硼砂：历史，结构，性质，用途，合成，风险 - 化学 - 2024

的硼砂或硼酸钠是一组用Na的碱式化学化合物的指定₂乙₄ ø ₇。它是一种吸湿盐，除了由于某些金属杂质的存在而在结构上丰富之外，还能够形成多种水合物。

以硼砂为名的主要化合物如下：无水四硼酸钠Na ₂ B ₄ O ₇；五水合四硼酸钠（Na ₂ B ₄ O ₇）.5H ₂ O; 和四硼酸钠十水合物，钠₂乙₄ ø ₇ ·10H ₂ O，或其等同物，四硼酸钠八水合物，钠₂乙₄ ø ₅（OH）₄ ·8H ₂ O.

硼砂碎片。资料来源：Leon Hupperichs

可以理解，所有上述固体仅在它们的水合度上有所不同。一些晶体中的水分子比其他晶体多。在物理上，硼砂看起来像坚固的块或粉笔的晶体（上图）。

硼砂自然存在于季节性的湖泊沉积物中，并因蒸发而变干。硼砂产自土耳其，塞尔斯湖（加利福尼亚），阿塔卡马沙漠，智利，玻利维亚，西藏和罗马尼亚。硼砂晶体可以通过缓慢的成核过程合成获得。就是说，其中的晶体生长是有利的。

无水十水的四硼酸钠难溶于冷水。但其溶解度随温度升高而增加。Na ₂ B ₄ O ₇.10H ₂ O极易溶于乙二醇，适度溶于乙醇，微溶于丙酮；这些极性溶剂比水少。

硼砂具有广泛的应用，例如在洗涤剂和肥皂的制造中。作为纤维素材料的阻燃剂；在玻璃纤维生产中；用于清洁金属，玻璃和陶瓷等坚硬表面；以及在抑制腐蚀等方面的用途。

硼砂刺激眼睛，皮肤和呼吸道。通过摄入，它可能引起呕吐，腹泻，松弛，衰弱和癫痫发作。目前怀疑它可能对人类生殖产生有害影响。

历史

硼砂的历史令人困惑。值得注意的是，它是在西藏一个湖泊的河床中发现的，并因蒸发而干dried。它沿着所谓的丝绸之路，于8世纪从西藏转移到沙特阿拉伯。

“硼砂”一词因发现了众多应用而广受欢迎，并以20 Mule Team Borax Tradermax的名称销售，这是指硼砂通过内华达州和内华达州沙漠运输的方式。加利福尼亚

它的发现的另一种形式表明，埃及人很早就知道了它的存在，并将其用于热金属焊接。另外，他们在医学和木乃伊化过程中使用了它。硼砂在13世纪由马可·波罗（Marco Polo）转移到欧洲。

在19世纪中叶，莫加韦沙漠（Mogave Desert）发现了大量的硼砂矿床，此后便开始广泛使用。

硼砂结构

硼砂离子的结构。资料来源：Smokefoot

上方的图像显示了组成硼砂的离子，特别是对应于具有Na ₂ ·8H ₂ O（或Na ₂ B ₄ O ₇ ·10H ₂ O）组成式的固体。

首先，阴离子的笼形结构^-2-可以注意到（尽管它应该有两个去质子化的-OH基团，-O ^- ），其中八边形环（B的四个原子和O的4）中可以看出，具有BOB桥除以分两半。

所述笼子不会保持静止，而是会振动并在空间上采用不同的形状。但是，桥附近的程度较小。同样，可以注意到它是非常“氧化的”。也就是说，它具有许多氧原子，能够通过氢键与水分子相互作用。

硼砂晶体可以水合并生成大量水合物就不足为奇了。因此，对于固体Na ₂ ·8H ₂ O，有八个H ₂ O 分子与硼酸盐笼相互作用，同时与Na ⁺的金属中心相互作用。

在阳离子方面，我们有水络合物⁺ _n，其中_n的值将取决于阴离子/阳离子的比率。在上层固体中，n = 2，因此我们具有：²⁺，其2+电荷中和硼酸根阴离子的2-电荷。

水晶

硼砂的单斜晶胞。资料来源：本·米尔斯。

上面是Na ₂ ·8H ₂ O或Na ₂ B ₄ O ₇ ·10H ₂ O 晶体的单斜晶胞，这里，静电引力和氢键支配或支配起源于晶体各跨度的结构模式。

其他水合物和无水盐失去一个或全部水分子，从而改变了硼砂晶体的组成和结构。在所有这些离子中，阴离子和阳离子保持相同（除非存在杂质或副反应），因此在这方面不会造成混淆。

与硼酸根阴离子的混淆

Na ₂ ·8H ₂ O和Na ₂ B ₄ O ₇ ·10H ₂ O相同。为什么？

首先，如果计算其原子数，就会发现它们在数量上是重合的。其次，在阴离子B ₄ O ₇ ^{2-中，考虑}到没有两个与BOB桥的硼头相连的OH基团。两个OH与B ₄ O ₇ ^2-中的两个H ⁺一起加成2 H ₂ O，总共10 H ₂ O（8 + 2）。

物产

名字

-硼砂

-硼酸钠。

-四硼酸钠。

-四硼酸钠。

分子质量

无水：201.22 g / mol。

十水合物：381.38 g / mol。

外观

白色结晶固体。

密度

无水的：2.4克/厘米³

十水合物：1,739克/厘米³

熔点

无水：743°C（1,369°F，1,016 K）。

十水合物：75ºC。

沸点

无水：1,575°C（2,867°F，1,848 K）。

水溶性

31.78 g / L（无水和十水合物）。

在有机溶剂中的溶解度

它在乙二醇中非常易溶，在二甘醇和甲醇中适度溶解，在丙酮中微溶。

折光率（ηD）

无水：η ₁ = 1.447; η ₂ = 1.469。

十水合物：η ₂ = 1.472。

稳定性

在适当的储存条件下稳定。尽管它的蒸气压低，但会随温度增加而导致结晶和凝结，因此应避免温度和湿度的过度波动。

发光量

四硼酸钠在受到火的作用下会发出绿光。

反应

-溶于水时，会生成pH约为9.2的碱性溶液。

-硼砂反应生成其他硼酸盐，例如过硼酸盐（PBS）。

-通过与盐酸反应也产生硼酸：

的Na ₂乙₄ ø ₇ ·10H ₂ O +盐酸=> 4小时₃ BO ₃ + 2的Na ⁺ + 2氯^- + 5 H ₂ ö

-四硼酸钠的行为类似于两性物质，因为它在水溶液中会水解并能够中和酸。同样，它可以中和高浓度的碱，避免培养基的pH过度升高。

应用领域

硼砂在人类及其所从事的所有活动中都有许多应用。

抗氧化作用

硼砂具有溶解氧化物的能力。因此，它被用于回收黄铜，铜，铅和锌等金属。

它还用于防止铸造厂中的金属棒氧化。硼砂覆盖其表面，不包括空气，因此可以防止氧化。此外，它还可以防止汽车制造中的黑色金属腐蚀。

硼砂在乙二醇中的溶解度已用于防冻剂配方中。硼砂可中和乙二醇分解过程中产生的酸性残留物，从而最大程度地减少了金属表面可能遭受的氧化。

胶粘剂的制造

-硼砂是用于瓦楞纸和纸板的淀粉粘合剂配方的一部分。

-在制造基于酪蛋白和糊精的胶粘剂中的胶溶剂。

-通过共轭羟基的交联来增强粘合材料而起作用。

阻燃剂

它在纤维素材料和其他含有羟基的聚合物中用作阻燃剂。它通过各种机制发挥作用，包括形成限制燃料进入的玻璃层。

硼硅玻璃的制造（派热克斯）

硼砂是用于制造硼硅酸盐玻璃的硼的来源。具有高熔点，低膨胀系数和高抗热冲击性的特点。

从而使它经受高温而不会破裂，因此获得了耐火玻璃的名称。

硼硅酸盐玻璃用于制造用于家庭烘烤食物的材料。它也用于实验室的烧杯，烧瓶，量筒，移液器等。

乳化剂

硼砂与其他化合物一起用于乳化肥皂和其他石蜡。它也被用作生产乳液，面霜和软膏的基础。

清洁用品

-以配方形式添加以清洁金属，玻璃和陶瓷等牢固表面。

-用于洗手液，抛光材料和洗衣皂，用于洗衣店和家庭。此外，它有助于清除工厂地面上的油性沉积物。

医疗用途

-用于治疗真菌性足部感染。

-它是供应硼的营养素配方的一部分。该元素被认为与钙，磷和镁的代谢有关，可能是骨骼结构所必需的。

-它涉及糖基化血红蛋白（HbA1C）的确定，HbA1C是一种用于确定患者糖尿病长期发展的测试，因为红细胞的半衰期为120天。

该信息对临床医生比从患者进行单个血糖测量更为有用。

PH缓冲液

它用于生物化学中使用的各种pH缓冲液系统；其中，Tris（羟甲基）氨基甲烷硼酸酯用于DNA和RNA核酸的聚丙烯酰胺电泳。

水的硬度降低

硼砂能够与水中的钙和镁离子结合，从而降低其浓度。这降低了水的硬度。

化肥和堆肥

硼砂被用作硼的来源。钙和硼参与植物细胞壁的形成。另外，已经指出硼有利于授粉，这就是为什么它会干扰植物的受精和繁殖。

木材防腐

硼砂与木虫（一种消耗和破坏木材的甲虫）作斗争。它也用于养护和维护木船。

助焊剂和助焊剂

它在钢和铁的焊接中用作助焊剂，可降低熔点并消除氧化铁。不良的污染物。为了类似的目的，他参与了金和银的焊接。

其他

-用作温和的农药；例如，与羊毛上的飞蛾作斗争。

-喷洒可用于控制橱柜，内部水箱中，壁缝中以及通常不希望使用污染程度更大的农药的有害生物。

-在核反应堆中用于控制可能在极端情况下产生连锁反应的反应。

-在汽车散热器中，硼砂用于堵塞有漏水的地方。

合成

硼砂是通过使含硼，钠和钙的元素组成的分子式NaCaB ₅ O ₉.8H ₂ O 的矿物方钠石与碳酸钠和碳酸钠在水性介质中反应制得的。

实际上，很少使用四硼酸钠或硼砂的合成。产生的大多数化合物是通过提取含有该化合物的矿物质获得的。

该过程可以概括为矿石在水中的溶解，然后在粘土中的过滤，最后是水溶液的蒸发。

风险性

硼砂是一种天然产物，但是，它可能对人体健康造成一系列损害。例如，与硼砂粉接触会引起皮肤刺激，从而导致皮炎。

同样，硼砂会刺激眼睛和上呼吸道。吸入的症状包括咳嗽和喉咙痛。

同时，摄入硼砂具有以下症状：呕吐，恶心，腹泻，松弛，头痛和癫痫发作。此外，中枢神经系统和肾脏功能可能会受到影响。

从对饲喂硼砂的雄性大鼠进行的研究中，观察到它们的睾丸萎缩。虽然对怀孕的雌性大鼠进行的研究表明，硼砂可以穿过胎盘，从而导致胎儿发育的改变，其表现为低出生体重。

据信，硼砂暴露会影响男性的男性生殖功能，表现为精子数量减少。

成人摄入硼砂的致命剂量估计为10至25克。

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