BORSÄURE: CHEMISCHE STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, HERSTELLUNG, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Die Borsäure ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel H ₃ BO ₃ . Es besteht aus einem weißen oder farblosen Feststoff. Es ist eine schwache Säure, die in wässriger Lösung je nach Konzentration einen pH-Wert zwischen 3,8 und 4,8 erzeugt. Es ist in kaltem Wasser schwer löslich und in heißem Wasser mäßig löslich.

Borsäure wurde 1702 von Wilhelm Homberg (1652-1713) entdeckt, der Borax mit Schwefelsäure behandelte und eine Lösung mit medizinischer Wirkung erhielt, die den Namen Hombergs Beruhigungswasser erhielt.

Feste Borsäureprobe auf Uhrglas. Quelle: Walkerma über Wikipedia.

Es wird jedoch auch angemerkt, dass Homberg die Borsäure durch Zugabe von Wasser zum Borax und Erhitzen der Lösung bis zur Verdampfung herstellte, wodurch die Borsäurekristalle im Sediment zurückblieben.

Diese Säure ist eine äußerst nützliche Verbindung, die zahlreiche Anwendungen in Industrie und Medizin hat, auch als Insektizid, Holzschutzmittel, Feuerhemmer verwendet wird und Bestandteil einer pH-Pufferlösung ist.

Chemische Struktur

Borsäuremolekül, dargestellt durch ein Modell von Kugeln und Balken. Quelle: Benjah-bmm27

Im oberen Bild haben wir das tatsächliche Molekül von H ₃ BO ₃ . Es ist zu beachten, dass die Wasserstoffatome, dargestellt durch weiße Kugeln, nicht an das zentrale Boratom gebunden sind, wie die chemische Formel vermuten lässt; sondern zu den Sauerstoffatomen, dargestellt durch rote Kugeln.

Eine bequemere Formel für Borsäure ist B (OH) ₃ , obwohl sie weniger verwendet wird , was darauf hinweist, dass ihre Azidität auf die aus seinen OH-Gruppen freigesetzten H ⁺ -Ionen zurückzuführen ist. Das B (OH) ₃ -Molekül hat eine Trigonalebenengeometrie, wobei sein Boratom eine chemische sp ² -Hybridisierung aufweist .

B (OH) ₃ ist ein hochkovalentes Molekül, da der Elektronegativitätsunterschied zwischen dem Boratom und Sauerstoff nicht sehr groß ist; BO-Bindungen sind also im Wesentlichen kovalent. Beachten Sie auch, dass die Struktur dieses Moleküls der eines Spinners ähnelt. Wird es sich auf die gleiche Weise um seine eigene Achse drehen können?

Kristalle

Einheitszelle für den H3BO3-Kristall. Quelle: Benjah-bmm27

Das obere Bild zeigt die Einheitszelle, die der triklinen Kristallstruktur für Borsäure entspricht, die unter bestimmten Synthesebedingungen die kompakte hexagonale Struktur annehmen kann. Es ist zu beachten, dass es vier Moleküle pro Einheitszelle gibt und dass sie in zwei Schichten A und B abwechselnd angeordnet sind (sie sind nicht übereinander angeordnet).

Aufgrund der Symmetrie und Orientierung der B-OH-Bindungen kann angenommen werden, dass B (OH) ₃ unpolar ist; Die Existenz intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen verändert jedoch die Geschichte. Jedes B (OH) ₃ -Molekül gibt oder empfängt drei dieser Brücken mit insgesamt sechs Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Kristalline Schichten von H3BO3, beobachtet von einer höheren Achse. Quelle: Benjah-bmm27

Es ist zu beachten, dass diese Wasserstoffbrücken die gerichteten Wechselwirkungen sind, die Borsäurekristalle steuern und Muster von ornamentalen Aspekten festlegen. Innenringe haben möglicherweise genug Platz, um einige Verunreinigungen zu verschließen, die sich nicht in den Kristalldefekten befinden.

Diese Wasserstoffbrückenbindungen halten ihren Kristall trotz der niedermolekularen Masse von B (OH) ₃ ausreichend kohäsiv, so dass zum Schmelzen eine Temperatur von 171 ºC erforderlich ist. Es ist nicht bekannt, welche Auswirkungen hohe Drücke (in der Größenordnung von GPa) auf die molekularen Schichten von B (OH) _{3 haben würden} .

Eigenschaften

Namen

IUPAC: Borsäure und Bortrihydrooxid. Andere Namen: Orthoborsäure, Borsäure, Sassolit, Borofax und Trihydroxyboran.

Molmasse

61,83 g / mol

Aussehen

Klarer, farbloser, kristalliner weißer Feststoff. Es ist auch als Granulat oder als weißes Pulver erhältlich. Leicht cremig anzufassen.

Geruch

Toilette

Geschmack

Etwas bitter

Schmelzpunkt

170,9 ºC

Siedepunkt

300 ºC

Wasserlöslichkeit

In kaltem Wasser mäßig löslich und in heißem Wasser löslich:

2,52 g / 100 ml (0 ° C)

27,50 g / 100 ml (100 ºC)

Borsäure ist teilweise wasserlöslich und neigt dazu, darin zu sinken. Diese Löslichkeit neigt dazu, in Gegenwart von Säuren wie Salzsäure, Zitronensäure und Weinsäure zuzunehmen.

Löslichkeit in anderen Lösungsmitteln

-Glycerin: 17,5% bei 25 ºC

-Ethylenglykol: 18,5% bei 25 ° C.

-Aceton: 0,6% bei 25 ºC

-Ethylacetat: 1,5% bei 25 ° C.

-Methanol: 172 g / l bei 25 ºC

-Ethanol: 94,4 g / l bei 25 ° C.

Octanol / Wasser-Verteilungskoeffizient

Log P = -0,29

Säure (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Dies sind die drei Konstanten ihrer jeweiligen Dissoziationen zur Freisetzung von H ⁺ in Wasser.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% in wässriger Lösung)

5,1 (0,1 molar)

Dampfdruck

1,6 10 ^-6 mmHg

Stabilität

Stabil im Wasser

Zersetzung

Beim Erhitzen über 100 ° C zersetzt es sich unter Bildung von Borsäureanhydrid und Wasser.

Reaktivität

Borsäure bildet mit einwertigen Kationen lösliche Salze, zum Beispiel: Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O, und unlösliche Salze mit zweiwertigen Kationen, CaB ₄ O ₇ .6H ₂ O.

In wässriger Lösung entsteht eine saure Lösung, wobei angenommen wird, dass diese Eigenschaft auf die Subtraktion von OH ^- Gruppen von Wasser zurückzuführen ist. Borsäure wird als schwache Säure vom Lewis-Typ klassifiziert.

Borsäure reagiert mit Glycerin und Mannit und erhöht den Säuregehalt des wässrigen Mediums. Der pKa wird aufgrund der Bildung des Bor-Mannit-Chelats ^- , das H ⁺ freisetzt, von 9,2 auf 5 modifiziert .

Vorbereitung

Borsäure kommt in vulkanischen Emanationen in Regionen wie der Toskana in Italien, den Liparischen Inseln und im US-Bundesstaat Nevada in freiem Zustand vor. Es kommt auch in Mineralien wie Borax, Boracit, Ulexit und Colemanit vor.

Borsäure wird hauptsächlich durch Umsetzung des Minerals Borax (Natriumtetraboratdecahydrat) mit Mineralsäuren wie Salzsäure, Schwefelsäure usw. hergestellt.

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

Es wird auch durch Hydrolyse von Bortrihalogenid und Diboran hergestellt.

Borsäure wird aus Colemanit (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O) hergestellt. Das Verfahren besteht darin, das Mineral mit Schwefelsäure zu behandeln, um die Borverbindungen aufzulösen.

Dann wird die Lösung, in der Borsäure vorhanden ist, von den ungelösten Fragmenten getrennt. Die Lösung wird mit Schwefelwasserstoff behandelt, um die Arsen- und Eisenverunreinigungen auszufällen. Der Überstand wird abgekühlt, um einen Borsäure-Niederschlag zu erzeugen und ihn von der Suspension abzutrennen.

Anwendungen

In der Industrie

Borsäure wird zur Herstellung von Glasfaser verwendet. Durch die Senkung des Schmelzpunkts wird die Festigkeit und Effizienz von Textilfaserglas erhöht - einem Material zur Verstärkung von Kunststoff, der in Schiffen, Industrierohren und Computerplatinen verwendet wird.

Borsäure ist an der Herstellung von Borosilikatglas beteiligt, das die Gewinnung eines Glases ermöglicht, das gegen Temperaturänderungen beständig ist und in der Wohnküche, in Glaswaren in Labors, Leuchtstoffröhren und Glasfasern verwendet werden kann , LCD-Bildschirme usw.

Es wird in der metallurgischen Industrie zum Härten und Behandeln von Stahllegierungen sowie zur Förderung der metallischen Beschichtung von Materialien eingesetzt.

Es wird als chemische Komponente beim hydraulischen Fracking (Fracking) verwendet: eine Methode zur Öl- und Gasförderung. Borsäure wirkt feuerhemmend in Cellulosematerialien, Kunststoffen und Textilien, die mit Borsäure imprägniert sind, um ihre Feuerbeständigkeit zu erhöhen.

In Behandlung

Borsäure wird in Augenspülung verdünnt verwendet. Borsäure-Gelatinekapseln werden zur Behandlung von Pilzinfektionen, insbesondere Candida albicans, verwendet. Es wurde auch bei der Behandlung von Akne verwendet.

Borsäure wird auf Socken gestreut, um Fußinfektionen wie Fußpilz zu vermeiden. Ebenso werden Lösungen, die Borsäure enthalten, bei der Behandlung von Otitis externa sowohl beim Menschen als auch bei Tieren verwendet.

Den zur Urinsammlung verwendeten Flaschen wird Borsäure zugesetzt, wodurch eine bakterielle Kontamination verhindert wird, bevor sie in diagnostischen Labors untersucht werden.

Insektizid

Borsäure wird verwendet, um die Verbreitung von Insekten wie Kakerlaken, Termiten, Ameisen usw. zu kontrollieren. Es tötet Kakerlaken nicht sofort ab, da es zuerst das Verdauungs- und Nervensystem beeinträchtigt und das Exoskelett zerstört.

Borsäure wirkt langsam und ermöglicht es Insekten, die sie aufgenommen haben, mit anderen Insekten in Kontakt zu kommen, wodurch sich eine Vergiftung ausbreitet.

Erhaltung

Borsäure wird verwendet, um den Angriff von Pilzen und Insekten auf Holz zu verhindern, und wird zu diesem Zweck in Verbindung mit Ethylenglykol verwendet. Diese Behandlung ist auch wirksam bei der Bekämpfung von Schlick und Algen.

PH-Puffer

Borsäure und ihre konjugierte Base bilden ein Puffersystem von pKa = 9,24, was darauf hinweist, dass dieser Puffer bei alkalischem pH-Wert am wirksamsten ist, was bei Lebewesen nicht üblich ist. Boratpuffer wird jedoch bei der pH-Regulierung in Schwimmbädern verwendet.

Kernreaktoren

Borsäure hat die Fähigkeit, thermische Neutronen einzufangen, was die Möglichkeit einer unkontrollierten Kernspaltung verringert, die zu nuklearen Unfällen führen kann.

Landwirtschaft

Bor ist ein wesentliches Element für das Pflanzenwachstum, was zur Verwendung von Borsäure als Beitrag des Elements führte. Zu viel Borsäure kann jedoch Pflanzen, insbesondere Zitrusfrüchten, schaden.

Kontraindikationen

Die Verwendung von Borsäure auf entblößten Haut-, Wund- oder Verbrennungsprodukten, die eine Absorption ermöglichen, sollte vermieden werden. Dies ist eine giftige Verbindung im Körper und kann in einigen Fällen Ohnmacht, Krampfanfälle, Krämpfe, Gesichtsschmerzen und niedrigen Blutdruck verursachen.

Der Arzt sollte zur Anwendung von Borsäure-Vaginalkapseln bei schwangeren Frauen konsultiert werden, da darauf hingewiesen wurde, dass dies zu einer Deformation des Fötus und einer Verringerung des Körpergewichts des Kindes bei der Geburt führen kann.

Das Einbringen von Borsäure, die als Insektizid verwendet wird, an Orten, die für Kinder erreichbar sind, sollte ebenfalls vermieden werden, da Kinder anfälliger für die toxische Wirkung von Borsäure sind und die tödliche Dosis in ihnen bei 2.000 bis 3.000 mg liegt .

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