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]

Референце

1.  уреди
2. Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1.
3. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
4. Holleman A. F.; Wiberg E. (2001). Inorganic Chemistry (1st изд.). San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
5. Allen, A. H.; Tankard, Arnold R. (1904). „The determination of boric acid in cider, fruits, etc”. Analyst. 29: 301. Bibcode:1904Ana....29..301A. doi:10.1039/an9042900301.
6. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). „Chapter 13: The Group 13 Elements”. Inorganic Chemistry (3rd изд.). Pearson. стр. 340. ISBN 978-0-13-175553-6.
7. Jolly, W. L. (1984). Modern Inorganic Chemistry. McGraw-Hill. стр. 198. ISBN 9780070327603.
8. Tachikawa, Masanori (2004). „A density functional study on hydrated clusters of orthoboric acid, B(OH)3(H2O) (N=1–5)”. Journal of Molecular Structure: Theochem. 710 (1–3): 139—150. doi:10.1016/j.theochem.2004.09.008.
9. Housecroft, C.E.; Sharpe, A.G. (2005). Inorganic Chemistry (2nd изд.). Pearson Prentice-Hall. стр. 314—5.
10. MHE. Comprehensive Chemistry for JEE Advanced 2014. Tata McGraw-Hill Education. стр. 15.5. ISBN 9781259064265 — преко Google Books.
11. Darpan, Pratiyogita (1. 5. 2000). Competition Science Vision. Pratiyogita Darpan — преко Internet Archive.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
12. Tsuyumoto, I.; Oshio, T.; Katayama, K. (2007). „Preparation of highly concentrated aqueous solution of sodium borate”. Inorganic Chemistry Communications. 10 (1): 20—22. doi:10.1016/j.inoche.2006.08.019.
13. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
14. Brown, Herbert C.; Mead, Edward J.; Shoaf, Charles J. (1956). „Convenient procedures for the preparation of alkyl borate esters”. J. Am. Chem. Soc. 78 (15): 3613—3614. doi:10.1021/ja01596a015.
15. Mendham, J.; Denney, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M.J.K.; Denney, R. C.; Thomas, M. J. K. (2000). Vogel's Quantitative Chemical Analysis (6th изд.). New York: Prentice Hall. стр. 357. ISBN 0-582-22628-7.
16. NIST Special Publication. U.S. Government Printing Office. 1969.
17. Борна киселина у медицини
18. Abercrombie, P. (2010). „Vaginitis”. Ур.: Maizes, V.; Low Dog, T. Integrative Women's Health. New York, NY: Oxford University Press. стр. 192. ISBN 978-0-19-537881-8.
19. Iavazzo C, Gkegkes ID, Zarkada IM, Falagas ME (август 2011). „Boric acid for recurrent vulvovaginal candidiasis: the clinical evidence”. J Womens Health (Larchmt). 20 (8): 1245—55. PMID 21774671. doi:10.1089/jwh.2010.2708.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
20. Sobel JD, Sobel R (август 2021). „Current and emerging pharmacotherapy for recurrent bacterial vaginosis”. Expert Opin Pharmacother. 22 (12): 1593—1600. PMID 33750246. S2CID 232325625. doi:10.1080/14656566.2021.1904890.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
21. „TOL 463 – AdisInsight”.
22. Nyirjesy P, Brookhart C, Lazenby G, Schwebke J, Sobel JD (април 2022). „Vulvovaginal Candidiasis: A Review of the Evidence for the 2021 Centers for Disease Control and Prevention of Sexually Transmitted Infections Treatment Guidelines”. Clin Infect Dis. 74 (Suppl_2): S162—S168. PMID 35416967. doi:10.1093/cid/ciab1057.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
23. Marrazzo JM, Dombrowski JC, Wierzbicki MR, Perlowski C, Pontius A, Dithmer D, Schwebke J (фебруар 2019). „Safety and Efficacy of a Novel Vaginal Anti-infective, TOL-463, in the Treatment of Bacterial Vaginosis and Vulvovaginal Candidiasis: A Randomized, Single-blind, Phase 2, Controlled Trial”. Clin Infect Dis. 68 (5): 803—809. PMC 6376090 . PMID 30184181. doi:10.1093/cid/ciy554.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
24. Adriztina, I.; Adenin, L. I.; Lubis, Y. M. (јануар 2018). „Efficacy of Boric Acid as a Treatment of Choice for Chronic Suppurative Otitis Media and Its Ototoxicity”. Korean J Fam Med. 39 (1): 2—9. PMC 5788841 . PMID 29383205. doi:10.4082/kjfm.2018.39.1.2.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
25. UK standards for microbiology investigations (PDF). Public Health England. 2017-08-07.
26. Harvey, S. C. (1980). „Antiseptics and Disinfectants; Fungicides; Ectoparasiticides”. Ур.: Gilman, A. G.; Goodman, L. S.; Gilman, A. Goodman & Gillman's The Pharmacological Basis of Therapeutics (6th изд.). стр. 971. ISBN 978-0-02-344720-4.
27. „Method 3052 microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices” (PDF). US EPA. 2015-06-22.

Литература

• Jolly, W. L. (1991). Modern Inorganic Chemistry (2nd изд.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-112651-9.
• Goodman, L.; Gilman, A.; Brunton, L.; Lazo, J.; Parker, K. (2006). Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics. New York: McGraw Hill.
• Cordia JA, Bal EA, Mak WA and Wils ERJ (2003), Determination of some physico-chemical properties of Optibor EP. Rijswijk, The Netherlands: TNO Prins Maurits Laboratory, report PML 2002-C42rr, GLP, Unpublished, confidential data provided by Bor ax Europe Limited

Спољашње везе