BORACE: STORIA, STRUTTURA, PROPRIETÀ, USI, SINTESI, RISCHI - CHIMICA - 2024

Il borace o borato di sodio è una designazione per un gruppo di composti chimici con una formula di base di Na ₂ B ₄ O ₇ . È un sale igroscopico in grado di formare numerosi idrati, oltre ad essere strutturalmente arricchito dalla presenza di alcune impurità metalliche.

I principali composti che ricevono il nome di borace sono i seguenti: tetraborato di sodio anidro, Na ₂ B ₄ O ₇ ; tetraborato di sodio pentaidrato (Na ₂ B ₄ O ₇ ) .5H ₂ O; e sodio tetraborato decaidrato, Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O, o suo equivalente, sodio tetraborato ottaidrato, Na ₂ B ₄ O ₅ (OH) ₄ .8H ₂ O.

Frammento di borace. Fonte: Leon Hupperichs

Come si può apprezzare, tutti i suddetti solidi differiscono solo per il loro grado di idratazione; alcuni hanno più molecole d'acqua nei loro cristalli rispetto ad altri. Fisicamente, il borace sembra pezzi robusti o cristalli di gesso (immagine in alto).

Il borace si trova naturalmente nei sedimenti stagionali dei laghi, essiccati per evaporazione. Il borace è prodotto in Turchia, Searles Lakes (California), nel deserto di Atacama, Cile, Bolivia, Tibet e Romania. I cristalli di borace possono essere ottenuti sinteticamente mediante un lento processo di nucleazione; cioè quella in cui è favorita la crescita dei cristalli.

Il tetraborato di sodio, anidro e decaidrato, è scarsamente solubile in acqua fredda; ma la sua solubilità aumenta con l'aumento della temperatura. Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O è molto solubile in glicole etilenico, moderatamente solubile in etanolo e leggermente solubile in acetone; questi sono solventi meno polari dell'acqua.

Il borace ha numerose applicazioni, come nella produzione di detergenti e saponi; come ritardante di fiamma per materiale cellulosico; nella produzione di vetroresina; nella pulizia di superfici dure come metalli, vetro e ceramica; e nell'inibizione della corrosione, tra gli altri usi.

Il borace è irritante per gli occhi, la pelle e il tratto respiratorio. Per ingestione può causare, tra gli altri sintomi, vomito, diarrea, flaccidità, carie e convulsioni. Attualmente si sospetta che possa avere effetti dannosi sulla riproduzione umana.

Storia

La storia del borace è confusa. Si segnala che fu scoperto nel letto di un lago in Tibet, prosciugato per evaporazione. Fu trasferito nell'VIII secolo dal Tibet all'Arabia Saudita, seguendo la cosiddetta Via della Seta.

Il termine "borace" divenne popolare a seguito delle numerose applicazioni che furono trovate per esso e commercializzate con il nome di 20 Mule Team Borax Tradermax, che si riferiva al modo in cui il borace veniva trasportato attraverso i deserti del Nevada e California.

Un'altra versione della sua scoperta indica che gli egiziani sapevano della sua esistenza da molto tempo, utilizzandola nella saldatura dei metalli a caldo. Inoltre, l'hanno usato in medicina e nel processo di mummificazione. Il borace fu trasferito in Europa nel XIII secolo da Marco Polo.

A metà del XIX secolo furono scoperti grandi depositi di borace nel deserto di Mogave, che da allora ha reso il suo uso comune.

Struttura borace

Struttura degli ioni borace. Fonte: Smokefoot

L'immagine in alto mostra gli ioni che compongono il borace, specificatamente corrispondenti ad un solido con una formula di composizione di Na ₂ · 8H ₂ O (o Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O).

In primo luogo, la struttura a gabbia della anione ^2- può notare (anche se dovrebbe avere due deprotonato gruppi -OH, -O ^- ), in cui un anello ottagonale (quattro atomi B e quattro atomi di O) può essere visto, con un ponte BOB divide. in due metà.

Detta gabbia non rimane statica, ma vibra e adotta nello spazio forme diverse; tuttavia, in misura minore nelle vicinanze del ponte. Inoltre, si può notare che è molto "ossigenato"; cioè ha molti atomi di ossigeno, in grado di interagire con le molecole d'acqua tramite legami idrogeno.

Non sorprende quindi che i cristalli di borace possano idratarsi e generare numerosi idrati. Quindi, per il solido Na ₂ · 8H ₂ O, ci sono otto molecole di H ₂ O che interagiscono con la gabbia del borato e, allo stesso tempo, con i centri metallici di Na ⁺ .

Dal lato cationico, abbiamo il complesso acquoso ⁺ _n , dove il valore di n dipenderà dal rapporto anione / cationi. Nel solido superiore, n = 2, quindi abbiamo: ²⁺ , la cui carica 2+ neutralizza la carica 2- dell'anione borato.

Cristalli

Cella unitaria monoclina di borace. Fonte: Ben Mills.

Sopra è la cella unitaria monoclina per cristalli Na ₂ · 8H ₂ O o Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O. Qui le attrazioni elettrostatiche e i legami idrogeno governano o dominano i modelli strutturali originati in ciascuna campata del cristallo .

Gli altri idrati e il sale anidro perdono una o tutte le loro molecole d'acqua, alterando la composizione e la struttura del cristallo di borace. In tutti loro, l'anione e il catione rimangono gli stessi (a meno che non ci siano impurità o reazioni collaterali), quindi non può esserci confusione a questo proposito.

Confusioni con l'anione borato

Na ₂ · 8H ₂ O e Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O sono la stessa cosa. Perché?

In primo luogo, se si contano i suoi atomi si vedrà che coincidono in numero; in secondo luogo, nell'anione B ₄ O ₇ ^{2- si considera} l'assenza dei due gruppi OH legati alle teste di boro dei ponti BOB; due OH che, insieme ai due H ⁺ di B ₄ O ₇ ^2- , si sommano a 2 H ₂ O, per un totale di 10 H ₂ O (8 + 2).

Proprietà

nomi

- Borace.

- Borato di sodio.

- Tetraborato di sodio.

- Tetraborato di disodio.

Massa molecolare

Anidro: 201,22 g / mol.

Decaidrato: 381,38 g / mol.

Aspetto fisico

Un solido cristallino bianco.

Densità

Anidro: 2,4 g / cm ³

Decaidrato: 1.739 g / cm ³

Punto di fusione

Anidro: 743 ° C (1.369 ° F, 1.016 K).

Decaidrato: 75 ºC.

Punto di ebollizione

Anidro: 1.575 ° C (2.867 ° F, 1.848 K).

Solubilità dell'acqua

31,78 g / L (sia per anidro che per decaidrato).

Solubilità in solventi organici

È molto solubile in glicole etilenico, moderatamente solubile in glicole dietilenico e metanolo e leggermente solubile in acetone.

Indice di rifrazione (ηD)

Anidro: η ₁ = 1,447; η ₂ = 1,469.

Decaidrato: η ₂ = 1,472.

Stabilità

È stabile in condizioni di conservazione adeguate. Sebbene abbia una bassa pressione di vapore, aumenta con la temperatura, portando a cristallizzazione e condensa, quindi è necessario evitare fluttuazioni eccessive di temperatura e umidità.

Emissione di luce

Il tetraborato di sodio, sottoposto all'azione del fuoco, emette una luce verde.

reazioni

- Quando sciolto in acqua, crea soluzioni alcaline con un pH di circa 9,2.

- Il borace reagisce per formare altri borati, come il perborato (PBS).

- Produce anche acido borico reagendo con acido cloridrico:

Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 Na ⁺ + 2 Cl ^- + 5 H ₂ O

- Il tetraborato di sodio si comporta come una sostanza anfotera, poiché in soluzione acquosa si idrolizza ed è in grado di neutralizzare gli acidi. Allo stesso modo è in grado di neutralizzare gli alcali ad alta concentrazione, evitando un innalzamento eccessivo del pH del mezzo.

applicazioni

Il borace ha numerose applicazioni, sia nell'uomo che in tutte le attività che svolge.

Azione antiossidante

Il borace ha la capacità di sciogliere gli ossidi. Per questo motivo viene utilizzato nel recupero di metalli quali ottone, rame, piombo e zinco.

Viene anche utilizzato per prevenire l'ossidazione delle barre metalliche nelle fonderie. Il borace copre la sua superficie, escludendo l'aria, e quindi, prevenendo l'ossidazione. Inoltre, previene la corrosione del materiale ferroso nella produzione automobilistica.

La solubilità del borace in glicole etilenico è stata utile nelle formulazioni antigelo. Il borace neutralizza i residui acidi che si producono durante la decomposizione del glicole etilenico, minimizzando l'ossidazione che può subire la superficie dei metalli.

Fabbricazione di adesivi

- Il borace fa parte di una formulazione adesiva di amido per carta e cartone ondulati.

- È un agente peptizzante nella produzione di adesivi a base di caseina e destrina.

- Agisce rinforzando i materiali adesivi attraverso la reticolazione dei gruppi idrossilici coniugati.

Ignifugo

È usato come ritardante di fiamma in materiali cellulosici e altri polimeri che contengono gruppi idrossilici. Esercita la sua azione attraverso vari meccanismi, tra cui la formazione di uno strato vetroso che limita l'accesso ai combustibili.

Produzione di vetro borosilicato (Pyrex)

Il borace è una fonte di boro utilizzata nella fabbricazione del vetro borosilicato; caratterizzato da un alto punto di fusione, basso coefficiente di espansione e alta resistenza agli shock termici.

Questo gli permette di essere sottoposto ad alte temperature senza subire fratture, ricevendo il nome di vetro refrattario.

Il vetro borosilicato viene utilizzato nella fabbricazione di materiali da utilizzare in casa per cuocere i cibi. Viene anche utilizzato nei laboratori in becher, flaconi, cilindri di misurazione, pipette, ecc.

Emulsionatore

Il borace, insieme ad altri composti, viene utilizzato per emulsionare saponi e altre paraffine. Viene anche utilizzato come base per la produzione di lozioni, creme e unguenti.

Prodotti per la pulizia

- Viene aggiunto nelle formulazioni per pulire superfici solide come metallo, vetro e ceramica.

- Viene utilizzato nei detergenti per le mani, nel materiale per lucidare e nei saponi detergenti per lavanderie ea casa. Inoltre, facilita la rimozione dei depositi oleosi dai pavimenti degli stabilimenti.

Usi medici

- Viene utilizzato nel trattamento delle infezioni fungine del piede.

- Fa parte della formula dei nutrienti che forniscono il boro. Si ritiene che questo elemento sia coinvolto nel metabolismo di calcio, fosforo e magnesio e potrebbe essere necessario per la struttura ossea.

- È coinvolto nella determinazione dell'emoglobina glicosilata (HbA1C), un test utilizzato per determinare lo sviluppo a lungo termine del diabete in un paziente, poiché l'emivita di un eritrocita è di 120 giorni.

Questa informazione è più utile per il medico rispetto alle misurazioni individuali della glicemia dal paziente.

Buffer PH

Viene utilizzato in vari sistemi tampone di pH utilizzati in biochimica; tra questi, il Tris (idrossimetil) amminometano-borato, utilizzato nell'elettroforesi di poliacrilammide del DNA e degli acidi nucleici dell'RNA.

Diminuzione della durezza dell'acqua

Il borace è in grado di combinarsi con gli ioni calcio e magnesio presenti nell'acqua riducendone la concentrazione. Questo riduce la durezza dell'acqua.

Fertilizzante e compost

Il borace è usato come fonte di boro. Il calcio e il boro sono coinvolti nella formazione della parete cellulare della pianta. Inoltre, è stato sottolineato che il boro favorisce l'impollinazione, motivo per cui interviene nella fertilizzazione e proliferazione delle piante.

Conservazione del legno

Il borace combatte il tarlo, uno scarafaggio che consuma e distrugge il legno. Viene inoltre utilizzato nella conservazione e manutenzione di imbarcazioni in legno.

Flusso e flusso

Viene utilizzato come disossidante nella saldatura di acciaio e ferro, provocando una diminuzione del punto di fusione e l'eliminazione dell'ossido di ferro; un contaminante indesiderabile. Per uno scopo simile, partecipa alla saldatura di oro e argento.

Altri

- È usato come un pesticida delicato; ad esempio, per combattere le tarme sulla lana.

- L'irrorazione è utilizzata per controllare i parassiti presenti negli armadi, nei serbatoi interni, negli interstizi delle pareti e in generale dove non si desidera utilizzare pesticidi più inquinanti.

- Viene utilizzato nei reattori nucleari per controllare reazioni che potrebbero produrre, in casi estremi, una reazione a catena.

- Nei radiatori delle auto, il borace viene utilizzato per bloccare i luoghi in cui ci sono perdite d'acqua.

Sintesi

Il borace si ottiene facendo reagire il minerale ulexite, composto dagli elementi boro, sodio e calcio, di formula NaCaB ₅ O ₉ .8H ₂ O, con carbonato di sodio e idrocarbonato di sodio in mezzo acquoso.

Infatti la sintesi di sodio tetraborato o borace è poco utilizzata; La maggior parte del composto prodotto si ottiene dalla sua estrazione dei minerali che lo contengono.

Il processo può essere riassunto in una dissoluzione del minerale in acqua, seguita da una filtrazione in argilla e infine da un'evaporazione della soluzione acquosa.

rischi

Il borace è un prodotto naturale, tuttavia, può causare una serie di danni alla salute umana. Ad esempio, il contatto con la polvere di borace può causare irritazioni alla pelle che potrebbero portare a dermatiti.

Allo stesso modo, il borace provoca irritazione agli occhi e al tratto respiratorio superiore. I sintomi della sua inalazione includono tosse e mal di gola.

Nel frattempo, l'assunzione di borace presenta i seguenti sintomi: vomito, nausea, diarrea, flaccidità, mal di testa e convulsioni. Inoltre, il sistema nervoso centrale e la funzione renale possono essere influenzati.

Da studi condotti su ratti maschi, nutriti con borace, è stata osservata in essi atrofia testicolare. Mentre gli studi condotti su femmine di ratto gravide hanno indicato che il borace potrebbe attraversare la placenta, producendo un'alterazione dello sviluppo fetale, manifestata da un basso peso alla nascita.

Si ritiene che l'esposizione al borace influenzi la funzione riproduttiva maschile negli uomini, manifestata da una riduzione del numero di spermatozoi.

Si stima che una dose fatale da 10 a 25 grammi per l'assunzione di borace negli adulti.

Riferimenti

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