חומצה בורית: מבנה כימי, תכונות, הכנה, שימושים - כִּימִיָה - 2025

חומצה בורית הוא תרכובת אורגנית עם הנוסחה הכימית H ₃ BO ₃ . זה מורכב ממוצק לבן או חסר צבע. זו חומצה חלשה שבתמיסה מימית מייצרת, בהתאם לריכוז שלה, pH של בין 3.8 ל 4.8. זה מסיס בצורה גרועה במים קרים ומסיס בינוני במים חמים.

חומצה בורית התגלתה בשנת 1702 על ידי וילהלם הומברג (1652-1713), שטיפל בבורקס בחומצה גופרתית, תוך קבלת תמיסה עם פעולה רפואית שקיבלה את שם מי הרגעה של הומברג.

מדגם מוצק של חומצה בורית על זכוכית שעונים. מקור: Walkerma דרך Wikipedia.

עם זאת, מצוין גם כי הומברג הכין את חומצת הבור על ידי הוספת מים לבורקס וחימום התמיסה עד להתאדותו, ובכך השאיר את גבישי החומצה הבורית במשקע.

חומצה זו היא תרכובת שימושית ביותר שיש לה יישומים רבים בתעשייה וברפואה, ומשמשת גם כחומר הדברה, שימור עצים, מעכב אש ומהווה מרכיב בתמיסה של חיץ pH.

מבנה כימי

מולקולת חומצה בורית המיוצגת על ידי מודל של כדורים וסורגים. מקור: Benjah-bmm27

בתמונה העליונה יש לנו את המולקולה בפועל של H ₃ BO ₃ . שימו לב כי אטומי המימן, המיוצגים על ידי כדוריים לבנים, אינם קשורים לאטום הבור המרכזי, כפי שעשוי להציע הנוסחה הכימית; אלא לאטומי החמצן, המיוצגים על ידי כדורים אדומים.

לפיכך, נוסחה נוחה יותר, אם כי פחות משמשת לחומצה בורית היא B (OH) ₃ , מה שמצביע על כך שהחומציות שלה נובעת מיוני H ⁺ שמשתחררים מקבוצות ה- OH שלה. למולקולת B (OH) ₃ יש גיאומטריה של מישור טריגונאלי, כאשר לאטום הבורון שלו הכלאה כימית sp ² .

B (OH) ₃ היא מולקולה מאוד קוולנטית, מכיוון שההבדל האלקטרוניטיבי בין אטום בורון לחמצן אינו גדול במיוחד; כך שקשרי BO הם למעשה קוולנטיים. שימו לב גם שמבנה של מולקולה זו דומה למבנה של ספינר. האם הוא יכול להסתובב על ציר משלו באותה צורה?

קריסטלים

תא יחידה לקריסטל H3BO3. מקור: Benjah-bmm27

התמונה העליונה מציגה את תא היחידה המתאים למבנה הגבישי הטריקליני לחומצה בורית אשר בתנאים סינתטיים מסוימים יכולים לאמץ את המבנה המשושה הקומפקטי. שימו לב שיש ארבע מולקולות ליחידת תא, ושהן מסודרות בשתי שכבות, A ו- B, לסירוגין (הן אינן מונחות זו על גבי זו).

בשל הסימטריה וההתמצאות של קשרי B-OH, ניתן להניח ש- B (OH) ₃ הוא אפולארי; עם זאת, קיומם של קשרי מימן בין-מולקולריים משנה את הסיפור. כל מולקולת B (OH) ₃ תעניק או תקבל שלושה מהגשרים הללו, עם סך של שש אינטראקציות דיפול-דיפול, כפי שנצפה בתמונה למטה:

שכבות גבישיות של H3BO3 נצפו מציר גבוה יותר. מקור: Benjah-bmm27

שים לב שקשרי מימן אלה הם יחסי הגומלין הכיווניים השולטים בגבישים של חומצת בור, ומבססים דפוסים של היבטי נוי; טבעות פנימיות אולי עם מספיק מקום כדי להכיל כמה זיהומים שאינם נמצאים בפגמי הגביש.

קשרי מימן אלה, למרות המסה המולקולרית הנמוכה של B (OH) ₃ , שומרים על גבישם מגובש דיו עד שהוא זקוק לטמפרטורה של 171 מעלות צלזיוס כדי להתמוסס. לא ידוע מה ההשפעות של הלחצים הגבוהים (בסדר של GPa) על השכבות המולקולריות של B (OH) ₃ .

נכסים

שמות

IUPAC: חומצה בורית וטוריhydrooxide בורון. שמות אחרים: חומצה אורתובורית, חומצה בוראצ'ית, ססוליט, בורופקס וטריהידרוקסיבורן.

מסה מולארית

61.83 גרם / מול

מראה חיצוני

מוצק לבן ברור, חסר צבע, גבישי. זה זמין גם כגרגירים או כאבקה לבנה. מעט קרמי למגע.

רֵיחַ

שֵׁרוּתִים

טַעַם

מריר מעט

נקודת המסה

170.9 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

300 מעלות צלזיוס

מסיסות במים

מסיסים במים קרים ומסיסים במים חמים:

2.52 גרם / 100 מ"ל (0 ºC)

27.50 גרם / 100 מ"ל (100 מעלות צלזיוס)

חומצה בורית מסיסה חלקית במים ונוטה לשקוע בתוכה. המסיסות האמורה נוטה לעלות בנוכחות חומצות, כגון הידרוכלורית, לימונית וטרטרית.

מסיסות בממסים אחרים

- גליצרול: 17.5% בחום של 25 מעלות צלזיוס

-אתילן גליקול: 18.5% בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס

-צטון: 0.6% בחום של 25 מעלות צלזיוס

-אתיל אצטט: 1.5% בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס

- מתנול: 172 גרם לליטר בחום של 25 מעלות צלזיוס

-אתנול: 94.4 גרם לליטר בחום של 25 מעלות צלזיוס

מקדם מחיצת אוקטנול / מים

יומן P = -0.29

חומציות (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. אלה הם שלושת הקבועים של ההתנתקות שלהם כדי לשחרר H ⁺ במים.

pH

3.8 - 4.8 (3.3% בתמיסה מימית)

5.1 (0.1 טוחם)

לחץ אדים

1.6 10 ^-6 מ"מ מגה"ג

יַצִיבוּת

יציב במים

הִתפָּרְקוּת

זה מתפרק כאשר מחומם מעל 100 מעלות צלזיוס, ויוצר בור אנהידריד ומים.

תגובתיות

חומצה בורית יוצרת מלחים מסיסים עם קטיונים חד-פעמיים, למשל: Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O, ומלחים בלתי מסיסים עם קטיונים דו-ערכיים, CaB ₄ O ₇ .6H ₂ O.

בתמיסה מימית הוא מייצר פתרון חומצי, לחשוב כי נכס זה היה עקב ההפחתה של OH ^- קבוצות ממים. חומצה בורית מסווגת כחומצה חלשה מסוג לואיס.

חומצה בורית מגיבה עם גליצרול ומניטול, מגבירה את החומציות של המדיום המימי. ה- PKa משתנה מ- 9.2 ל- 5, עקב היווצרות של chelate בורון-מניטול ^- שמשחרר את H ⁺ .

הכנה

חומצה בורית נמצאת במדינה חופשית הנפוצה געשית באזורים כמו טוסקנה באיטליה, איי ליפארי ובמדינת נבדה, ארה"ב. הוא נמצא גם במינרלים כמו בורקס, בורציט, אוקסיט וקולמניט.

חומצה בורית מוכנה בעיקר על ידי תגובת הבורקס המינרלי (נתרן טטרה-בוראט דקהידרט) עם חומצות מינרליות, כמו חומצה הידרוכלורית, חומצה גופרתית וכו '.

Na ₂ B ₄ O ₉ 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 NaCl + 5 H ₂ O

הוא מוכן גם באמצעות הידרוליזה של בורון טריהליד ודיבורן.

חומצה בורית מוכנה מקולמניט (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). ההליך מורכב מטיפול במינרל עם חומצה גופרתית להמסת תרכובות בורון.

לאחר מכן, הפתרון בו קיימת חומצה בורית מופרד משברים לא מומסים. התמיסה מטופלת במימן גופרתי על מנת לזרז את ארסן וזיהומי ברזל. Supernatant מקורר כדי לייצר משקע חומצה בורית ולהפריד אותו מהמתלה.

יישומים

בתעשייה

חומצה בורית משמשת בייצור פיברגלס. בכך שהוא עוזר להוריד את נקודת ההיתוך הוא מגביר את חוזק ויעילות פיברגלס הטקסטיל - חומר המשמש לחיזוק הפלסטיק המשמש בספינות, צנרת תעשייתית ולוחות מחשב.

חומצה בורית משתתפת בייצור זכוכית בורוסיליקט, המאפשרת להשיג זכוכית עמידה בפני שינויי טמפרטורה, שמישים במטבח הבתים, בכלי זכוכית במעבדות, צינורות ניאון, סיבים אופטיים. , מסכי LCD וכו '.

הוא משמש בתעשייה המתכת כדי להקשיח ולטפל בסגסוגות פלדה, כמו גם לקידום הציפוי המתכתי של חומרים.

הוא משמש כמרכיב כימי לשבר הידראולי (שבריר): שיטה המשמשת למיצוי נפט וגז. חומצה בורית משמשת כמעכב אש בחומרים תאיים, פלסטיקה וטקסטיל אשר ספוגים בחומצה בורית כדי להגביר את עמידותם בפני אש.

בתרופה

חומצה בורית משמשת מדוללת בשטיפת עיניים. כמוסות ג'לטין חומצות בוריות משמשות לטיפול בזיהומים פטרייתיים, ובמיוחד קנדידה אלביקנס. זה שימש גם לטיפול באקנה.

חומצה בורית מפוזרת על גרביים כדי למנוע זיהומים בכף הרגל, כמו כף הרגל של אתלט. כמו כן, משתמשים בתמיסות המכילות חומצה בורית לטיפול באוסטיטיס חיצונית בבני אדם, כמו גם בבעלי חיים.

חומצות בוריות מתווספות לבקבוקים המשמשים לאיסוף שתן, המונע זיהום חיידקי לפני שנבדקים במעבדות אבחון.

קוטל חרקים

חומצה בורית משמשת למניעת התפשטות חרקים, כמו ג'וקים, טרמיטים, נמלים וכו '. זה לא הורג באופן מיידי מקקים, מכיוון שהוא משפיע תחילה על מערכות העיכול והעצבים שלהם, כמו גם משמיד את שלד הגזע שלהם.

חומצה בורית עובדת לאט, ומאפשרת לחרקים שנטלו אותה לבוא במגע עם חרקים אחרים ובכך להפיץ הרעלה.

שְׁמִירָה

חומצה בורית משמשת למניעת התקפת עץ על ידי פטריות וחרקים, ומשמשת למטרה זו בשילוב עם אתילן גליקול. טיפול זה יעיל גם בשליטה על סחף ואצות.

חיץ PH

חומצה בורית ובסיסה המצומד מהווים מערכת חיץ של pKa = 9.24, מה שמצביע על כך שמאגר זה הוא היעיל ביותר ב- pH בסיסי, שאינו מקובל ביצורים חיים. עם זאת, משמש במאגר בוראט בוויסות pH בבריכות שחייה.

כורים גרעיניים

לחומצה בורית יש את היכולת ללכוד נויטרונים תרמיים, מה שמקטין את האפשרות לביקוע גרעיני בלתי מבוקר שיכול להוביל לתאונות גרעיניות.

חַקלָאוּת

בורון הוא מרכיב חיוני לצמיחת צמחים, שהביא לשימוש בחומצה בורית לתרומת האלמנט. עם זאת, יותר מדי חומצה בורית יכולה לפגוע בצמחים, בעיקר בפירות הדר.

התוויות נגד

יש להימנע משימוש בחומצה בורית על עור נדוש, מוצר פצע או כוויה המאפשר את ספיגתו. זהו תרכובת רעילה בתוך הגוף ובמקרים מסוימים הוא יכול לגרום להתעלפויות, התקפים, עוויתות, טיפולי פנים ולחץ דם נמוך.

יש להתייעץ עם הרופא לצורך שימוש בכמוסות וגינאליות של חומצת בור בנשים הרות, מכיוון שצוין כי הדבר עלול לגרום לעיוות בעובר וירידה במשקל גופו של הילד בעת הלידה.

יש להימנע ממיקום של חומצה בורית המשמשת כחומר הדברה במקומות בהישג ידם של ילדים, מכיוון שלילדים יש רגישות רבה יותר לפעולה הרעילה של חומצה בורית, וביסוס המינון הקטלני בהם הוא 2,000 עד 3,000 מ"ג. .

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2019). חומצה בורית. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). חומצה בורית. מאגר PubChem. CID = 7628. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (28 במרץ, 2019). חומצה בורית. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
5. מוביל רטט. (9 בנובמבר 2018). השימושים הסמויים של חומצה בורית בחיי היומיום שלך. התאושש מ: carriervibrating.com
6. מרכז המידע הלאומי לחומרי הדברה. (sf). חומצה בורית. התאושש מ: npic.orst.edu
7. טיוטה. (30 בנובמבר 2017). חומצה בורית: תכונות ושימושים של תרכובת כימית זו. התאושש מ: acidos.info
8. נתרן כלוריד. (2019). חומצה בורית. התאושש מ: chlorurosodio.com
9. האגודה הספרדית לרוקחות בבית חולים. (sf). חומצה בורית. . התאושש מ: workgroups.sefh.es