ホウ酸：化学構造、特性、準備、用途 - 化学

ホウ酸は、化学式Hを有する無機化合物である₃ BO ₃。白色または無色の固体で構成されています。それは、その濃度に応じて、水溶液中でpHが3.8から4.8の間になる弱酸です。冷水への溶解度は低く、温水への溶解度は中程度です。

ホウ酸は1702年にホウ砂を硫酸で処理し、ホンバーグの鎮静水の名を受けた薬効のある溶液を得たWilhelm Homberg（1652-1713）によって発見されました。

時計皿にホウ酸の固体サンプル。出典：ウォーカーマ、ウィキペディア経由。

しかし、Hombergはホウ砂に水を加え、溶液が蒸発するまで加熱してホウ酸結晶を堆積物に残してホウ酸を調製したことにも注意してください。

この酸は非常に有用な化合物であり、産業や医学で多くの用途があり、殺虫剤、木材保存剤、難燃剤としても使用されており、pH緩衝液の構成要素です。

化学構造

球と棒のモデルで表されるホウ酸分子。出典：Benjah-bmm27

上の画像には、H ₃ BO _3の実際の分子があります。化学式が示唆しているように、白い球で表されている水素原子は中央のホウ素原子に結合されていないことに注意してください。むしろ、赤い球で表される酸素原子に。

したがって、ホウ酸の使用頻度は低くなりますが、より便利な式はB（OH）_3です。これは、その酸性度がOHグループから放出されたH ⁺イオンによるものであることを示しています。B（OH）₃分子は三角形の平面形状を持ち、そのホウ素原子はsp ²化学ハイブリダイゼーションを持っています。

B（OH）₃は、共有結合性の高い分子です。これは、ホウ素原子と酸素の電気陰性度の差があまり大きくないためです。したがって、BO結合は本質的に共有結合です。この分子の構造がスピナーの構造に似ていることにも注意してください。同じように独自の軸を中心に回転できますか？

結晶

H3BO3クリスタルのユニットセル。出典：Benjah-bmm27

上の画像は、特定の合成条件下でコンパクトな六角形構造を採用できるホウ酸の三斜晶構造に対応するユニットセルを示しています。ユニットセルごとに4つの分子があり、AとBの2つの層に交互に配置されていることに注意してください（交互に重ね合わされていません）。

B-OH結合の対称性と配向により、B（OH）₃は無極性であると想定できます。しかし、分子間水素結合の存在は物語を変えます。B（OH）_3の各分子は、これらのブリッジのうち3つを与えるか、受け取ります。下の画像で観察されるように、合計6つの双極子間相互作用があります。

上の軸から観察されたH3BO3の結晶層。出典：Benjah-bmm27

これらの水素結合は、ホウ酸結晶を支配し、装飾的な側面のパターンを確立する方向性相互作用であることに注意してください。おそらく結晶欠陥に含まれていないいくつかの不純物をふさぐのに十分なスペースがある内部リング。

これらの水素結合は、B（OH）₃の低分子量にもかかわらず、溶融するために171℃の温度を必要とするほど結晶を十分に凝集性に保ちます。高圧（GPaのオーダー）がB（OH）_3の分子層に及ぼす影響は不明です。

プロパティ

お名前

IUPAC：ホウ酸と三酸化ホウ素。その他の名前：オルトホウ酸、ボラシン酸、サソライト、ボロファックス、トリヒドロキシボラン。

モル質量

61.83 g / mol

外見

透明、無色、結晶性の白い固体。それはまた顆粒または白い粉として利用できます。ややクリーミーな感触。

におい

トイレ

味

やや苦い

融点

170.9ºC

沸点

300ºC

水溶性

冷水に適度に溶け、温水に溶ける：

2.52 g / 100 mL（0ºC）

27.50 g / 100 mL（100ºC）

ホウ酸は水に部分的に溶解し、その中に沈む傾向があります。前記溶解度は、塩酸、クエン酸および酒石酸などの酸の存在下で増加する傾向がある。

他の溶媒への溶解度

-グリセロール：25 atCで17.5％

-エチレングリコール：25ºCで18.5％

-アセトン：25ºCで0.6％

-酢酸エチル：25ºCで1.5％

-メタノール：25ºCで172 g / L

-エタノール：25ºCで94.4 g / L

オクタノール/水分配係数

ログP = -0.29

酸度（pKa）

9.24。12.4 13.3。これらは、水中でH ⁺を放出するそれぞれの解離の3つの定数です。

pH

3.8-4.8（水溶液中3.3％）

5.1（0.1モル）

蒸気圧

1.6 10 ^-6 mmHg

安定

水中で安定

分解

100℃以上に加熱すると分解し、無水ホウ酸と水を生成します。

反応性

例えば、ホウ酸形の一価カチオンとの可溶性塩、：のNa ₂ B ₄ O ₇・10H ₂ O、及び二価のカチオンと不溶性塩キャブ₄ O ₇・6H ₂ O.

水溶液中では、このプロパティはOHの減算に起因したと考え、酸性溶液を生成^-基水から。ホウ酸はルイス型の弱酸として分類されます。

ホウ酸はグリセロールやマンニトールと反応し、水性媒体の酸性度を高めます。H ⁺を放出するホウ素-マンニトールキレート^-の形成により、pKaは9.2から5に変更されます。

準備

ホウ酸は、イタリアのトスカーナ、リーパリ諸島、米国のネバダ州などの地域の火山発散で自由状態で見つかります。また、ホウ砂、ボラサイト、ユーレクサイト、コレマナイトなどの鉱物にも含まれています。

ホウ酸は、主にミネラルホウ砂（四ホウ酸ナトリウム十水和物）と塩酸、硫酸などの鉱酸との反応によって調製されます。

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

三ハロゲン化ホウ素とジボランの加水分解によっても調製されます。

ホウ酸は、コレマナイト（Ca ₂ B ₆ O ₁₁・6 H ₂ O）から調製されます。手順は、鉱物を硫酸で処理して、ホウ素化合物を溶解することです。

次に、ホウ酸が存在する溶液は、未溶解の断片から分離されます。溶液を硫化水素で処理して、ヒ素と鉄の不純物を沈殿させます。上清を冷却してホウ酸沈殿物を生成し、懸濁液から分離します。

用途

業界では

ホウ酸はガラス繊維の製造に使用されます。融点を下げるのを助けることによって、それは繊維ガラス繊維-船、産業用配管、およびコンピューター回路基板で使用されるプラスチックを強化するために使用される材料の強度と効率を向上させます。

ホウ酸はホウケイ酸ガラスの製造に参加しています。ホウケイ酸ガラスは、家の台所、実験室のガラス製品、蛍光灯、光ファイバーで使用できる、温度変化に耐性のあるガラスを得ることができます。、液晶画面など

冶金業界で鋼合金の硬化と処理、および材料の金属コーティングの促進に使用されます。

水圧破砕（フラッキング）の化学成分として使用されます：石油とガスの抽出に使用される方法。ホウ酸は、ホウ酸を含浸させたセルロース材料、プラスチック、繊維製品の難燃剤として機能し、耐火性を高めます。

医学では

ホウ酸は洗眼液で希釈して使用します。ホウ酸ゼラチンカプセルは、真菌感染症、特にカンジダアルビカンスの治療に使用されます。にきびの治療にも使用されています。

水虫などの足の感染症を防ぐために靴下にホウ酸を振りかけます。同様に、ホウ酸を含む溶液は、動物だけでなく、人間の外耳炎の治療にも使用されます。

ホウ酸は尿の収集に使用されるボトルに追加されます。これにより、診断検査室で検査される前に細菌汚染が防止されます。

殺虫剤

ホウ酸は、ゴキブリ、シロアリ、アリなどの昆虫の増殖を抑制するために使用されます。それは最初に彼らの消化器系と神経系に影響を与えるだけでなく、それらの外骨格を破壊するので、それはゴキブリを即座に殺しません。

ホウ酸はゆっくりと作用し、それを摂取した昆虫が他の昆虫と接触することを可能にし、それにより中毒を広げます。

保存

ホウ酸は、菌類や昆虫による木材の攻撃を防ぐために使用され、エチレングリコールと組み合わせてこの目的で使用されます。この処理は、シルトや藻類の防除にも有効です。

PHバッファー

ホウ酸とその共役塩基はpKa = 9.24のバッファーシステムを形成します。これは、このバッファーがアルカリpHで最も効果的であることを示します。ただし、ホウ酸緩衝液は、スイミングプールのpH調整に使用されます。

原子炉

ホウ酸は熱中性子を捕獲する能力を持っているため、原子力事故につながる可能性のある制御されていない核分裂の可能性を低減します。

農業

ホウ素は植物の成長に不可欠な要素であり、その要素の貢献のためにホウ酸を使用することにつながりました。しかし、ホウ酸が多すぎると、植物、特に柑橘類に害を及ぼす可能性があります。

禁忌

裸にされた皮膚、創傷、または火傷製品にホウ酸を使用して、その吸収を可能にすることは避けてください。これは体内の有毒化合物であり、場合によっては、失神、発作、けいれん、顔のチック、低血圧を引き起こす可能性があります。

妊娠中の女性にホウ酸膣カプセルを使用する場合は、胎児の変形や出生時の子供の体重減少を引き起こす可能性があるとされているため、医師に相談する必要があります。

殺虫剤として使用されるホウ酸は、子供の手の届く場所に配置することも避けてください。子供はホウ酸の毒性作用に対する感受性が高く、致死量を2,000〜3,000 mgにするためです。。

参考文献

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