Βορικό οξύ

Το βορικό οξύ, που ονομάζεται επίσης ορθοβορικό οξύ, είναι ασθενές, μονοβασικό οξύ κατά Λίουις του βορίου. Ωστόσο, ορισμένες από τις συμπεριφορές του απέναντι σε ορισμένες χημικές αντιδράσεις υποδηλώνουν ότι είναι τριβασικό οξύ και με την έννοια του Μπρόνστεντ. Το βορικό οξύ χρησιμοποιείται συχνά ως αντισηπτικό, εντομοκτόνο, επιβραδυντικό φλόγας, απορροφητής νετρονίων ή πρόδρομος άλλων χημικών ενώσεων. Έχει την χημικό τύπο H₃BO₃ (μερικές φορές γράφεται Β(ΟΗ)_3), και υπάρχει με τη μορφή άχρωμων κρυστάλλων ή λευκής σκόνης που διαλύεται σε νερό. Όταν εμφανίζεται ως ορυκτό, ονομάζεται σασσολίτης.

Η χημική δομή του βορικού οξέως

Εμφανίσεις

Το βορικό οξύ ή σασσολίτης απαντάται κυρίως στην ελεύθερη κατάστασή του σε ορισμένες ηφαιστειακές περιοχές, για παράδειγμα, στην περιοχή της Τοσκάνης, στις Αιολίδες νήσους και στην πολιτεία της Νεβάδας των ΗΠΑ. Σε αυτές τις ηφαιστειακές περιοχές βγαίνει, αναμεμιγμένο με ατμό, από ρωγμές στο έδαφος. Βρίσκεται επίσης ως συστατικό πολλών φυσικών ορυκτών - των βόρακα, βορακίτη, ουλεξίτη και κολεμανίτη. Το βορικό οξύ και τα άλατά του βρίσκονται στο θαλασσινό νερό. Βρίσκεται επίσης σε φυτά, συμπεριλαμβανομένων σχεδόν όλων των φρούτων.^[1]

Το βορικό οξύ παρασκευάστηκε για πρώτη φορά από τον Βίλχελμ Χόμπεργκ (1652–1715) από το βόρακα, με τη δράση των ανόργανων οξέων, και του δόθηκε το όνομα sal sedativum Hombergi ("ηρεμιστικό αλάτι του Χόμπεργκ"). Ωστόσο, τα βορικά άλατα, συμπεριλαμβανομένου του βορικού οξέος, έχουν χρησιμοποιηθεί από την εποχή των αρχαίων Ελλήνων για τον καθαρισμό, τη συντήρηση τροφίμων και άλλες δραστηριότητες.^[2]

Παρασκευή

Το βορικό οξύ μπορεί να παρασκευαστεί με αντίδραση βόρακα (τετραβορικό νάτριο δεκαένυδρο) με ένα ανόργανο οξύ, όπως το υδροχλωρικό οξύ :

Na₂ B₄ O₇ · 10H₂ O + 2 HCl → 4 B (OH)₃ [ή H₃ BO₃ ] + 2 NaCl + 5 H₂ O

Σχηματίζεται επίσης ως προϊόν υδρόλυσης τριαλογονιδίων βορίου και διβοράνιου :^[3]

B₂ H₆ + 6 H₂ O → 2 B (OH)₃ + 6 H₂

BX₃ + 3 H₂ O → B (OH)₃ + 3 HX (X = Cl, Br, I)

Ιδιότητες

Το βορικό οξύ είναι διαλυτό σε βραστό νερό. Όταν θερμαίνεται πάνω από τους 170 ° C, αφυδατώνεται, σχηματίζοντας μεταβορικό οξύ (HBO₂ ):

H₃BO₃ → HBO₂ + H2Ο

Το μεταβορικό οξύ είναι ένα λευκό, κυβικό κρυσταλλικό στερεό και είναι ελαφρώς διαλυτό στο νερό. Το μεταβορικό οξύ λιώνει στους περίπου 236 ° C, και όταν θερμαίνεται πάνω από περίπου 300 ° C επιπλέον αφυδατώνεται, σχηματίζοντας τετραβορικό οξύ, που ονομάζεται επίσης πυροβορικό οξύ (H₂ B₄ O₇ ):

4 HBO₂ → H₂B₄O₇ + H2Ο

Ο όρος βορικό οξύ μπορεί μερικές φορές να αναφέρεται σε οποιαδήποτε από αυτές τις ενώσεις. Περαιτέρω θέρμανση (σε περίπου 330 ° C)^[4] οδηγεί σε τριοξείδιο του βορίου.

Τοξικολογία

Με βάση τη μέση θανατηφόρο δόση σε θηλαστικά (LD₅₀), που είναι 2.660 mg / kg σωματικής μάζας, το βορικό οξύ είναι δηλητηριώδες μόνο εάν λαμβάνεται εσωτερικά ή εισπνέεται σε μεγάλες ποσότητες. Η δέκατη τέταρτη έκδοση του δείκτη Merck δείχνει ότι το LD₅₀ του βορικού οξέος είναι 5.14 g / kg για δόσεις από το στόμα που χορηγούνται σε αρουραίους και δόσεις 5 έως 20 g / kg έχουν προκαλέσει θάνατο σε ενήλικες ανθρώπους. Για λόγους σύγκρισης, το LD₅₀ του αλατιού αναφέρεται ότι είναι 3,75 g / kg σε αρουραίους σύμφωνα με τον δείκτη Merck. Σύμφωνα με τον Οργανισμό Τοξικών Ουσιών και Μητρώων Νοσημάτων, «η ελάχιστη θανατηφόρα δόση του καταπομένου βορίου (ως βορικό οξύ) αναφέρθηκε ότι ήταν 2-3 g σε βρέφη, 5–6 g στα παιδιά και 15-20 g σε ενήλικες. [... ] Ωστόσο, μια ανασκόπηση 784 ανθρώπινων δηλητηριάσεων με βορικό οξύ (10–88 g) δεν ανέφερε θανάτους, με το 88% των περιπτώσεων να είναι ασυμπτωματικό.»^[5]

Η μακροχρόνια έκθεση στο βορικό οξύ μπορεί να προκαλεί μεγαλύτερη ανησυχία, προκαλώντας νεφρική βλάβη και τελικά νεφρική ανεπάρκεια. Παρόλο που δεν φαίνεται να είναι καρκινογόνο, μελέτες σε σκύλους ανέφεραν ατροφία των όρχεων μετά από έκθεση σε 32 mg/kg bw / ημέρα για 90 ημέρες. Αυτό το επίπεδο είναι πολύ χαμηλότερο από το LD₅₀.^[6]

Χρήσεις

Βιομηχανικές

Η κύρια βιομηχανική χρήση του βορικού οξέος είναι στην κατασκευή υαλοβάμβακα που συνήθως αναφέρεται ως ύφασμα υαλοβάμβακα. Ο υαλοβάμβακας χρησιμοποιείται για την ενίσχυση πλαστικών σε εφαρμογές που κυμαίνονται από σκάφη, βιομηχανικές σωληνώσεις έως πλακέτες κυκλωμάτων υπολογιστών.^[7]

Στη βιομηχανία κοσμημάτων, το βορικό οξύ χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με μετουσιωμένη αλκοόλη για τη μείωση της επιφανειακής οξείδωσης στα μέταλλα κατά τις εργασίες ανόπτησης και συγκόλλησης.

Το βορικό οξύ χρησιμοποιείται για την παραγωγή του γυαλιού σε επίπεδες οθόνες επίπεδης οθόνης LCD.

Στην ηλεκτρολυτική επίστρωση, το βορικό οξύ χρησιμοποιείται ως μέρος ορισμένων τύπων ιδιοσκευασμένων τύπων. Ένας τέτοιος γνωστός τύπος απαιτεί περίπου 1 έως 10 αναλογία H₃BO₃ προς NiSO₄, ένα πολύ μικρό μέρος θειικού δωδεκύλιου νατρίου και ένα μικρό μέρος του H₂SO₄.

Το βορικό οξύ, αναμεμιγμένο με βόρακα (τετραβορικό νάτριο δεκαένυδρο) σε αναλογία βάρους 4:5, είναι πολύ διαλυτό στο νερό, αν και δεν είναι τόσο διαλυτά ξεχωριστά.^[8] Το διάλυμα χρησιμοποιείται ως επιβραδυντικό πυρκαγιάς ξύλου με εμποτισμό.^[9]

Το βορικό οξύ είναι μία από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες ουσίες που μπορούν να αντισταθμίσουν τις επιβλαβείς επιδράσεις του αντιδραστικού υδροφθορικού οξέος (HF) μετά από τυχαία επαφή με το δέρμα. Λειτουργεί με αναγκάζοντας τα ελεύθερα ανιόντα φθορίου να σχηματίσουν χηλικά άλατα. Αυτή η διαδικασία υπερνικά την ακραία τοξικότητα του υδροφθορικού οξέος, ιδιαίτερα την ικανότητά του να δεσμεύει ιοντικό ασβέστιο από τον ορό του αίματος που μπορεί να οδηγήσει σε καρδιακή ανακοπή και αποσύνθεση των οστών. Ένα τέτοιο συμβάν μπορεί να συμβεί από μικρή επαφή με το δέρμα με το υδροφθόριο.^[10]

Το βορικό οξύ προστίθεται στον βόρακα για χρήση ως συλλίπασμα συγκόλλησης από σιδηρουργούς.^[11]

Το βορικό οξύ, σε συνδυασμό με πολυβινυλική αλκοόλη (PVA) ή λάδι σιλικόνης, χρησιμοποιείται για την παραγωγή Silly Putty.^[12]

Το βορικό οξύ περιλαμβάνεται επίσης στον κατάλογο των χημικών προσθέτων που χρησιμοποιούνται για υδραυλική θραύση στην Πενσυλβανία.^[13] Πράγματι, χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με το κόμμι γκουάρ ως παράγοντας διασύνδεσης και πηκτωματοποίησης για τον έλεγχο του ιξώδους και της ρεολογίας του ρευστού θραύσης που εγχέεται σε υψηλή πίεση στο φρεάτιο. Πράγματι, είναι σημαντικό να ελέγχεται το ιξώδες του υγρού για να διατηρείται το εναιώρημα σε μεγάλες αποστάσεις μεταφοράς οι κόκκοι των ενισχυτικών παραγόντων που στοχεύουν στη διατήρηση των ρωγμών του σχιστόλιθου αρκετά ανοιχτές για να διευκολύνουν την εξαγωγή αερίου μετά τη μείωση της υδραυλικής πίεσης.^[14][15][16] Οι ρεολογικές ιδιότητες της υδρογέλης βορικού διασυνδεμένης με κόμμι γκουάρ εξαρτώνται κυρίως από την τιμή του pH.^[17]

Ιατρικές

Το βορικό οξύ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αντισηπτικό για δευτερεύοντα εγκαύματα ή κοψίματα και μερικές φορές χρησιμοποιείται σε γάζες. Το βορικό οξύ εφαρμόζεται σε ένα πολύ αραιό διάλυμα για το πλύσιμο των ματιών. Το αραιό βορικό οξύ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κολπικός ντους για τη θεραπεία βακτηριακής κολπίτιδας λόγω υπερβολικής αλκαλικότητας,^[18] καθώς και καντιντίασης από μη-albicans candida.^[19] Ως αντιβακτηριακή ένωση, το βορικό οξύ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως θεραπεία της ακμής. Χρησιμοποιείται επίσης ως πρόληψη του ποδιού του αθλητή, εισάγοντας σκόνη στις κάλτσες. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορα παρασκευάσματα για τη θεραπεία ορισμένων ειδών εξωτερικής ωτίτιδας (λοίμωξη του αυτιού) τόσο σε ανθρώπους όσο και σε ζώα.^[20] Το συντηρητικό στα μπουκάλια δειγμάτων ούρων στο Ηνωμένο Βασίλειο είναι βορικό οξύ.

Τα διαλύματα βορικού οξέος που χρησιμοποιούνται για πλύσιμο των ματιών ή σε διαβρωμμένο δέρμα είναι γνωστό ότι είναι τοξικά, ιδιαίτερα στα βρέφη, ειδικά μετά από επαναλαμβανόμενη χρήση. Αυτό οφείλεται στο αργό ποσοστό εξάλειψης.^[21]

Εντομοκτόνο

Το βορικό οξύ καταχωρήθηκε για πρώτη φορά στις ΗΠΑ ως εντομοκτόνο το 1948 για τον έλεγχο κατσαρίδων, τερμιτών, μυρμηγκιών, ψύλλων, ασημιού και πολλών άλλων εντόμων. Το προϊόν θεωρείται γενικά ασφαλές για χρήση σε οικιακές κουζίνες για τον έλεγχο των κατσαρίδων και των μυρμηγκιών. Λειτουργεί ως δηλητήριο στομάχου που επηρεάζει το μεταβολισμό των εντόμων και η ξηρή σκόνη είναι λειαντική για τους εξωσκελετούς των εντόμων.^[22][23][24] Το βορικό οξύ έχει επίσης τη φήμη ως "το δώρο που συνεχίζει να σκοτώνει" στο ότι οι κατσαρίδες που διασχίζουν περιοχές με ελαφριά σκόνη δεν πεθαίνουν αμέσως, αλλά το αποτέλεσμα είναι σαν θραύσματα από γυαλί που τα κόβουν. Αυτό συχνά επιτρέπει σε μια κατσαρίδα να επιστρέψει στη φωλιά όπου σύντομα πεθαίνει. Οι κατσαρίδες, επειδή είναι κανιβαλιστικές, τρώνε άλλες που σκοτώθηκαν από επαφή ή κατανάλωση βορικού οξέος, καταναλώνοντας τη σκόνη που παγιδεύτηκε στη νεκρή κατσαρίδα και τις σκότωσαν επίσης.^{[εκκρεμεί παραπομπή]}

Διατήρηση

Σε συνδυασμό με τη χρήση του ως εντομοκτόνο, το βορικό οξύ αποτρέπει και καταστρέφει την υπάρχουσα υγρή και ξηρή σήψη στα ξύλα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με φορέα αιθυλενογλυκόλης για την επεξεργασία του εξωτερικού ξύλου ώστε να καταπολεμήσει την προσβολή από μύκητες και έντομα. Είναι δυνατή η αγορά ράβδων εμποτισμένων με βορικά για εισαγωγή στο ξύλο μέσω τρυπανιών όπου είναι γνωστό ότι μαζεύεται και κάθεταοι η υγρασία. Διατίθεται σε μορφή γέλης και ενέσιμης πάστας για την επεξεργασία ξύλου που έχει προσβληθεί από σήψη χωρίς την ανάγκη αντικατάστασης της ξυλείας. Συμπυκνώματα επεξεργασίας με βάση τα βορικά άλατα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόληψη της ανάπτυξης λάσπης, μυκηλίου και φυκών, ακόμη και σε θαλάσσια περιβάλλοντα.

Λιπαντικό

Τα κολλοειδή εναιωρήματα νανοσωματιδίων βορικού οξέος διαλυμένα σε πετρέλαιο ή φυτικό έλαιο μπορούν να σχηματίσουν ένα αξιοσημείωτο λιπαντικό σε κεραμικές ή μεταλλικές επιφάνειες^[25] με συντελεστή τριβής ολίσθησης που μειώνεται με την αύξηση της πίεσης σε τιμή που κυμαίνεται από 0,10 έως 0,02. Αυτολιπαινόμενες ταινίες βορικού οξέως προκύπτουν από μια αυθόρμητη χημική αντίδραση μεταξύ των μορίων του νερού και επιστρώσεις οξειδίου του βορίου σε ένα περιβάλλον υγρό. Σε μαζική κλίμακα, υπάρχει αντίστροφη σχέση μεταξύ του συντελεστή τριβής και της πίεσης επαφής που προκαλείται από το εφαρμοζόμενο φορτίο.

Το βορικό οξύ χρησιμοποιείται για τη λίπανση πλακών των παιχνιδών καρόμ και νοβούς, επιτρέποντας ταχύτερο παιχνίδι.^[26]

Πυροτεχνήματα

Το βόριο χρησιμοποιείται στην πυροτεχνία για να αποτρέψει την αντίδραση σχηματισμού αμιδίου μεταξύ αλουμινίου και νιτρικών. Μία μικρή ποσότητα βορικού οξέος προστίθεται στη σύνθεση για την εξουδετέρωση αλκαλικών αμιδίων που μπορούν να αντιδράσουν με το αλουμίνιο.

Το βορικό οξύ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως χρωστική για να κάνει τη φωτιά πράσινη. Για παράδειγμα, όταν διαλύεται σε μεθανόλη χρησιμοποιείται ευρέως από τους ζογκλέρ φωτιές για να δημιουργήσει μια βαθιά πράσινη φλόγα πολύ ισχυρότερη από το θειικό χαλκό.^[27]

Γεωργία

Το βορικό οξύ χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ή την πρόληψη ελλείψεων βορίου στα φυτά. Χρησιμοποιείται επίσης για τη συντήρηση σπόρων όπως το ρύζι και το σιτάρι.^[28]