硼酸：化学结构，性质，制备方法，用途 - 化学

所述硼酸与化学式为H的无机化合物₃ BO ₃。它由白色或无色固体组成。它是一种弱酸，在水溶液中（取决于其浓度）会产生3.8至4.8的pH值。难溶于冷水，适度溶于热水。

硼酸是由威廉·霍姆贝格（Wilhelm Homberg，1652-1713年）在1702年发现的，他用硫酸处理了硼砂，获得了具有药用作用的溶液，该溶液的名称为霍姆贝格镇静水。

表玻璃上的硼酸固体样品。资料来源：Walkerma，维基百科。

但是，还应注意的是，洪堡通过向硼砂中加水并加热溶液直至蒸发而制得了硼酸，从而使硼酸晶体留在了沉积物中。

这种酸是一种高度有用的化合物，在工业和医学上具有许多应用，还用作杀虫剂，木材防腐剂，阻燃剂，并且是pH缓冲溶液的组成部分。

化学结构

硼酸分子由球形和条形模型表示。资料来源：Benjah-bmm27

在上图中，我们具有H ₃ BO ₃的实际分子。请注意，如化学式所示，由白色球体表示的氢原子未键合到中心硼原子上。而是以红色球形代表的氧原子。

因此，对于硼酸来说，虽然使用较少，但更方便的分子式是B（OH）₃，表明其酸度是由于从其OH基团释放的H ⁺离子引起的。B（OH）₃分子具有三角平面几何形状，其硼原子具有sp ²化学杂交。

B（OH）₃是高度共价的分子，因为硼原子和氧之间的电负性差异不是很大。所以BO键本质上是共价的还要注意，该分子的结构类似于旋转器的结构。它能够以相同的方式绕自己的轴旋转吗？

水晶

H3BO3晶体的晶胞。资料来源：Benjah-bmm27

上图显示了与硼酸三斜晶晶体结构相对应的晶胞，该晶胞在某些合成条件下可以采用紧凑的六边形结构。请注意，每个晶胞有四个分子，并且它们交替排列在两层中，即A和B层（它们不重叠在另一层之上）。

由于B-OH键的对称性和取向，可以假设B（OH）₃是非极性的；然而，分子间氢键的存在改变了故事。每个B（OH）₃分子将给予或接受这些桥中的三个，总共具有六个偶极-偶极相互作用，如下图所示：

从较高的轴观察到H 3 BO 3的结晶层。资料来源：Benjah-bmm27

请注意，这些氢键是控制硼酸晶体并建立装饰性图案的方向性相互作用。内环可能具有足够的空间，以遮挡晶体缺陷中没有的一些杂质。

尽管B（OH）_3的分子量较低，但这些氢键仍使其晶体具有足够的内聚力，因此需要171ºC的温度才能熔化。尚不清楚高压（按GPa的顺序）会对B（OH）₃的分子层产生什么影响。

物产

名字

IUPAC：硼酸和三氢氧化硼。其他名称：原硼酸，硼酸，碱土石，硼传真和三羟基硼烷。

摩尔质量

61.83克/摩尔

外观

透明，无色结晶白色固体。它也可以颗粒或白色粉末形式提供。略带乳脂感。

气味

厕所

味道

有点苦

熔点

170.9摄氏度

沸点

300摄氏度

水溶性

中度溶于冷水和热水：

2.52 g / 100 mL（0ºC）

27.50 g / 100 mL（100ºC）

硼酸可部分溶于水，并倾向于在水中下沉。在酸例如盐酸，柠檬酸和酒石酸的存在下，所述溶解度倾向于增加。

在其他溶剂中的溶解度

-甘油：25ºC时为17.5％

-乙二醇：在25ºC下为18.5％

-丙酮：25ºC时为0.6％

-乙酸乙酯：25ºC时为1.5％

-甲醇：172克/升（25摄氏度）

-乙醇：25ºC下为94.4 g / L

辛醇/水分配系数

对数P = -0.29

酸度（pKa）

9.24。12.4。13.3。这是它们各自在水中释放H ^+的解离常数。

pH值

3.8-4.8（在水溶液中为3.3％）

5.1（0.1摩尔）

蒸汽压力

1.6 10 ^-6毫米汞柱

稳定性

在水中稳定

分解

当加热到100ºC以上时，它会分解，形成硼酸酐和水。

反应性

硼酸酸形式与一价阳离子的可溶性盐，例如：钠₂乙₄ ø ₇ ·10H ₂ O，并用二价阳离子的不溶性盐，CAB ₄ ö ₇ ·6H ₂ O.

在水溶液中它产生的酸性溶液，以为该属性是由于OH的减法^-基团从水中。硼酸被分类为路易斯型的弱酸。

硼酸与甘油和甘露醇反应，增加了水性介质的酸度。由于形成了硼甘露醇螯合物^-，其释放出H ⁺，因此pKa从9.2变为5 。

制备

在意大利托斯卡纳，利帕里群岛和美国内华达州等地区的火山喷发中发现了游离态的硼酸。它也存在于诸如硼砂，硼铁矿，方钠石和硬锰矿等矿物中。

硼酸主要是由矿物硼砂（十水合四硼酸钠）与诸如盐酸，硫酸等矿物酸反应制得的。

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

它也可以通过三卤化硼和乙硼烷的水解来制备。

硼酸由硬锰矿（Ca ₂ B ₆ O ₁₁ ·6 H ₂ O）制备。该程序包括用硫酸处理矿物以溶解硼化合物。

然后，将存在硼酸的溶液与未溶解的片段分离。该溶液用硫化氢处理以沉淀砷和铁杂质。将上清液冷却以产生硼酸沉淀并将其与悬浮液分离。

应用领域

在行业中

硼酸用于玻璃纤维的制造。通过帮助降低熔点，它提高了纺织玻璃纤维的强度和效率-一种用于增强船舶，工业管道和计算机电路板中塑料的材料。

硼酸参与了硼硅酸盐玻璃的制造，该硼硅酸玻璃允许获得耐温度变化的玻璃，可用于家庭厨房，实验室的玻璃器皿，荧光灯管，光纤，LCD屏幕等

它用于冶金工业，以硬化和处理钢合金，以及促进材料的金属涂层。

它被用作水力压裂（压裂）中的化学成分：一种用于油气开采的方法。硼酸在纤维素，塑料和纺织材料中起着阻燃剂的作用，这些材料中浸有硼酸以增强其耐火性。

在医学上

硼酸稀释后用于洗眼液。硼酸明胶胶囊用于治疗真菌感染，尤其是白色念珠菌。它也已用于治疗痤疮。

将硼酸撒在袜子上以防止脚部感染，例如脚癣。同样，含硼酸的溶液也用于治疗人类以及动物的外耳道炎。

将硼酸添加到用于收集尿液的瓶子中，以防止细菌污染，然后再在诊断实验室进行检查。

杀虫剂

硼酸用于控制昆虫的繁殖，例如蟑螂，白蚁，蚂蚁等。它不会立即杀死蟑螂，因为它首先会影响蟑螂的消化系统和神经系统，并破坏其外骨骼。

硼酸作用缓慢，使摄入它的昆虫与其他昆虫接触，从而传播中毒。

保存

硼酸用于防止真菌和昆虫入侵木材，并与乙二醇一起用于此目的。这种处理对控制淤泥和藻类也有效。

PH缓冲液

硼酸及其共轭碱形成pKa = 9.24的缓冲液系统，这表明该缓冲液在碱性pH下最有效，这在生物中是不常见的。但是，硼酸盐缓冲液可用于游泳池的pH调节。

核反应堆

硼酸具有捕获热中子的能力，从而降低了导致核事故的不受控制的核裂变的可能性。

农业

硼是植物生长必不可少的元素，导致使用硼酸对该元素做出贡献。但是，硼酸过多会损害植物，特别是柑橘类水果。

禁忌症

应避免在裸露的皮肤，伤口或灼伤的产品上使用硼酸，使其吸收。这是体内的一种有毒化合物，在某些情况下，它可能导致晕厥，癫痫发作，痉挛，面部抽动和低血压。

孕妇应咨询医生硼酸阴道胶囊的使用方法，因为已表明硼酸阴道胶囊可引起胎儿变形并降低婴儿出生时的体重。

还应避免将硼酸用作杀虫剂，将其放置在儿童可及的范围内，因为儿童对硼酸的毒性作用更易感，因此致命剂量为2,000至3,000 mg 。

参考文献

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