Борная кислота и ее соли - удивительные вещества с множеством полезных свойств. Давайте разберемся, что из себя представляют эти соединения, где они применяются и какую пользу приносят человеку.
Свойства борной кислоты и ее солей
Борная кислота H3BO3 была открыта в 1702 году немецким химиком Вильгельмом Гомбергом. Она представляет собой бесцветные кристаллы без запаха, имеющие слоистую структуру. В чистом виде борная кислота встречается в природе очень редко, чаще в составе минеральных источников.
Основные физико-химические свойства борной кислоты:
- Хорошо растворима в горячей воде и плохо - в холодной
- При нагревании теряет воду с образованием мета- и тетраборных кислот
- Является слабой кислотой, ее кислотные свойства связаны с присоединением гидроксид-ионов
- С щелочами образует соли - бораты
- Способна образовывать комплексные соединения с некоторыми металлами
Наиболее распространенной солью борной кислоты является тетраборат натрия (бура) Na2B4O7·10H2O. Он хорошо растворим в воде и используется в бытовой химии, медицине, промышленности. Другими важными боратами являются соли кальция, магния, алюминия, цинка и др.
По сравнению с борной кислотой, ее соли обладают рядом отличительных свойств:
- Хорошая растворимость в воде
- Высокая термическая стабильность
- Способность при нагревании окрашивать пламя в ярко-зеленый или желтый цвет
Последнее свойство часто используется для окраски пламени в пиротехнике и как качественная реакция на присутствие боратов.
Получение солей борной кислоты
В промышленных масштабах бораты производят из природного сырья - минералов тинкал, кернит, боронатрит. Эти минералы представляют собой соли борной кислоты с щелочными и щелочноземельными металлами.
Один из распространенных способов синтеза боратов - взаимодействие борной кислоты или ее производных с оксидами, гидроксидами или карбонатами металлов. Например:
2H3BO3 + CaO → Ca(BO2)2 + 3H2O
При этом могут протекать побочные реакции, приводящие к образованию смеси орто-, мета- и тетраборатов. Чтобы избежать этого, реакцию ведут при строго определенной температуре и соотношении реагентов.
В лаборатории небольшие количества боратов получают взаимодействием растворимых солей (хлоридов, сульфатов) металлов с тетраборатом натрия:
ZnSO4 + 2Na2B4O7 → Zn(BO2)2↓ + Na2SO4
Получение солей борной кислоты
После синтеза бораты подвергают тщательной очистке методами перекристаллизации, экстракции или хроматографии. Затем определяют основные показатели качества:
- Содержание основного вещества и примесей
- Растворимость
- Температуры плавления и разложения
- Цвет и внешний вид
Анализируют полученные бораты с помощью титриметрии, гравиметрии, атомно-адсорбционной спектрометрии.
Бораты в промышленности
Бораты нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Одна из крупнейших сфер использования - производство стекла и стекловолокна. Тетрабораты натрия, кальция и других металлов являются эффективными плавнями, снижающими температуру плавления стекломассы.
Бораты в сельском хозяйстве
Борные удобрения, например бура, повышают урожайность и улучшают качество многих сельскохозяйственных культур. Особенно эффективно внесение боратов под сахарную свеклу, подсолнечник, рапс, картофель и овощи. Оптимальная доза составляет 1-3 кг борной кислоты на гектар.
Применение боратов в медицине
Водные растворы борной кислоты и ее солей издавна используются в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Однако у детей и беременных женщин бораты могут вызывать побочные эффекты, поэтому применение ограничено.
Бытовое использование боратов
Благодаря моющим, дезинфицирующим, антисептическим свойствам борная кислота и бура широко используются в бытовой химии. Их добавляют в состав стиральных порошков, чистящих средств, средств для мытья посуды и ухода за полостью рта.
Кроме того, водные растворы боратов помогают в борьбе с насекомыми-вредителями, грибковыми и бактериальными инфекциями растений. Небольшие дозы безопасны для людей и животных.
