ACIDO BORICO: STRUTTURA CHIMICA, PROPRIETÀ, PREPARAZIONE, USI - CHIMICA - 2024

L' acido borico è un composto inorganico con la formula chimica H ₃ BO ₃ . È costituito da un solido bianco o incolore. È un acido debole che, in soluzione acquosa, produce, a seconda della sua concentrazione, un pH compreso tra 3,8 e 4,8. È scarsamente solubile in acqua fredda e moderatamente solubile in acqua calda.

L'acido borico fu scoperto nel 1702 da Wilhelm Homberg (1652-1713), che trattò il borace con acido solforico, ottenendo una soluzione ad azione medicinale che prese il nome di acqua sedativa di Homberg.

Campione solido di acido borico sul vetro dell'orologio. Fonte: Walkerma tramite Wikipedia.

Tuttavia, si nota anche che Homberg ha preparato l'acido borico aggiungendo acqua al borace e riscaldando la soluzione fino all'evaporazione, lasciando così i cristalli di acido borico nel sedimento.

Questo acido è un composto molto utile che ha numerose applicazioni nell'industria e nella medicina, essendo utilizzato anche come insetticida, preservante del legno, ritardante di fiamma ed è un costituente di una soluzione tampone di pH.

Struttura chimica

Molecola di acido borico rappresentata da un modello di sfere e barre. Fonte: Benjah-bmm27

Nell'immagine in alto abbiamo la molecola reale di H ₃ BO ₃ . Si noti che gli atomi di idrogeno, rappresentati da sfere bianche, non sono legati all'atomo di boro centrale, come potrebbe suggerire la formula chimica; ma piuttosto agli atomi di ossigeno, rappresentati da sfere rosse.

Pertanto, una formula più conveniente, sebbene meno utilizzata, per l'acido borico è B (OH) ₃ , indicando che la sua acidità è dovuta agli ioni H ⁺ rilasciati dai suoi gruppi OH. La molecola B (OH) ₃ ha una geometria del piano trigonale, con il suo atomo di boro che ha un'ibridazione chimica sp ² .

B (OH) ₃ è una molecola altamente covalente, poiché la differenza di elettronegatività tra l'atomo di boro e l'ossigeno non è molto grande; quindi i legami BO sono essenzialmente covalenti. Si noti inoltre che la struttura di questa molecola assomiglia a quella di uno spinner. Sarà in grado di ruotare sul proprio asse allo stesso modo?

Cristalli

Cella unitaria per il cristallo H3BO3. Fonte: Benjah-bmm27

L'immagine in alto mostra la cella unitaria corrispondente alla struttura cristallina triclina per l'acido borico che, in determinate condizioni sintetiche, può assumere la struttura esagonale compatta. Notare che ci sono quattro molecole per cellula unitaria e che sono disposte in due strati, A e B, alternati (non sono sovrapposti uno sopra l'altro).

A causa della simmetria e dell'orientamento dei legami B-OH, si può presumere che B (OH) ₃ sia apolare; tuttavia, l'esistenza di legami idrogeno intermolecolari cambia la storia. Ogni molecola B (OH) ₃ darà o riceverà tre di questi ponti, con un totale di sei interazioni dipolo-dipolo, come osservato nell'immagine seguente:

Strati cristallini di H3BO3 osservati da un asse superiore. Fonte: Benjah-bmm27

Si noti che questi legami idrogeno sono le interazioni direzionali che governano i cristalli di acido borico e stabiliscono modelli di aspetti ornamentali; anelli interni forse con spazio sufficiente per occludere alcune impurità che non sono nei difetti del cristallo.

Questi legami idrogeno, nonostante la bassa massa molecolare di B (OH) ₃ , mantengono il suo cristallo sufficientemente coeso da richiedere una temperatura di 171 ºC per fondersi. Non è noto quali effetti avrebbero le alte pressioni (dell'ordine di GPa) sugli strati molecolari di B (OH) ₃ .

Proprietà

nomi

IUPAC: acido borico e triidroossido di boro. Altri nomi: acido ortoborico, acido boracico, sassolite, borofax e triidrossiborano.

Massa molare

61,83 g / mol

Aspetto fisico

Solido bianco trasparente, incolore, cristallino. È disponibile anche in granuli o in polvere bianca. Leggermente cremoso al tatto.

Odore

Gabinetto

Gusto

Leggermente amaro

Punto di fusione

170,9 ºC

Punto di ebollizione

300 ºC

Solubilità dell'acqua

Moderatamente solubile in acqua fredda e solubile in acqua calda:

2,52 g / 100 mL (0 ºC)

27,50 g / 100 mL (100 ºC)

L'acido borico è parzialmente solubile in acqua e tende ad affondare in essa. Detta solubilità tende ad aumentare in presenza di acidi, quali cloridrico, citrico e tartarico.

Solubilità in altri solventi

-Glicerolo: 17,5% a 25 ºC

-Glicole etilenico: 18,5% a 25 ºC

-Acetone: 0,6% a 25 ºC

-Etile acetato: 1,5% a 25 ºC

-Metanolo: 172 g / L a 25 ºC

-Etanolo: 94,4 g / L a 25 ºC

Coefficiente di ripartizione ottanolo / acqua

Log P = -0,29

Acidità (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Queste sono le tre costanti delle loro rispettive dissociazioni per rilasciare H ⁺ in acqua.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% in soluzione acquosa)

5,1 (0,1 molare)

Pressione del vapore

1,6 ^10-6 mmHg

Stabilità

Stabile in acqua

Decomposizione

Si decompone se riscaldato a temperature superiori a 100ºC, formando anidride borica e acqua.

Reattività

L'acido borico forma sali solubili con cationi monovalenti, ad esempio: Na ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O e sali insolubili con cationi bivalenti, CaB ₄ O ₇ .6H ₂ O.

In soluzione acquosa produce una soluzione acida, pensando che questa proprietà è dovuta alla sottrazione di OH ^- gruppi dall'acqua. L'acido borico è classificato come un acido debole del tipo Lewis.

L'acido borico reagisce con glicerolo e mannitolo, aumentando l'acidità del mezzo acquoso. Il pKa viene modificato da 9.2 a 5, a causa della formazione del chelato di boro-mannitolo ^- , che rilascia H ⁺ .

Preparazione

L'acido borico si trova allo stato libero in emanazioni vulcaniche in regioni come la Toscana in Italia, le Isole Lipari e nello stato del Nevada, USA. Si trova anche in minerali come borace, boracite, ulexite e colemanite.

L'acido borico è principalmente preparato dalla reazione del borace minerale (sodio tetraborato decaidrato) con acidi minerali, come acido cloridrico, acido solforico, ecc.

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

Viene anche preparato mediante idrolisi di boro trialogenuro e diborano.

L'acido borico viene preparato dalla colemanite (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). La procedura consiste nel trattare il minerale con acido solforico per sciogliere i composti del boro.

Quindi, la soluzione in cui è presente acido borico viene separata dai frammenti non disciolti. La soluzione viene trattata con idrogeno solforato per far precipitare l'arsenico e le impurità di ferro. Il supernatante viene raffreddato per produrre un precipitato di acido borico e separarlo dalla sospensione.

applicazioni

Nell'industria

L'acido borico è utilizzato nella produzione di fibra di vetro. Aiutando ad abbassare il punto di fusione, aumenta la resistenza e l'efficienza della fibra di vetro tessile, un materiale utilizzato per rinforzare la plastica utilizzata nelle navi, nelle tubazioni industriali e nei circuiti dei computer.

L'acido borico partecipa alla lavorazione del vetro borosilicato, che consente l'ottenimento di un vetro resistente agli sbalzi di temperatura, utilizzabile nelle cucine delle case, nelle vetrerie nei laboratori, tubi fluorescenti, fibre ottiche , Schermi LCD, ecc.

È utilizzato nell'industria metallurgica per indurire e trattare le leghe di acciaio, nonché per promuovere il rivestimento metallico dei materiali.

È utilizzato come componente chimico nella fratturazione idraulica (fracking): un metodo utilizzato nell'estrazione di petrolio e gas. L'acido borico agisce come ritardante di fiamma in materiali di cellulosa, plastica e tessuti impregnati di acido borico per aumentare la loro resistenza al fuoco.

In medicina

L'acido borico viene utilizzato diluito nel lavaggio oculare. Le capsule di gelatina di acido borico sono usate per trattare le infezioni fungine, in particolare la Candida albicans. È stato utilizzato anche nel trattamento dell'acne.

L'acido borico viene spruzzato sui calzini per prevenire infezioni ai piedi, come il piede d'atleta. Allo stesso modo, le soluzioni contenenti acido borico vengono utilizzate nel trattamento dell'otite esterna negli esseri umani e negli animali.

L'acido borico viene aggiunto ai flaconi utilizzati per la raccolta delle urine, che previene la contaminazione batterica prima di essere esaminati nei laboratori diagnostici.

Insetticida

L'acido borico viene utilizzato per controllare la proliferazione di insetti, come scarafaggi, termiti, formiche, ecc. Non uccide istantaneamente gli scarafaggi, poiché prima colpisce il loro sistema digestivo e nervoso, oltre a distruggere il loro esoscheletro.

L'acido borico agisce lentamente, permettendo agli insetti che lo hanno ingerito di entrare in contatto con altri insetti, diffondendo così l'avvelenamento.

Preservazione

L'acido borico viene utilizzato per prevenire l'attacco del legno da parte di funghi e insetti, essendo utilizzato per questo scopo in combinazione con glicole etilenico. Questo trattamento è efficace anche nel controllo del limo e delle alghe.

Buffer PH

L'acido borico e la sua base coniugata formano un sistema tampone di pKa = 9,24, che indica che questo tampone è più efficace a pH alcalino, che non è usuale negli esseri viventi. Tuttavia, il tampone borato viene utilizzato nella regolazione del pH nelle piscine.

Reattori nucleari

L'acido borico ha la capacità di catturare i neutroni termici, il che riduce la possibilità di fissione nucleare incontrollata che può portare a incidenti nucleari.

agricoltura

Il boro è un elemento essenziale per la crescita delle piante, che ha portato all'uso di acido borico per il contributo dell'elemento. Tuttavia, troppo acido borico può danneggiare le piante, in particolare gli agrumi.

Controindicazioni

Deve essere evitato l'uso di acido borico su pelle denudata, ferite o prodotti ustionati che ne consentono l'assorbimento. Questo è un composto tossico all'interno del corpo e in alcuni casi può causare svenimenti, convulsioni, spasmi, tic facciali e bassa pressione sanguigna.

Il medico dovrebbe essere consultato per l'uso delle capsule vaginali di acido borico nelle donne in gravidanza, poiché è stato indicato che potrebbe causare deformazioni fetali e una diminuzione del peso corporeo del bambino alla nascita.

Va inoltre evitata la collocazione di acido borico, utilizzato come insetticida, in luoghi alla portata dei bambini, poiché i bambini hanno una maggiore suscettibilità all'azione tossica dell'acido borico, stabilendo in essi la dose fatale da 2.000 a 3.000 mg .

Riferimenti

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