Тетраборат натрия

Тетраборат натрия
Общие
Традиционные названия	бура, боракс
Хим. формула	Na2B4O7
Физические свойства
Состояние	кристаллы
Молярная масса	201,22 г/моль
Термические свойства
Температура
• плавления	664 °C (β-модификация) 710 °C (γ-модификация)
• кипения	1575 °C
Химические свойства
Растворимость
• в воде	3,2 г/100 мл (25 °C) 10,5 г/100 мл (50 °C)
• в этаноле	0,05 (25 °C)
• в ацетоне	0,006 (25 °C)
Безопасность
NFPA 704	0 1 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Тетрабора́т на́трия («бура́», «боракс» (от лат. borax), натрий тетраборнокислый) — неорганическое соединение, натриевая соль борной кислоты с химической формулой [math]\ce{ Na2B4O7 }[/math], наиболее распространённое и используемое соединение бора, образует несколько кристаллогидратов, широко применяется в промышленности.

Нахождение в природе

Существуют многочисленные минералы, содержащие тетраборат натрия. К ним относятся:

• бура (боракс, тинкал) — минерал состава [math]\ce{ Na2B4O7.10H2O }[/math] — декагидрат тетрабората натрия;
• кернит — тетрагидрат тетрабората натрия — [math]\ce{ Na2B4O7.4H2O }[/math];
• многочисленные минералы класса боратов, в которых помимо оксидов натрия и бора содержатся другие металлы, — кальций, магний, железо и др.;
• кристаллогидраты тетрабората натрия выпадают в осадок при пересыхании некоторых бессточных, сезонно пересыхающих солёных озёр, например, в озере Серлс, расположенном в пустыне Мохаве в США, и некоторых озёр в Турции.

Физические свойства

Имеет две метастабильные модификации: β и γ. β-модификация является ромбической с температурой плавления 664 °C, γ-модификация — моноклинная с температурой плавления 710 °C. Температура кипения — 1575 °C. При быстром охлаждении расплава образуется аморфная стекловидная масса с плотностью 2,36 г/см³. При медленном охлаждении образуется α-форма (ромбические кристаллы).

Химические свойства

Растворимость в воде составляет 3,2 г /100 мл (при 25 °C), 10,5 г / 100 мл (при 50 °C), в этаноле — 0,05 г / 100 г (при 25 °C), ацетоне — 0,006 г / 100 г (при 25 °C), не растворим в диэтиловом эфире и глицерине. Реагирует с метанолом при растворении с образованием бороорганических соединений.

Образует несколько кристаллогидратов с разным содержанием воды. Эти кристаллогидраты и безводный тетраборат натрия [math]\ce{ Na2B4O7 }[/math] обычно называют «бура́». Примеры кристаллогидратов:

• пентагидрат ([math]\ce{ Na2B4O7.5H2O }[/math]), так называемая «ювелирная бура», используется при пайке ювелирных изделий;
• декагидрат ([math]\ce{ Na2B4O7.10H2O }[/math]).

Однако наиболее часто «буро́й» называют декагидрат [math]\ce{ Na2B4O7.10H2O }[/math]. Эта соль представляет собой прозрачные кристаллы с молярной массой 381,43 г/моль, имеющие хорошую растворимость в тёплой воде. При нагревании свыше 400 °C полностью теряет кристаллизационную воду.

Так как тетраборат натрия является солью слабой кислоты и сильного основания, в воде гидролизуется. Водный раствор тетрабората натрия имеет щелочную реакцию.

Взаимодействует с сильными кислотами, образуя соответствующую соль и борную кислоту:

[math]\ce{ Na2B4O7.10H2O + 2 HCl -> 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O }[/math].

Многие соли металлов борной кислоты нерастворимы в воде и при взаимодействии в растворе их растворимых солей с тетраборатом натрия образующиеся бораты выпадают в осадок. На этом основано применение буры для «умягчения» воды:

[math]\ce{ Ca^2+_{(aq)}\ + Na2B4O7_{(aq)} -> CaB4O7_{(s)}\ + 2 Na^+_{(aq)} }[/math],

[math]\ce{ Mg^2+_{(aq)}\ + Na2B4O7_(aq) -> MgB4O7_{(s)}\ + 2 Na^+_{(aq)} }[/math].

С оксидами многих переходных металлов бура при сплавлении образует разнообразно окрашенные соединения — бораты «перлы буры». По цвету перлов можно судить о качественном химическом составе пробы.

Соединение окрашивает пламя горелки в зелёный цвет (характерная реакция на соединения бора).

Получение

Десятиводную соль [math]\ce{ Na2B4O7.10H2O }[/math] получают из природных минералов, например, буры или кернита, осуществляя их перекристаллизацию. Также для этой цели применяют химическое взаимодействие некоторых природных боратов (ашарита и улексита) с карбонатом или гидрокарбонатом натрия.

Может быть получен реакцией карбоната натрия и борной кислоты при нагреве, пропусканием углекислого газа через раствор метабората натрия.

Применение

Тетраборат натрия применяется:

• как сырьё для получения борной кислоты и различных соединений бора;
• в производстве эмалей, глазурей, оптических и цветных стёкол, различных керамик;
• при пайке и плавке металлов в составе флюса;
• при ковке металлов;
• в бумажной и фармацевтической промышленности;
• в производстве строительных материалов как компонент антисептика для изготовления целлюлозного утеплителя «Эковата»
• как дезинфицирующее и консервирующее средство;
• для приготовления буферных растворов;
• в аналитической химии:
  • как стандартное вещество для определения концентрации растворов кислот;
  • для качественного определения оксидов металлов (по цвету перлов);
• в фотографии — в составе медленно действующих проявителей в качестве слабого ускоряющего вещества;
• как компонент моющих средств;
• как компонент косметики;
• как инсектицид в отравленных приманках для уничтожения тараканов;
• используется в слаймах.

В 1977 году мировое производство тетрабората натрия составило 1,5 млн тонн.

Токсичность

Вещество малотоксично для теплокровных животных, ЛД50 для крыс 2,66 г/кг. Пыль может вызывать раздражение слизистых оболочек и неблагоприятно влияет на органы дыхания.

Имеются сведения, что вещество снижает фертильность. По нормам Европейского союза (ЕС) вещества и смеси, импортируемые в ЕС и содержащие буру, с июля 2015 года должны быть маркированы предупреждениями «Может нанести ущерб фертильности» и «Может нанести вред нерожденному ребёнку».

Также указывается, что длительное, в течение 10—15 лет потребление буры в виде пищевых добавок может провоцировать онкологические заболевания.

См. также

• Буферные растворы
• Бура (минерал)
• Бораты

Литература

• Альмединген А. Н. Бура, фальсификация её // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Герценштейн Г. М. Бура, в медицине // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Натрия тетраборат // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — С. 204. — 447 с.
• Левинсон-Лессинг Ф. Ю. Бура, нахождение в природе // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Федоров П. И. Натрия бораты // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди—Полимерные. — С. 180—181. — 639 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.

Ссылки

• International Chemical Safety Card 0567
• International Chemical Safety Card 1229 (fused borax)
• National Pollutant Inventory — Boron and compounds
• NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
• Sodium Borate in sefsc.noaa.gov