Борная кислота

Борная кислота
Общие
Систематическое наименование	Ортоборная кислота
Хим. формула	H3BO3
Рац. формула	B(OH)3
Физические свойства
Состояние	Твёрдое
Молярная масса	61,83 г/моль
Плотность	1,435 (+15 °C) г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	170,9 °C, 444 K, 340 °F
• кипения	(573 K, 572 °F) 300 °C
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты [math]\displaystyle{ pK_a }[/math]	9,24 (I), 12,74 (II), 13,80 (III)
Растворимость
• в воде	2,52 (0 °C) 4,72 (+20 °C) 5,74 (+25 °C) 19,10 (+80 °C) 27,53 (100 °C)  г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	10043-35-3
Безопасность
NFPA 704	0 2 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Структура плоского слоя в ортоборной кислоте

Бо́рная кислота́ (от лат. acidum Boricum, ортоборная кислота, химическая формула — H₃BO₃ или B(OH)₃) — слабая химическая неорганическая кислота, отвечающая высшей степени окисления бора (+3).

При стандартных условиях, борная кислота — это 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.

Метаборная кислота (HBO₂) — это бесцветные кристаллы. Она существует в трёх модификациях — наиболее устойчивой γ-НВО₂ с кубической решёткой, β-НВО₂ с моноклинной решёткой и α-НВО₂ с ромбической решёткой.

Нахождение в природе

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

Физические свойства

Борная кислота — это одноосновная 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:

[math]\displaystyle{ \mathsf{B(OH)_3 + H_2O \rightarrow H[B(OH)_4]} }[/math]

K_a = 5,8⋅10⁻¹⁰ 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:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NaOH + 4H_3BO_3 \longrightarrow Na_2B_4O_7 + 7H_2O} }[/math]

Избытком щелочи они могут быть переведены в метабораты:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NaOH + Na_2B_4O_7 \longrightarrow 4NaBO_2 + H_2O} }[/math]

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

В подкисленных водных растворах боратов устанавливаются следующие равновесия:

[math]\displaystyle{ \mathsf{3H[B(OH)_4] \rightleftarrows H^+ + [B_3O_3(OH)_4]^- + 5H_2O} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{[B_3O_3(OH)_4]^- + OH^- \rightleftarrows [B_3O_3(OH)_5]^{2-} } }[/math]

При нагревании борная кислота растворяет оксиды металлов, образуя соли:

При избытке оксида образуется метаборат кальция:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2H_3BO_3 + \ CaO \rightarrow \ 3H_2O + \ Ca(BO_2)_2} }[/math]

При недостатке оксида образуется тетраборат кальция:

[math]\displaystyle{ \mathsf{4H_3BO_3 + \ CaO \rightarrow \ 6H_2O + \ CaB_4O_7} }[/math]

Взаимодействует с металлами при нагревании:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2Na + \ 2H_3BO_3 \rightarrow \ 2NaBO_2 + \ 2H_2O + \ H_2} }[/math]

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

[math]\displaystyle{ \mathsf{H_3BO_3 \xrightarrow[]{107,5^oC} HBO_2 + \ H_2O} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{2HBO_2 \xrightarrow[]{150^oC} B_2O_3 + \ H_2O} }[/math]

Со спиртами в присутствии концентрированной серной кислоты образует эфиры:

[math]\displaystyle{ \mathsf{H_3BO_3 + \ 3CH_3OH \longrightarrow \ 3H_2O + \ B(OCH_3)_3} }[/math]

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:

[math]\displaystyle{ \mathsf{Na_2B_4O_7\cdot 10H_2O + 2HCl \rightarrow 4H_3BO_3 + 2NaCl + 5H_2O} }[/math]

Является продуктом гидролиза диборана или тригалогенидов бора:

[math]\displaystyle{ \mathsf{B_2H_6 + 6H_2O \rightarrow 2H_3BO_3 + 6H_2} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{BCl_3 + 3H_2O \rightarrow H_3BO_3 + 3HCl} }[/math]

Борная кислота в медицине

Борный спирт (от лат. Solutio Acidi borici spirituosa) — 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 D08AD), 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 — как основа флюсов для пайки золотосодержащих сплавов.
• 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. М.: «Химия», 1994
• Реми Г. «Курс неорганической химии» М.: «Иностранная литература», 1963
• М. Д. Машковский. Лекарственные средства. — М.: ООО «Новая волна», 2002. — Т. 2. — 608 с. — 25 000 экз. — ISBN 5-7864-0129-4.