Борна киселина

Борна киселина (хемијска формула или је супстанца која спада у слабе неорганске киселине.^[3][4] Постоји у облику безбојних кристала или бијелог праха и растворљива је у води. Може се наћи и у минералном облику и тада се назива сасолит. У природи се може наћи у неким вулканским областима, у саставу разних минерала (нпр. боракс), у морској води, у биљкама и воћу.^[5]

Борна киселина

Структурна формула Space-filling model
Називи
називs Борна киселина Трихидроксидобор
Други називи Ортоборна киселина, Борасична киселина, Сасолит, Оптибор, Борофакс
Идентификација
број	10043-35-3 Н
3Д модел ()	интерактивна слика
	7346
	100.030.114
Е-бројеви	E284 (конзерванси)
[1][2]	7628
InChI=1/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H Кључ: KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYAI
Својства
Хемијска формула	33
Моларна маса	61,83 g·mol−1
Агрегатно стање	Кристал бијеле боје
Густина
Тачка топљења	1.709 °C (3.108 °F; 1.982 K)
Тачка кључања	300 °C (572 °F; 573 K)
Растворљивост у води	2,52 4.72 g/100 mL (20°C) 5.7 g/100 mL (25°C) 19.10 g/100 mL (80°C) 27.53 g/100 mL (100°C)
Растворљивост у other solvents	Растворљива у нижим алкохолима умјерено растворљива у пиридину врло мало растворљива у ацетону
Киселост (pKa)	5.2
Структура
Облик молекула (орбитале и хибридизација)	Тригонално-планарни
Диполни момент	Нула
Опасности
ЕУ класификација ()	Шкодљива (Xn) Repr. Cat. 2
R-ознаке	R60 R61
S-ознаке	S53 S45
NFPA 704	0 1 0
Тачка паљења	Незапаљива.
Смртоносна доза или концентрација ():
50 (средња доза)	2660 mg/kg, oral (rat)
Сродна једињења
Сродна једињења	Бор триоксид Боракс
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25°C [77°F], 100 kPa).
Y верификуј (шта је YН ?)
Референце инфокутије

Кристална структура

Молекул борне киселине је планаран. Атом бора у молекулу борне киселине је хибридизован, тј. три хибридне орбитале се налазе у истој равни а угао између њих је 120°. Бор са кисеоником гради ковалентне везе (посредством орбитала) и због тога је цијели молекул планаран. Борна киселина се у чврстом стању састоји од слојева молекула које на окупу држи водонична веза. Растојање између два сусједна слоја је 318 .

Елементарна ћелија кристала борне киселине	Водонична веза (испрекидане линије) доводи да молекули борне киселине формирају паралелне слојеве у чврстом стању

Добијање

Борна киселина се може добити у реакцији између боракса и неке неорганске киселине, као нпр. хлороводоничне киселине:

.

Такође настаје као нуспроизвод хидролизе бор трихалида и диборана:^[6]

B
2H
6 + 6 H
2O → 2 B(OH)
3 + 6 H
2

BX
3 + 3 H
2O → B(OH)
3 + 3 HX (X = Cl, Br, I)

Особине

Пиролиза

Борна киселина је растворљива у кључалој води. При загревању изнад 170 °C долази до реакције дехидратације при чему настаје борична киселина (HBO₂):

.

Борична киселина је бела, кристална супстанца и делимично је растворљива у води. Топи се на 236 °C, а при загревању преко 300 °C долази до даље дехидратације, при чему се формира тетраборична киселина или пироборична киселина:

.

Даљим загревањем добија се бор(III)-оксид:

.

Водени раствор

Борна киселина дисосује у воденом раствору:

.

При томе се борна киселина понаша као Луисова киселина, тј. реагује са молекулом воде и прима електронски пар од групе, што је чини киселином по Луисовој теорији. Награђени јон има тетраедарски облик, тј. тетраедарски распоред атомских група око атома бора.

У растворима са вредношћу 7—10, и ако је концентрација бора већа од долази до стварања полиборатних јона. Најпознатији је тетраборатни јон који се налази у минералу бораксу:

.

Када се ортоборна киселина раствори у води, она се делимично дисоцира дајући метаборну киселину:

B(OH)
3 ⇌ HBO
2 + H
2O

Раствор је благо кисеo због јонизације киселина:

B(OH)
3 + H
2O ⇌ [BO(OH)
2]−
+ H
3O+

HBO
2 + H
2O ⇌ [BO
2]−
+ H
3O+

Међутим, Раманова спектроскопија јако алкалниh раствора је показала присуство [B(OH)
4]−
јона,^[7] што је довело до закључка да је киселост искључиво последица апстракције OH−
из воде:^[7]

B(OH)
3 + HO−
⇌ B(OH)−
4

Еквивалентно,

B(OH)
3 + H
2O ⇌ B(OH)−
4 +  ⁺ (K = 7.3×10⁻¹⁰; pK = 9.14)

Или, тачније,

B(OH)
3 + 2 H
2O ⇌ B(OH)−
4 + H
3O+

Ова реакција се одвија у два корака, са неутралним комплексом акватрихидроксибором B(OH)
3(OH
2) као интермедијером:^[8]

1. B(OH)
   3 + H
   2O → B(OH)
   3(OH
   2)
2. B(OH)
   3(OH
   2) + H
   2O + HO−
   → [B(OH)
   4]−
   + H
   3O+
   

Ова реакција се може окарактерисати као Луисова киселост бора према [HO]−
, а не као Бренстедова киселост.^[9][10][11] Међутим, нека од њених понашања према неким хемијским реакцијама сугеришу да је то и тробазна киселина у Бренстедовом смислу.

Борна киселина, помешана са бораксом Na
2B
4O
7·10H₂O (тачније Na
2B
4O
5(OH)
4·8H₂O) у тежинском односу 4:5, веома је растворљива у води, иако нису толико растворљиви одвојено.^[12]

Раствор сумпорне киселине

Борна киселина се такође раствара у безводној сумпорној киселини према једначини^[13]

B(OH)
3 + 6 H
2SO
4 → [B(SO
4H)
4]−
+ 2 [HSO
4]−
+ 3 H
3O+

Естерификација

Борна киселина реагује са алкохолима и формира боратне естре, B(OR)
3 где је R алкил или арил. Реакцију обично покреће средство за дехидратацију, као што је концентрована сумпорна киселина:^[14]

B(OH)
3 + 3 ROH → B(OR)
3 + 3 H
2O

Са вициналним диолима

Киселост раствора борне киселине је знатно повећана у присуству цис-вициналних диола (органска једињења која садрже слично оријентисане хидроксилне групе у суседним атомима угљеника, (R
1,R
2)=C(OH)−C(OH)=(R
3,R
4)) као што су глицерол и манитол).^[15][13][16]

Тетрахидроксиборатни анјон настао у растварању спонтано реагује са овим диолима да би се формирао релативно стабилан анјонски естар који садржи један или два петочлана −B−O−C−C−O− прстена. На пример, реакција са манитолом H(HCOH)
6H, чија су два средња хидроксила у цис оријентацији, може се написати као

B(OH)
3 + H
2O ⇌ [B(OH)
4]−
+ H+

[B(OH)
4]−
+ H(HCOH)
6H ⇌ [B(OH)
2(H(HCOH)
2(HCO−)
2(HCOH)
2H)]−
+ 2 H
2O

[B(OH)
2(H(HCOH)
2(HCO−)
2(HCOH)
2H)]−
+ H(HCOH)
6H ⇌ [B(H(HCOH)
2(HCO−)
2(HCOH)
2H)
2]−
+ 2 H
2O

дајући свеукупну реакцију

B(OH)
3 + 2 H(HCOH)
6H ⇌ [B(H(HCOH)
2(HCO−)
2(HCOH)
2H)
2]−
+ 3 H
2O + H+

Стабилност ових анјона естра манитобората помера равнотежу удесно и на тај начин повећава киселост раствора за 5 редова величине у поређењу са оном чистог борног оксида, снижавајући pK_a са 9 на испод 4 за довољну концентрацију манитола.^[15][13][16] Добијени раствор се назива манитоборна киселина.

Додавање манитола првобитно неутралном раствору који садржи борну киселину или једноставне борате снижава pH довољно да се може титровати јаком базом као NaOH, укључујући и аутоматизовани потенциометријски титратор. Ово својство се користи у аналитичкој хемији за одређивање садржаја бората у воденим растворима, на пример за праћење исцрпљивања борне киселине неутронима у води примарног кола реактора лаке воде када се једињење додаје као неутронски отров током операције пуњења горива.^[13]

Примена

Борна киселина налази примену као антисептик, инсектицид, за спречавање ширења ватре итд. У индустрији налази примену у производњи фибергласа, за прављење средстава за подмазивање дрвета. Користи се и у пиротехници. У фармакологији се користи као лек, односно, благи антисептик у виду 3% раствора, или као кератопластик у облику прашка који је 10% смеша са талком.^[17]

Медицинска примена

Борна киселина се може користити као антисептик за мање опекотине или посекотине и понекад се користи у мелемима и завојима, као што је бораксна влакна. Борна киселина се примењује у веома разблаженом раствору као средство за испирање очију. Разређена борна киселина може да се користи као вагинални туш за лечење бактеријске вагинозе услед прекомерне алкалности,^[18] као и кандидијазе због неалбикансне кандиде.^[19] Борна киселина у великој мери поштеђује лактобациле унутар вагине.^[20] Као TOL-463, то је у развоју као интравагинални лек за лечење бактеријске вагинозе и вулвовагиналне кандидијазе.^[21][22][23] Као антибактеријско једињење, борна киселина се такође може користити за лечење акни. Користи се и као превенција развоја атлетског стопала, уносом пудера у чарапе. Различити препарати се могу користити за лечење неких врста спољашњег отитиса (инфекције уһа) и код људи и код животиња.^[24] Конзерванс у боцама за узорке урина у УК је борна киселина.^[25]

Познато је да су раствори борне киселине који се користе за испирање очију или на изгребаној кожи токсични, посебно за одојчад након вишекратне употребе; то је због његове споре стопе елиминације.^[26]

Борна киселина је једна од најчешће коришћених супстанци која може да спречи штетне ефекте реактивне флуороводоничне киселине (HF) након случајног контакта са кожом. Она делује тако што форсира слободне F−
анјоне у инертни тетрафлуороборатни анјон. Овај процес поражава екстремну токсичност флуороводоничне киселине, посебно њену способност да секвестрира јонски калцијум из крвног серума што може довести до застоја срца и разградње костију; такав догађај може настати само од мањег контакта коже са HF.^[27]