БОРАКС: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ, СИНТЕЗ, РИЗИКИ - ХІМІЯ - 2025

Бури або натрію бората є позначенням для групи хімічних сполук з базовою формулою Na ₂ B ₄ O ₇ . Це гігроскопічна сіль, здатна утворювати численні гідрати, крім того, що структурно збагачується наявністю певних металевих домішок.

Основними сполуками, які отримали назву бури, є такі: безводний тетраборат натрію, Na ₂ B ₄ O ₇ ; тетраборат натрію пентагідрат (Na ₂ B ₄ O ₇ ) .5H ₂ O; декагідрат тетраборату натрію, Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O або його еквівалент, октагідрат тетраборату натрію, Na ₂ B ₄ O ₅ (OH) ₄ .8H ₂ O.

Фрагмент Боракса. Джерело: Леон Гупперіхс

Як можна зрозуміти, всі перераховані вище тверді речовини відрізняються лише ступенем гідратації; деякі мають більше молекул води у своїх кристалах, ніж інші. Фізично бура виглядає як міцні шматки або кристали крейди (зверху зображення).

Боракс природно міститься в сезонних озерних відкладах, висушених випаровуванням. Боракс виробляється в Туреччині, озерах Сірлз (Каліфорнія), в пустелі Атакама, Чилі, Болівії, Тибеті та Румунії. Кристали бораксу можуть бути отримані синтетичним шляхом повільним процесом зародження; тобто такий, у якому сприяє ріст кристалів.

Натрію тетраборат, безводний і зневоднений, погано розчинний у холодній воді; але його розчинність збільшується зі збільшенням температури. Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O дуже розчинний в етиленгліколі, помірно розчинний в етанолі і слабо розчинний в ацетоні; це менш полярні розчинники, ніж вода.

Боракс має численні сфери застосування, наприклад, у виробництві миючих засобів та мила; як вогнезахисний агент для целюлозного матеріалу; у виробництві скловолокна; при чищенні твердих поверхонь, таких як метали, скло та кераміка; та в інгібуванні корозії, серед інших цілей.

Боракс подразнює очі, шкіру та дихальні шляхи. Прийом всередину може спричинити, серед інших симптомів, блювоту, діарею, в’ялість, загнивання та судоми. Наразі підозрюється, що це може мати шкідливий вплив на репродукцію людини.

Історія

Історія бури заплутана. Зазначається, що його виявили в руслі озера в Тибеті, висушеному випаровуванням. Він був перенесений у 8 столітті з Тибету до Саудівської Аравії, так званим Шовковим шляхом.

Термін "бура" став популярним внаслідок численних застосувань, які були знайдені для нього та продані під назвою 20 Mule Team Borax Tradermax, що посилався на спосіб перевезення бури через пустелі Невади та Каліфорнія.

Інша версія його відкриття вказує на те, що єгиптяни знали про його існування давно, використовуючи його при зварюванні металів теплом. Крім того, вони використовували його в медицині та в процесі муміфікації. Боракс був перенесений до Європи у 13 столітті Марко Поло.

У середині 19 століття у пустелі Могави були виявлені великі родовища бури, що зробило її використання загальним явищем.

Будова бораксу

Структура іонів бури. Джерело: Smokefoot

На верхньому зображенні показані іони, що утворюють буру, конкретно відповідають твердому тілу з композиційною формулою Na ₂ · 8H ₂ O (або Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O).

По-перше, може бути відмічена клітинна структура аніона ^2- (хоча вона повинна мати дві депротоновані групи -OH, -O ^- ), в яких можна побачити восьмикутне кільце (чотири атоми B і чотири O), з роздільним мостом BOB у дві половини.

Згадана клітка не залишається статичною, а вібрує та приймає різні форми в просторі; однак меншою мірою поблизу мосту. Також можна помітити, що він дуже "кисневий"; тобто він має багато атомів кисню, здатних взаємодіяти з молекулами води через водневі зв’язки.

Тож не дивно, що кристали бори можуть гідратавати та утворювати численні гідрати. Таким чином, для твердого Na ₂ · 8H ₂ O існує вісім молекул H ₂ O , що взаємодіють з боратною кліткою і в той же час з металевими центрами Na ⁺ .

З боку катіона у нас є водний комплекс ⁺ _n , де значення n буде залежати від співвідношення аніон / катіон. У верхньому твердому тілі n = 2, тому маємо: ²⁺ , заряд 2+ яких нейтралізує 2- заряд боратного аніона.

Кристали

Моноклінічна одиниця осередку бури. Джерело: Бен Міллс.

Зверху розташована моноклінна одинична клітина для кристалів Na ₂ · 8H ₂ O або Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O. Тут електростатичні атракціони та водневі зв’язки керують або домінують над структурними зразками, що виникають у кожному проміжку кристала .

Інші гідрати і безводна сіль втрачають одну або всі свої молекули води, змінюючи склад і структуру кристала бури. У всіх них аніон і катіон залишаються однаковими (якщо немає домішок або побічних реакцій), тому не може бути плутанини в цьому плані.

Плутанина з аніоном бората

Na ₂ · 8H ₂ O і Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O однакові. Чому?

В першу чергу, якщо підрахувати його атоми, буде видно, що вони збігаються за кількістю; по-друге, в аніоні B ₄ O ₇ ^2- розглядається відсутність двох ОН-груп, пов'язаних з головками бору мостів BOB; два ОН, які разом з двома Н ⁺ з B ₄ O ₇ ^2- додають до 2 H ₂ O, даючи в цілому 10 H ₂ O (8 + 2).

Властивості

Імена

- Боракс.

- Натрій борат.

- Тетраборат натрію.

- Тетраборат натрію.

Молекулярна маса

Безводний: 201,22 г / моль.

Декагідрат: 381,38 г / моль.

Зовнішність

Біле кристалічне тверде речовина.

Щільність

Безводний: 2,4 г / см ³

Декагідрат: 1,739 г / см ³

Точка плавлення

Безводний: 743 ° C (1,369 ° F, 1,016 K).

Декагідрат: 75 ºC.

Точка кипіння

Безводний: 1,575 ° C (2,867 ° F, 1,848 K).

Розчинність у воді

31,78 г / л (і для безводного, і для декагідрату).

Розчинність в органічних розчинниках

Він дуже розчинний в етиленгліколі, помірно розчинний в діетиленгліколі та метанолі та слабо розчинний в ацетоні.

Індекс заломлення (ηD)

Безводний: η ₁ = 1,444; η ₂ = 1,469.

Декагідрат: η ₂ = 1,447.

Стабільність

Він стабільний при належних умовах зберігання. Хоча він має низький тиск пари, він збільшується з температурою, що призводить до кристалізації та конденсації, тому слід уникати надмірних коливань температури та вологості.

Випромінювання світла

Тетраборат натрію, піддаючись дії вогню, випромінює зелене світло.

Реакції

- Розчиняючись у воді, він створює лужні розчини з рН близько 9,2.

- Боракс реагує, утворюючи інші борати, такі як перборат (PBS).

- Він також виробляє борну кислоту, взаємодіючи з соляною кислотою:

Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 Na ⁺ + 2 Cl ^- + 5 H ₂ O

- Тетраборат натрію поводиться як амфотерна речовина, оскільки у водному розчині він гідролізується і здатний нейтралізувати кислоти. Таким же чином він здатний нейтралізувати луги з високою концентрацією, уникаючи надмірного підвищення pH середовища.

Програми

Боракс має численні застосування, як у людей, так і у всіх видах діяльності, які вони проводять.

Антиоксидантна дія

Боракс має властивість розчиняти оксиди. З цієї причини його використовують для відновлення металів, таких як латунь, мідь, свинець і цинк.

Він також застосовується для запобігання окислення металевих прутків у ливарних виробництвах. Боракс покриває його поверхню, виключаючи повітря, а отже, запобігаючи окисленню. Крім того, він запобігає корозії чорного матеріалу в автомобільному виробництві.

Розчинність бури в етиленгліколі була корисною у складі антифризу. Боракс нейтралізує кислі залишки, що утворюються при розкладанні етиленгліколю, мінімізуючи окислення, яке може зазнати поверхня металів.

Виробництво клеїв

- Боракс входить до складу крохмалевого клейового складу для гофрованого паперу та картону.

- Це пептизуючий засіб при виробництві клеїв на основі казеїну та декстрину.

- Це працює шляхом зміцнення клейових матеріалів за допомогою зшивання сполучених гідроксильних груп.

Антипірен

Застосовується як антипірену в целюлозних матеріалах та інших полімерах, що містять гідроксильні групи. Він здійснює свою дію за допомогою різних механізмів, включаючи формування склоподібного шару, що обмежує доступ палив.

Виробництво боросилікатного скла (Pyrex)

Боракс - джерело бору, яке використовується при виробництві боросилікатного скла; характеризується високою температурою плавлення, низьким коефіцієнтом розширення та високою стійкістю до теплових ударів.

Це дозволяє йому піддаватися високій температурі, не зазнаючи переломів, отримуючи назву вогнетривкого скла.

Боросилікатне скло використовується при виробництві матеріалів, які використовуються в домашніх умовах для випікання їжі. Його також використовують у лабораторіях у склянках, колбах, мірних балонах, піпетках тощо.

Емульгатор

Боракс разом з іншими сполуками використовується для емульгування мила та інших парафінів. Також використовується як основа для виробництва лосьйонів, кремів і мазей.

Миючі засоби

- Він додається у склади для очищення твердих поверхонь, таких як метал, скло та кераміка.

- Використовується в ручних чистячих засобах, полірувальних матеріалах та миючих засобах для використання в пральнях і в домашніх умовах. Крім того, це полегшує видалення жирових відкладень з заводських підлог.

Медичне використання

- Застосовується при лікуванні грибкових інфекцій стопи.

- Це частина формули поживних речовин, які постачають бор. Вважається, що цей елемент бере участь у метаболізмі кальцію, фосфору та магнію та може бути необхідним для структури кісток.

- Він бере участь у визначенні глікозильованого гемоглобіну (HbA1C), тесту, який використовується для визначення тривалого розвитку діабету у пацієнта, оскільки період напіввиведення еритроциту становить 120 днів.

Ця інформація є більш корисною для клініциста, ніж окремі вимірювання глюкози в крові від пацієнта.

Буфер PH

Застосовується в різних буферних системах рН, що використовуються в біохімії; серед них трис (гідроксиметил) амінометан-борат, застосовуваний у поліакриламідному електрофорезі нуклеїнових кислот ДНК та РНК.

Зниження твердості води

Боракс здатний поєднуватися з іонами кальцію та магнію, присутніми у воді, знижуючи їх концентрацію. Це зменшує твердість води.

Добриво та компост

Боракс використовується як джерело бору. Кальцій і бор беруть участь у формуванні клітинної стінки рослини. Крім того, було зазначено, що бор сприяє запиленню, через що він втручається у підгодівлю та розмноження рослин.

Збереження деревини

Боракс бореться з деревним хробаком, жуком, який споживає і знищує деревину. Він також використовується для збереження та обслуговування дерев’яних човнів.

Флюс і флюс

Застосовується як флюс при зварюванні сталі та чавуну, викликаючи зниження температури плавлення та виведення оксиду заліза; небажаний забруднювач. З подібною метою він бере участь у пайці золота та срібла.

Інші

- Використовується як м'який пестицид; наприклад, для боротьби з молями на шерсті.

- Обприскування застосовується для боротьби зі шкідниками, наявними в шафах, внутрішніх резервуарах, у щілинах в стінах і взагалі там, де використання більш забруднюючих пестицидів небажано.

- Він використовується в ядерних реакторах для контролю реакцій, які можуть викликати, в крайньому випадку, ланцюгову реакцію.

- У автомобільних радіаторах бура використовується для блокування місць, де є витоки води.

Синтез

Боракс отримують шляхом взаємодії мінерального улекситу, що складається з елементів бору, натрію та кальцію, з формулою NaCaB ₅ O ₉ .8H ₂ O, з карбонатом натрію та гідрокарбонатом натрію у водному середовищі.

Насправді синтез тетраборату натрію або бури мало використовується; Більша частина виробленої сполуки отримується шляхом її вилучення мінералів, що містять її.

Процес можна підсумувати розчиненням руди у воді з подальшим фільтруванням у глині ​​та нарешті випаровуванням водного розчину.

Ризики

Боракс - це натуральний продукт, проте він може завдати ряду збитків для здоров’я людини. Наприклад, контакт із порошком бури може спричинити подразнення шкіри, що може призвести до дерматиту.

Так само бура викликає подразнення очей та верхніх дихальних шляхів. Симптомами його вдихання є кашель і біль у горлі.

Тим часом прийом бури представляє такі симптоми: блювота, нудота, діарея, млявість, головний біль та судоми. Крім того, може порушуватися функціонування центральної нервової системи та нирок.

З досліджень, проведених на щурів-самців, годуваних бурою, у них спостерігалася атрофія яєчок. У той час як дослідження, проведені з вагітними щурами, показали, що бура може перетинати плаценту, викликаючи зміну розвитку плода, що проявляється низькою вагою при народженні.

Вважається, що вплив бораксу впливає на репродуктивну функцію чоловіків у чоловіків, що проявляється зменшенням кількості сперми.

Смертельна доза від 10 до 25 грам оцінюється для споживання бори у дорослих.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Аргон. PubChem База даних. CID = 23968. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Каролін Бернс, Сенека Джозеф та доктор Райан Баумбах. (sf). Синтез та властивості кристалів бораксу та інтерметалічних сплавів. Відновлено з: nationalmaglab.org
4. Вікіпедія. (2019). Боракс. Відновлено з: en.wikipedia.org
5. Ріо Тінто. (2019). Боракс декагідрат. 20 Мул Командний Боракс. Відновлено з: borax.com
6. Флетчер Дженна. (14 січня 2019 р.). Чи безпечна бура? Відновлено з: medicalnewstoday.com