Тетраборат натрия

1. Общие сведения.

Формула:

Na₂B₄O₇

Термин «Бура» применяют по отношению к нескольким близким веществам: она может существовать в безводной форме, в природе чаще встречается в виде пятиводного или десятиводного кристаллогидрата:

• Безводная бура (Na₂B₄O₇)

• Пентагидрат (Na₂B₄O₇·5H₂O)

• Декагидрат (Na₂B₄O₇·10H₂O)

Однако наиболее часто слово бура относят к соединению Na₂B₄O₇·10H₂O.

Тетраборат натрия (Бура) встречается в солевых отложениях, образованных при испарении сезонных озёр 

Бура́ (декагидрат тетрабората натрия, Na₂B₄O₇ · 10H₂O) — прозрачные кристаллы, при нагревании до 400 °C полностью теряют воду. В воде бурагидролизуется, ее водный раствор имеет щелочную реакцию. С оксидами многих металлов бура при нагревани образует окрашенные соединения — бораты («перлы буры»). 

2. Получение.

Способы получения буры сохранялись в строжайшей тайне, их не знали даже европейские алхимики.

Тем не менее, алхимики отличали буру от соды, хотя как именно они это делали, неизвестно: ведь оба вещества схожи в том, что дают щелочную среду при растворении в воде и поэтому вытесняют аммиак из хлорида аммония.

Щелочная реакция раствора тетрабората натрия обусловлена тем, что в водном растворе протекает реакция гидролиза c образованием в растворе борной кислоты B(OH) ₃:

Na₂B₄O₇ = 2Na⁺ + B₄O₇^2– ;

B₄O₇^2– + 7H₂O 2OH ^– + 4B(OH)₃,

а выделение аммиака при взаимодействии с NH4Cl отвечает уравнению:

Na₂B₄O₇ + 2NH₄Cl + H₂O = 2NH₃ + 2NaCl + 4B(OH) ₃

Хотя в 16–17 вв. химики не имели представления о точном составе получаемых и используемых ими веществ, а об их свойствах судили по самым примитивным признакам, вроде пробы на вкус, им удавалось иногда сделать замечательные открытия. Так, голландский алхимик Вильгельм Гомберг, нагревая буру с серной кислотой H₂SO₄, выделил борную кислоту B(OH)₃.

При этом протекала реакция:

Na₂B₄O₇·10H₂O + H₂SO₄ = B(OH)₃ + Na₂SO₄ + 5H₂O

А в 1751 Анри Дюамель де Монсо установил, что в составе буры, как и в составе соды, содержится элемент «натр»... Можно только догадываться, как именно за три тысячи лет до нашей эры люди натолкнулись на буру. Возможно, индус-паломник, отдыхая на берегу озера, бросил в костер кусок неведомого белого вещества и заметил, что пламя стало зеленым, а вещество оплавилось и стало похоже на стекло. Позже, вероятно, обнаружили, что бура, как и сода, помогает отстирывать одежду от грязи (мыла еще не было). Постепенно люди научились использовать буру для дубления кож, в производстве стекла и глазурей, наконец, как лекарство – антисептик для промывания горла.

3. Качественный анализ.

   1. Аналитические реакции на катион натрия.

1. Реакция с ацетатом диоксоуран(VI)цинка Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ c образованием жёлтого кристаллического осадка (фармакопейная реакция - ГФ) или жёлтых кристаллов тетра- и октаэдрической формы, нерастворимых в уксусной кислоте (МКС). Для повышения чувствительности реакции следует нагреть исследуемую смесь на предметном стекле.

NaCl + Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ + CH₃COOН + 9 H₂O

NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉ · 9 H₂O + HCl

Мешающие ионы: избыток ионов K⁺, катионы тяжёлых металлов (Hg₂²⁺, Hg²⁺, Sn²⁺, Sb³⁺, Bi³⁺, Fe³⁺ и др.). Реакция используется как дробная после удаления мешающих катионов.

2. Окрашивание бесцветного пламени горелки в жёлтый цвет (ГФ).

3. Реакция с пикриновой кислотой с образованием кристаллов пикрата натрия жёлтого цвета игольчатой формы, исходящих из одной точки (МКС).

Error: Reference source not found

Реакция используется как дробная только в отсутствие мешающих ионов (K⁺, NH₄⁺, Ag⁺).

4. Реакция с гексагидроксостибатом(V) калия K[Sb(OH)₆] с образованием белого кристаллического осадка, растворимого в щелочах.

NaCl + K[Sb(OH)₆] Na[Sb(OH)₆] + KCl

Условия проведения реакции: а) достаточная концентрация Na⁺; б) нейтральная реакция раствора; в) проведение реакции на холоду; г) потирание стеклянной палочкой о стенку пробирки. Мешающие ионы: NH₄⁺, Mg²⁺ и др.

В кислой среде реагент разрушается с образованием белого аморфного осадка метасурьмяной кислоты HSbO₃.

K[Sb(OH)₆] + HCl KCl + H₃SbO₄ + 2 H₂O

H₃SbO₄ HSbO₃ + H₂O

2. Аналитические реакции на -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".

4. Количественный анализ.

Стандартизация 0,1 М раствора хлороводородной кислоты

по стандартному раствору тетрабората натрия (способ пипетирования)

Na₂B₄O₇ + 2 HCl + 5 H₂O = 2 NaCl + 4 H₃BO₃

М (Na₂B₄O₇10H₂O) = 381, 37г/моль

А. Приготовление стандартного 0,1 М раствора тетрабората натрия Методика приготовления титрованного раствора по точной навеске приведена в таблице «Способы приготовления титрованных растворов» (тетраборат натрия растворяют в горячей воде) см. табл. 1 стр. 21.

Поправочный коэффициент раствора К_П рассчитывают по формуле:

а ^пр – практическая навеска тетрабората натрия, г

а ^теор – навеска теоретическая тетрабората натрия, г.

Б. Установка К_П 0,1 М раствора хлороводородной кислоты

Методика: Точно отмеривают пипеткой 10-15 см³ стандартного раствора тетрабората натрия в колбу для титрования, прибавляют 1-2 капли раствора метилового оранжевого и титруют 0,1 М раствором хлороводородной кислоты до перехода жёлтой окраски в розовато-оранжевую.

Здесь и далее расчёт К_П раствора с точностью до четвёртого знака после запятой, исходя из основного уравнения титриметрического анализа, производят по среднему значению из трёх параллельных титрований

5. Применение.

1. в производстве эмалей, глазурей, оптических и цветных стекол;

2. при пайке в качестве флюса;

3. в бумажной и фармацевтической промышленности;

4. как дезинфицирующее и консервирующее средство;

5. в аналитической химии:

   1. как стандартное вещество для определения концентрации растворов кислот;

   2. для качественного определения оксидов металлов (по цвету перлов);

6. в фотографии — в составе медленно действующих проявителей в качестве слабого ускоряющего вещества;^[1]

7. Компонент моющих средств;

8. Компонент косметики;

9. Сырьё для получения бора.

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