Борная кислота
Общие сведения
Борная кислота, также известная как ортоборная кислота, представляет собой основную кислоту бора с химической формулой H3BO3, где степень окисления бора составляет +3. Впервые данное вещество было получено в Париже в 1702 году немецким химиком Вильгельмом Хомбергом. На момент открытия строение вещества оставалось неизвестным из-за отсутствия современной теории элементов, и его структура была объяснена лишь в начале девятнадцатого века с формированием современных химических концепций. Наряду с ортоборной кислотой существует также метаборная кислота, имеющая формулу HBO2. Известно, что ортоборная кислота способна образовывать соли метаборной кислоты, при этом степень окисления бора в таких соединениях снижается.
Свойства и характеристики
Внешне борная кислота представляет собой белое кристаллическое вещество, имеющее форму чешуек или порошка. На структурном уровне она имеет слоистую кристаллическую решетку, в которой плоские слои образованы за счет водородных связей, а между собой эти слои соединены межмолекулярными связями, что делает ее структуру схожей с графитом. Вещество обладает слабой кислотностью и является малорастворимым в воде. В водных растворах борной кислоты происходит процесс гидролиза с образованием смеси различных борных кислот. Борная кислота является достаточно инертным и слабым химическим соединением, которое легко вытесняется из растворов своих солей большинством других кислот. При нагревании ортоборная кислота подвергается термическому разложению с потерей воды, последовательно переходя сначала в метаборную кислоту, затем в тетраборную кислоту и, в конечном итоге, полностью обезвоживаясь до борного ангидрида. В условиях нагревания вещество способно растворять оксиды металлов с образованием солей, преимущественно метаборатов и тетраборатов, тогда как ортобораты образуются редко из-за низкой константы образования гидроксильного иона. Также кислота вступает во взаимодействие со щелочными металлами и способна образовывать эфиры при реакции со спиртами. Вещество не имеет вкуса, запаха и цвета. Токсичность борной кислоты оценивается как относительно слабая, однако она является ядом, имеет свойство накапливаться в организме при регулярном применении и способна наносить ему существенный вред.
Нахождение в природе
В естественных условиях свободная борная кислота может встречаться в виде природного минерала сассолина. Кроме того, данное соединение естественным образом присутствует в составе некоторых минеральных вод, которые добываются из артезианских скважин. Основным же природным сырьем, содержащим бор и используемым в том числе для извлечения борной кислоты, являются минералы на основе буры.
Получение
Процесс получения борной кислоты в промышленности отличается простотой. Основным сырьем выступает минерал бура, представляющий собой тетраборат натрия. Для выделения целевого продукта буру смешивают с соляной кислотой или другой сильной кислотой, в результате чего образуется борная кислота. Благодаря доступности и технологической простоте этого метода, бор в промышленности часто хранят и используют именно в форме борной кислоты.
Применение
Сфера применения борной кислоты весьма обширна. В медицине она используется с 1860-х годов в качестве слабого антисептического и противозудного средства, которое не раздражает раны. В аптечной практике она встречается в виде порошка или спиртовых растворов с концентрацией от 0,5 до 5 процентов, а также входит в состав комбинированных препаратов, таких как паста Теймурова. Однако из-за доказанной токсичности и способности накапливаться в организме, 2 февраля 1987 года было принято официальное решение о запрете использования борной кислоты в качестве антисептика для детей грудного возраста, а также для женщин в период беременности и лактации. Смертельная доза для детей составляет около 4 граммов. В сельском хозяйстве вещество применяется в качестве удобрения, выступая важным источником бора как микроэлемента для растений. В быту борная кислота традиционно используется как инсектицид для уничтожения тараканов, для которых она обладает высокой токсичностью, хотя со временем у насекомых может вырабатываться адаптация. В ядерной энергетике борная кислота применяется в ядерных реакторах в качестве эффективного поглотителя нейтронов. Помимо этого, соединение используется в фотографии как проявитель, в деревообрабатывающей промышленности для защиты древесины, а также в производстве люминофоров. В пищевой промышленности вещество ранее применялось как пищевая добавка E284, но в настоящее время ее использование запрещено из-за токсичности.