BOORZUUR: CHEMISCHE STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, BEREIDING, GEBRUIK - CHEMIE - 2024

Het boorzuur is een anorganische verbinding met de chemische formule H ₃ BO ₃ . Het bestaat uit een witte of kleurloze vaste stof. Het is een zwak zuur dat in waterige oplossing, afhankelijk van de concentratie, een pH tussen 3,8 en 4,8 produceert. Het is slecht oplosbaar in koud water en matig oplosbaar in warm water.

Boorzuur werd in 1702 ontdekt door Wilhelm Homberg (1652-1713), die borax met zwavelzuur behandelde en een medicinale oplossing verkreeg die de naam Hombergs kalmerend water kreeg.

Stevig monster van boorzuur op horlogeglas. Bron: Walkerma via Wikipedia.

Er wordt echter ook opgemerkt dat Homberg het boorzuur bereidde door water aan de borax toe te voegen en de oplossing te verwarmen tot verdamping, waardoor de boorzuurkristallen in het sediment achterbleven.

Dit zuur is een zeer bruikbare verbinding die tal van toepassingen heeft in de industrie en de geneeskunde, ook wordt gebruikt als insecticide, houtconservering, brandvertrager en is een bestanddeel van een pH-bufferoplossing.

Chemische structuur

Boorzuurmolecuul weergegeven door een model van bollen en staven. Bron: Benjah-bmm27

In de bovenste afbeelding hebben we het eigenlijke molecuul H ₃ BO ₃ . Merk op dat de waterstofatomen, voorgesteld door witte bollen, niet gebonden zijn aan het centrale booratoom, zoals de chemische formule suggereert; maar eerder voor de zuurstofatomen, voorgesteld door rode bollen.

Een handiger formule, hoewel minder gebruikt, voor boorzuur is dus B (OH) ₃ , wat aangeeft dat de zuurgraad te wijten is aan de H ⁺ -ionen die vrijkomen uit de OH-groepen. Het B (OH) _3- molecuul heeft een driehoeksvlakgeometrie, waarbij het booratoom een ​​sp ² chemische hybridisatie heeft .

B (OH) ₃ is een sterk covalent molecuul, aangezien het elektronegativiteitsverschil tussen het booratoom en zuurstof niet erg groot is; dus BO-obligaties zijn in wezen covalent. Merk ook op dat de structuur van dit molecuul lijkt op die van een spinner. Zal het op dezelfde manier om zijn eigen as kunnen draaien?

Kristallen

Eenheidscel voor het H3BO3-kristal. Bron: Benjah-bmm27

De bovenste afbeelding toont de eenheidscel die overeenkomt met de trikliene kristallijne structuur van boorzuur die, onder bepaalde synthetische omstandigheden, de compacte hexagonale structuur kan aannemen. Merk op dat er vier moleculen per eenheidscel zijn, en dat ze zijn gerangschikt in twee lagen, A en B, afwisselend (ze zijn niet over elkaar heen gelegd).

Vanwege de symmetrie en oriëntatie van de B-OH-bindingen kan worden aangenomen dat B (OH) ₃ apolair is; het bestaan ​​van intermoleculaire waterstofbruggen verandert echter het verhaal. Elk B (OH) _3- molecuul zal drie van deze bruggen geven of ontvangen, met in totaal zes dipool-dipool-interacties, zoals te zien is in de onderstaande afbeelding:

Kristallijne lagen van H3BO3 waargenomen vanaf een hogere as. Bron: Benjah-bmm27

Merk op dat deze waterstofbruggen de directionele interacties zijn die boorzuurkristallen beheersen en patronen van decoratieve aspecten vastleggen; binnenringen misschien met voldoende ruimte om enkele onzuiverheden af ​​te sluiten die niet in de kristaldefecten zitten.

Deze waterstofbruggen houden, ondanks de lage moleculaire massa van B (OH) ₃ , het kristal voldoende samenhangend dat het een temperatuur van 171 ºC nodig heeft om te smelten. Het is niet bekend welke effecten hoge drukken (in de orde van grootte van GPa) zouden hebben op de moleculaire lagen van B (OH) ₃ .

Eigendommen

Namen

IUPAC: boorzuur en boortrihydrooxide. Andere namen: orthoboorzuur, boorzuur, sassoliet, borofax en trihydroxyboraan.

Molaire massa

61,83 g / mol

Fysiek uiterlijk

Heldere, kleurloze, kristallijne witte vaste stof. Het is ook verkrijgbaar als granulaat of als wit poeder. Voelt licht romig aan.

Geur

Toilet

Smaak

Een beetje bitter

Smeltpunt

170,9 ºC

Kookpunt

300 ºC

Oplosbaarheid in water

Matig oplosbaar in koud water en oplosbaar in warm water:

2,52 g / 100 ml (0 ºC)

27,50 g / 100 ml (100 ºC)

Boorzuur is gedeeltelijk oplosbaar in water en neigt erin te zinken. Deze oplosbaarheid heeft de neiging toe te nemen in aanwezigheid van zuren, zoals zoutzuur, citroenzuur en wijnsteenzuur.

Oplosbaarheid in andere oplosmiddelen

-Glycerol: 17,5% bij 25 ºC

-Ethyleenglycol: 18,5% bij 25 ºC

-Aceton: 0,6% bij 25 ºC

-Ethylacetaat: 1,5% bij 25 ºC

-Meethanol: 172 g / L bij 25 ºC

-Ethanol: 94,4 g / L bij 25 ºC

Verdelingscoëfficiënt octanol / water

Log P = -0,29

Zuurgraad (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Dit zijn de drie constanten van hun respectievelijke dissociaties om H ⁺ in water vrij te geven.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% in waterige oplossing)

5,1 (0,1 molair)

Dampdruk

1.6 ^10-6 mmHg

Stabiliteit

Stabiel in water

Ontleding

Het ontleedt bij verhitting boven 100 ° C en vormt boorzuuranhydride en water.

Reactiviteit

Boorzuur vormt oplosbare zouten met eenwaardige kationen, bijvoorbeeld: Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O, en onoplosbare zouten met tweewaardige kationen, CaB ₄ O ₇ .6H ₂ O.

In waterige oplossing produceert het een zure oplossing, denkend dat deze eigenschap te wijten was aan het aftrekken van OH ^- groepen van water. Boorzuur wordt geclassificeerd als een zwak zuur van het Lewis-type.

Boorzuur reageert met glycerol en mannitol, waardoor de zuurgraad van het waterige medium toeneemt. De pKa wordt gewijzigd van 9,2 naar 5, vanwege de vorming van het boormannitolchelaat ^- , dat H ⁺ afgeeft .

Voorbereiding

Boorzuur wordt in een vrije staat aangetroffen in vulkanische emanaties in regio's zoals Toscane in Italië, de Lipari-eilanden en in de staat Nevada, VS. Het wordt ook aangetroffen in mineralen zoals borax, boraciet, ulexiet en colemaniet.

Boorzuur wordt voornamelijk bereid door de reactie van het mineraal borax (natriumtetraboraatdecahydraat) met minerale zuren, zoals zoutzuur, zwavelzuur, enz.

Na ₂ B ₄ O ₉ 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 NaCl + 5 H ₂ O

Het wordt ook bereid door hydrolyse van boortrihalogenide en diboraan.

Boorzuur bereid uit colemaniet (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6H ₂ O). De procedure bestaat uit het behandelen van het mineraal met zwavelzuur om de boorverbindingen op te lossen.

Vervolgens wordt de oplossing waarin boorzuur aanwezig is, gescheiden van de onopgeloste fragmenten. De oplossing wordt behandeld met waterstofsulfide om de arseen- en ijzerverontreinigingen neer te slaan. De bovenstaande vloeistof wordt gekoeld om een ​​boorzuurneerslag te produceren en dit van de suspensie te scheiden.

Toepassingen

In de industrie

Boorzuur wordt gebruikt bij de vervaardiging van glasvezel. Door het smeltpunt te helpen verlagen, verhoogt het de sterkte en efficiëntie van textielglasvezel - een materiaal dat wordt gebruikt om plastic te versterken dat wordt gebruikt in schepen, industriële leidingen en computerprintplaten.

Boorzuur neemt deel aan de vervaardiging van borosilicaatglas, waardoor een glas kan worden verkregen dat bestand is tegen temperatuurveranderingen, bruikbaar in de keuken van huizen, in glaswerk in laboratoria, tl-buizen, glasvezel , LCD-schermen, enz.

Het wordt gebruikt in de metallurgische industrie om staallegeringen te harden en te behandelen, en om de metallische coating van materialen te bevorderen.

Het wordt gebruikt als een chemische component bij hydraulisch breken (fracking): een methode die wordt gebruikt bij olie- en gaswinning. Boorzuur werkt als een brandvertrager in cellulosematerialen, kunststoffen en textiel die zijn geïmpregneerd met boorzuur om hun brandwerendheid te vergroten.

In de geneeskunde

Boorzuur wordt verdund in oogdouche gebruikt. Boorzuurgelatinecapsules worden gebruikt om schimmelinfecties te behandelen, met name Candida albicans. Het is ook gebruikt bij de behandeling van acne.

Boorzuur wordt op sokken gestrooid om voetinfecties, zoals voetschimmel, te voorkomen. Evenzo worden oplossingen die boorzuur bevatten, gebruikt bij de behandeling van otitis externa bij mensen en bij dieren.

Boorzuur wordt toegevoegd aan de flessen die worden gebruikt voor het verzamelen van urine, waardoor bacteriële besmetting wordt voorkomen voordat het wordt onderzocht in diagnostische laboratoria.

Insecticide

Boorzuur wordt gebruikt om de verspreiding van insecten tegen te gaan, zoals kakkerlakken, termieten, mieren, enz. Het doodt kakkerlakken niet onmiddellijk, omdat het eerst hun spijsverterings- en zenuwstelsel aantast en ook hun exoskelet vernietigt.

Boorzuur werkt langzaam, waardoor insecten die het hebben ingenomen in contact kunnen komen met andere insecten, waardoor vergiftiging wordt verspreid.

Behoud

Boorzuur wordt gebruikt om aantasting van hout door schimmels en insecten te voorkomen, en wordt hiervoor gebruikt in combinatie met ethyleenglycol. Deze behandeling is ook effectief bij het bestrijden van slib en algen.

PH-buffer

Boorzuur en zijn geconjugeerde base vormen een buffersysteem van pKa = 9,24, wat aangeeft dat deze buffer het meest effectief is bij een basische pH, wat niet gebruikelijk is bij levende wezens. Boraatbuffer wordt echter gebruikt bij de pH-regeling in zwembaden.

Kernreactor

Boorzuur heeft het vermogen om thermische neutronen op te vangen, waardoor de kans op ongecontroleerde kernsplijting die tot nucleaire ongevallen kan leiden, kleiner wordt.

landbouw

Borium is een essentieel element voor plantengroei, wat heeft geleid tot het gebruik van boorzuur voor de bijdrage van het element. Te veel boorzuur kan echter schadelijk zijn voor planten, vooral citrusvruchten.

Contra-indicaties

Het gebruik van boorzuur op ontblote huid, wonden of brandwondenproducten die absorptie mogelijk maken, moet worden vermeden. Dit is een giftige stof in het lichaam en kan in sommige gevallen flauwvallen, toevallen, spasmen, gezichtstics en lage bloeddruk veroorzaken.

De arts moet worden geraadpleegd voor het gebruik van vaginale capsules met boorzuur bij zwangere vrouwen, aangezien is aangegeven dat dit foetale vervorming en een afname van het lichaamsgewicht van het kind bij de geboorte kan veroorzaken.

De plaatsing van boorzuur, gebruikt als insecticide, op plaatsen binnen het bereik van kinderen moet ook worden vermeden, aangezien kinderen een grotere gevoeligheid hebben voor de toxische werking van boorzuur, waardoor de fatale dosis erin wordt vastgesteld op 2.000 tot 3.000 mg .

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Boorzuur. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Boorzuur. PubChem-database. CID = 7628. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (28 maart 2019). Boorzuur. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
5. Drager trilt. (9 november 2018). Het verborgen gebruik van boorzuur in uw dagelijks leven. Hersteld van: carriervibrating.com
6. Nationaal informatiecentrum over pesticiden. (sf). Boorzuur. Hersteld van: npic.orst.edu
7. Het opstellen van. (30 november 2017). Boorzuur: eigenschappen en toepassingen van deze chemische verbinding. Hersteld van: acidos.info
8. Chloride natrium. (2019). Boorzuur. Hersteld van: chlorurosodio.com
9. Spaanse Vereniging voor Ziekenhuisapotheek. (sf). Boorzuur. . Hersteld van: workgroups.sefh.es