница од 5 g, 350 g може да предизвика смрт кај луѓето. За споредба, LD 50 на солта е пријавена дека е 3,75 g/kg кај стаорци според Мерковиот индекс. Според Агенцијата за токсични материи и регистар на болести, „Минималната смртоносна доза на проголтан бор (како борна киселина) беше пријавена дека е 2–3 g кај доенчиња, 5-6 g кај деца и 15-20 g кај возрасни. [. . . ] Сепак, преглед на 784 човечки труења со борна киселина (10-88 g) не објави смртни случаи, при што 88% од случаите се асимптоматски.“
Долготрајната изложеност на борна киселина може да биде позагрижувачка, предизвикувајќи оштетување на бубрезите и евентуално откажување на бубрезите (видете ги врските подолу). Иако се чини дека не е канцероген, студиите кај кучиња пријавиле атрофија на тестисите по изложување на 32 mg/kg телесна тежина/ден во тек на 90 дена. Ова ниво, кога би било применливо за луѓе во иста доза, би било еднакво на кумулативна доза од 202 g во текот на 90 дена за 70 kg возрасен, не многу понизок од горенаведениот LD50 .
Според извештајот на CLH за борна киселина објавен од Бирото за хемиски супстанции во Лоѓ, Полска, борната киселина во високи дози покажува значителна развојна токсичност и тератогеност кај фетусите на зајаци, стаорци и глувци, како и кардиоваскуларни дефекти, скелетни варијации и благи бубрези лезии. Како последица на 30-тата АТП на директивата на ЕУ 67/548/ЕЕЗ од август 2008 година, Европската комисија одлучила да ја измени својата класификација како репротоксична категорија 2 и да ги примени фразите за ризик R60 (може да ја наруши плодноста) и R61 (може да предизвика штета на нероденото дете).
На состанокот на Европската асоцијација за производство на дијагностика (EDMA) во 2010 година, биле дискутирани неколку нови дополнувања на списокот на кандидати за Супстанција со многу висока загриженост (SVHC) во однос на Регулативата за регистрација, евалуација, овластување и ограничување на хемикалиите од 2007 година (REACH). По регистрацијата и прегледот завршени како дел од REACH, класификацијата на борна киселина CAS 10043-35-3 / 11113-50-1 е наведена од 1 декември 2010 година е H360FD (може да ја оштети плодноста. Може да го оштети нероденото дете.) Regulation (EC) No 1272/2008 of the European Parliament and of the Council, 16 December 2008
Употреба
Индустрија Примарната индустриска употреба на борната киселина е во производството на монофиламентни фиберглас кои обично се нарекува текстилен фиберглас. Текстилниот фиберглас се користи за зајакнување на пластиката во апликации кои се движат од чамци, до индустриски цевки до компјутерски кола.
Во индустријата за накит, борната киселина често се користи во комбинација со денатуриран алкохол за да се намали површинската оксидација и на тој начин формирање на огнот на металите за време на операциите на жарење и лемење.
Борната киселина се користи во производството на стакло во LCD рамни екрани.
Во галванизацијата, борната киселина се користи како дел од некои сопственички формули. Една таква позната формула бара околу 1 до 10 однос на до Никл(II)-сулфат, многу мал дел од натриум лаурил сулфат и мал дел од .
Растворот на ортоборна киселина и борат во сооднос 4:5 се користи како средство за забавување на пожарот на дрво со импрегнација.
Исто така се користи во производството на забивачка маса, фин прав што содржи силициум диоксид кој се користи за производство на облоги на индукционите печки и керамика.
Борна киселина се додава во борат за употреба како флукс за заварување од страна на ковачите.
Борна киселина, во комбинација со поливинил алкохол (PVA) или силиконско масло, се користи за производство на Silly Putty.
Борна киселина е присутна и во списокот на хемиски адитиви кои се користат за хидраулично фрактурирање (фрактура). Често се користи заедно со гуарната гума како средство за вкрстено поврзување и желатинирање за контролирање на вискозноста и реологијата на течноста за фракинг инјектирана под висок притисок во бунарот. Важно е да се контролира вискозноста на течноста за да се држат во суспензија на долги транспортни растојанија зрната на средствата за потпора насочени кон одржување на пукнатините во шкрилците доволно отворени за да се олесни извлекувањето на гасот откако ќе се намали хидрауличниот притисок. Реолошките својства на хидрогелот со вкрстено поврзана гуарска гума со бора главно зависат од pH вредноста.
Боринската киселина се користи во некои електрични осигурувачи од типот на исфрлање како средство за дејонизација/гаснење. За време на електричен дефект во осигурувачот од типот на исфрлање, се создава плазма лак со распаѓање и брзо раздвојување со пружина на топливиот елемент, што е типично специјализирана метална прачка која минува низ компримирана маса на борна киселина во склопот на осигурувачите. Високотемпературната плазма предизвикува борната киселина брзо да се распаѓа на водена пареа и борен анхидрид, а производите на испарување пак ја дејонизираат плазмата, помагајќи да се прекине електричната грешка.
Медицина