Борная кислота и бораты

9 заданий

Борная кислота

Борная кислота \(\ce{B(OH)3}\) — белые чешуйки, слоистая структура за счёт водородных связей. Слабый антисептик («борный спирт»).

Её кислотность необычна: она не отдаёт собственный протон, а присоединяет гидроксид-ион из воды (урок 63):

\[\ce{B(OH)3 + 2H2O <=> [B(OH)4]- + H3O+}\qquad pK_a = 9{,}24\]

Поэтому борная кислота одноосновна, хотя в формуле три атома водорода.

boltТитрование с глицерином

Прямо титровать борную кислоту щёлочью нельзя — она слишком слабая. Но с многоатомными спиртами (глицерин, маннит) бор образует хелатные комплексы, и кислотность возрастает до \(pK_a \approx 4\)–5 — становится возможным титрование с фенолфталеином.

scienceБорная кислота в реакциях

\(\ce{Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O -> 4H3BO3 + Na2SO4}\) — получение из буры.
\(\ce{H3BO3 + 3CH3OH ->[H2SO4] B(OCH3)3 + 3H2O}\) — летучий триметилборат горит зелёным пламенем (проба на бор).
\(\ce{H3BO3 ->[100 °C] HBO2 + H2O}\); \(\ce{2HBO2 ->[t] B2O3 + H2O}\).
\(\ce{4H3BO3 + 2NaOH -> Na2B4O7 + 7H2O}\) — нейтрализация даёт не ортоборат, а тетраборат.

Бура

Бура — \(\ce{Na2B4O7*10H2O}\), по строению \(\ce{Na2[B4O5(OH)4]*8H2O}\): анион из двух тетраэдров \(\ce{BO4}\) и двух треугольников \(\ce{BO3}\). Слабощелочной раствор (pH ≈ 9,2) — буфер (\(\ce{B(OH)3}\) / \(\ce{[B(OH)4]-}\)).

Первичный стандарт. Бура — устойчивое, не гигроскопичное вещество с большой молярной массой; по ней устанавливают концентрацию кислот:

\[\ce{Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O -> 4H3BO3 + 2NaCl}\]

Индикатор — метиловый красный (в точке эквивалентности слабокислая борная кислота).

auto_awesomeПерлы буры

Расплавленная бура растворяет оксиды металлов, образуя окрашенные стёкла («перлы»): кобальт — синий, хром — зелёный, марганец — фиолетовый, медь — голубой (в окислительном пламени). Этой пробой геологи в поле определяли металлы в минералах. Бура же — флюс при пайке и сварке: растворяет оксидную плёнку на металле.

scienceБура в реакциях

\(\ce{Na2B4O7 + CoO ->[t] 2NaBO2 + Co(BO2)2}\) — синий перл (метаборат кобальта в стекле).
\(\ce{Na2B4O7*10H2O ->[t] Na2B4O7 + 10H2O}\) — обезвоживание.
\(\ce{Na2B4O7 + 7H2O <=> 2NaOH + 4H3BO3}\) — гидролиз: щелочная среда.

Бораты и превращения при нагревании

Борная кислота при нагревании постепенно теряет воду: ортоборная \(\ce{H3BO3}\) → метаборная \(\ce{HBO2}\) (около 100 °C) → оксид \(\ce{B2O3}\) (выше 300 °C, стекло).

Бораты разнообразны по строению, как силикаты: треугольники \(\ce{BO3}\) и тетраэдры \(\ce{BO4}\) соединяются вершинами в цепи, кольца и каркасы. Метаборат натрия \(\ce{NaBO2}\) в кристалле — кольца \(\ce{(B3O6)^3-}\).

auto_awesomeБор в технике

Боросиликатное стекло (пирекс) — термостойкая посуда и лабораторное стекло.
Бор-10 поглощает нейтроны: карбид бора и борная кислота — в регулирующих стержнях и теплоносителе реакторов.
Пербораты (\(\ce{NaBO3*4H2O}\), содержат пероксогруппу) — «кислородные» отбеливатели в стиральных порошках.
Магнит NdFeB (\(\ce{Nd2Fe14B}\)) — самый сильный постоянный магнит: в наушниках, моторах, ветряках.

boltПотеря массы при нагревании

\(\ce{2H3BO3 -> B2O3 + 3H2O}\): из 123,7 г кислоты уходит 54,0 г воды — 43,7 %. Эта цифра часто нужна в задачах на прокаливание.

push_pinГлавное

\(\ce{B(OH)3}\) — слабая одноосновная кислота Льюиса: \(\ce{B(OH)3 + 2H2O <=> [B(OH)4]- + H3O+}\), \(pK_a = 9{,}24\); с глицерином или маннитом образует хелаты и становится сильной настолько, что её можно титровать. Бура \(\ce{Na2B4O7*10H2O}\) (по строению \(\ce{Na2[B4O5(OH)4]*8H2O}\)) — первичный стандарт для кислот; расплавленная бура растворяет оксиды металлов, давая окрашенные «перлы». При нагревании: \(\ce{H3BO3 -> HBO2 -> B2O3}\). Летучий триметилборат окрашивает пламя в зелёный цвет — качественная реакция на бор.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.