Борная кислота

1. Общие сведения.

Формула:

Н₃ВО₃

Бо́рная кислота́ (ортоборная кислота)  — слабая кислота.

Бесцветное кристаллическое вещество в виде чешуек без запаха, имеет слоистую триклинную решетку, в которой молекулы  соединены водородными связями в плоские слои, слои соединены между собой межмолекулярными связями (d= 0,318 нм).

Метаборная кислота  также предствляет собой бесцветные кристаллы. Она существует в трех модификациях - наиболее устойчивой γ-НВО₂ с кубической решеткой, β-НВО₂ с моноклинной решеткой и α-НВО₂ с ромбической решеткой.

При нагревании ортоборная кислота теряет воду и сначала переходит в метаборную кислоту , затем в тетраборную . При дальнейшем нагревании обезвоживается доборного ангидрида.

Водные растворы борной кислоты являются смесью полиборных кислот общей формулы Н_3m-2nВ_mО_3m-n.

Общие

Систематическое наименование: Ортоборная кислота

Молярная масса: 61,83 г/моль

Плотность: 1,435 (15 °С) г/см³

Температура плавления: 170.9 °C, 444 K, 340 °F

Температура кипения: 300 °C, 573 K, 572 °F

Растворимость в воде (г/100мл):

2.52 (0 °C)

4.72 (20 °C) 5,74 (25 °C) 19.10 (80 °C)

27.53 (100 °C)

2. Получение.

Для получения химически чистой борной кислоты к раствору 1 ч. буры в 4 ч. горячей воды прибавляют столько соляной кислоты, чтобы жидкость сильно окрашивала лакмус в красный цвет; по охлаждении почти вся борная кислота выделяется в виде тонких чешуек, которые отделяют от маточного раствора отжиманием и окончательно очищают перекристаллизацией.

Na2B4O7 + 2НСl+5Н2O=4В (ОН) 3+2NаСl.

Борная кислота кристаллизуется из воды в перламутровых просвечивающих листочках, жирных на ощупь, уд. веса 1, 434 (при 15? Ц.) ; 1 ч. кислоты растворяется в 25, 6 ч. воды при 15 и в 2, 9 ч. кипящей воды; вещество растворимо также в летучих эфирных маслах и в алкоголе, с парами которого летит при нагревании, образуя сложные эфиры; алкогольный раствор свободной кислоты (или солей ее в присутствии серной кислоты) горит зеленым пламенем, что служит для открытия борных соединений (при этом опыте следует избегать медных солей и солей хлористоводородной кислоты, также окрашивающих пламя спирта в зеленый цвет).

3. Качественный анализ.

   1. Аналитические реакции на борат-ион.

1. С групповым реагентом BaCl₂ + CaCl₂

2. С куркумовой бумагой (ГФ).

Куркумовая бумага, смоченная раствором тетрабората натрия (или ортоборной кислоты) и несколькими каплями разбавленной хлороводородной кислоты, окрашивается при высушивании в розовый цвет, переходящий в зеленовато-чёрный при дальнейшем смачивании бумаги раствором аммиака. Мешают анионы-окислители, обесцвечивающие куркумовую бумагу.

3. Реакция этерификации с этиловым спиртом в присутствии концентрированной серной кислоты.

Na₂B₄O₇ + H₂SO₄ + 5 H₂O Na₂SO₄ + 4 H₃BO₃

H₃BO₃ + 3 C₂H₅OH B(OC₂H₅)₃ + 3 H₂O

Методика: 0,2 г борной кислоты (или тетрабората натрия) помещают в фарфоровую чашку. Для дробного открытия выпаривают досуха 1 см³ испытуемого раствора в фарфоровой чашке, прибавляют 1 см³ концентрированной серной кислоты, 3 см³ этанола и перемешивают. При зажигании смесь горит пламенем, окаймленным зелёным цветом. Выполнению реакции мешают хлорид-, бромид-, иодид-ионы. Их удаляют выпариванием с серной кислотой до появления "белого дыма".

3. Инструментальный анализ.

1. Электро-химические методы анализа.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРОВОДОРОДНОЙ И БОРНОЙ КИСЛОТ ПРИ СОВМЕСТНОМ ПРИСУТСТВИИ

Определение компонентов смеси в растворе основано на дифференцированном титровании их раствором гидроксида натрия с фиксированием двух точек эквива­лентности по резкому скачку потенциала. В качестве индикаторного используют стеклянный электрод, электрода сравнения –хлорсеребряный.

Борная кислота является очень слабой кислотой (К_д = 6,4 ´ 10^-10 ), поэтому её пе­реводят в более сильную глицероборную кислоту (К_д » 10^-7).

Первый скачок титрования соответствует нейтрализации сильной хлороводород­ной кислоты:

HCl + NaOH = NaCl + Н₂О

М _HCl = 36,45 г/моль

Затем добавляют глицерин, образуется глицероборная кислота.

Второй скачок титрования соответствует нейтрализации глицероборной кислоты:

М Н₃ВО₃ = 61,81 г/моль

МЕТОДИКА

2-4 см³ анализируемого раствора (индивидуальное задание) помещают в ста­кан вместимостью 50 см³ с магнитным стержнем, добавляют дистиллированную воду до объёма, обеспечивающего условия работы.

Бюретку заполняют 0,1 моль/дм³ раствором гидроксида натрия, закрепляют штатив. Стакан с анализируемым раствором устанавливают на столик электромагнитной мешалки, погружают в раствор электроды и приступают к титрова­нию. Проводят ориентировочное и точное титрования согласно общих указаний. В процессе титрования фиксируют первый скачок титрования, затем к раствору прибав­ляют 10 см³ глицерина, нейтрализованного по фенолфталеину и продолжают титро­вать, фиксируя второй скачок титрования по резкому изменению потенциала. Резуль­таты измерений заносят в таблицы.

Расчёт результатов

По интегральному или дифференциальным графикам (по указанию прелодавателя) находят:

1. объём титранта, соответствующий первому скачку титрования, прореагировавший с хлороводородной кислотой (V₁).

2. объём титранта, соответствующий второму скачку титрования (V_oбщ). Тогда: V₂ NaOH = (V_общ – V₁) израсходован на титрование Н₃ВО₃.

3. Применение.

Борное удобрение

В лабораториях применяют для приготовления буферных растворов

В медицине — как самостоятельное дезинфицирующее средство(Инструкция по приминению). Также на основе борной кислоты производятся различные комбинированные препараты (группа АТХ D08AD), например, паста Теймурова.

В фотографии — в составе мелкозернистых проявителей и кислых фиксажей для создания слабой кислотной среды.

В быту раньше использовалась для борьбы с тараканами.

В пищевой промышленности — зарегистрирована как пищевая добавка E284 (на территории России эта добавка не входит в список разрешённых к применению^[1]).

В игре Новус борной кислотой натирают игровой стол для лучшего скольжения фишек.

На АЭС в качестве поглотителя нейтронов, растворенного в теплоносителе.

3. Список литературы.

1. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Москва, 1972;

2. Методическое указание «Инструментальные методы анализа», Пермь, 2004;

3. Методическое указание «Качественный химический анализ», Пермь, 2003;

4. Методическое указание «Количественный химический анализ», Пермь, 2004;

5. Прозоровский. В. КОВАРНАЯ БОРНАЯ КИСЛОТА. Журнал "Наука и жизнь" №11, 2003 год http://www.nkj.ru/archive/articles/3604/;

6. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник, Ленинград, 1991;

7. «Большая советская энциклопедия».