붕산 : 화학 구조, 특성, 준비, 용도 - 화학

붕산 화학 식 H와 무기 화합물 ₃ BO ₃ . 흰색 또는 무색 고체로 구성됩니다. 수용액에서 농도에 따라 3.8에서 4.8 사이의 pH를 생성하는 약산입니다. 냉수에 잘 녹지 않으며 온수에 적당히 녹습니다.

붕산은 1702 년에 붕사를 황산으로 처리 한 Wilhelm Homberg (1652-1713)에 의해 발견되어 Homberg의 진정제라는 이름을받은 약효 용액을 얻었습니다.

시계 유리에 붕산 고체 샘플. 출처 : Wikipedia를 통한 Walkerma.

그러나 Homberg는 붕사에 물을 첨가하고 증발 될 때까지 용액을 가열하여 붕산 결정을 침전물에 남김으로써 붕산을 제조했습니다.

이 산은 산업 및 의학 분야에서 수많은 응용 분야를 가진 매우 유용한 화합물이며 살충제, 목재 보존제, 난연제로도 사용되며 pH 완충 용액의 구성 성분입니다.

화학 구조

구체와 막대의 모델로 표현되는 붕산 분자. 출처 : Benjah-bmm27

위 이미지에는 H ₃ BO ₃ 의 실제 분자가 있습니다. 흰색 구체로 표시되는 수소 원자는 화학 공식에서 알 수 있듯이 중심 붕소 원자에 결합되어 있지 않습니다. 오히려 붉은 구체로 표시되는 산소 원자에.

따라서 붕산에 대해 덜 사용되지만 더 편리한 공식은 B (OH) ₃ 이며, 이는 산도가 OH 그룹에서 방출되는 H ⁺ 이온 때문임을 나타냅니다 . B (OH) ₃ 분자 는 붕소 원자가 sp ² 화학적 혼성화를 갖는 삼각 평면 기하학을 가지고 있습니다.

B (OH) ₃ 는 붕소 원자와 산소 사이의 전기 음성도 차이가 그리 크지 않기 때문에 공유 성이 높은 분자입니다. 그래서 BO 결합은 본질적으로 공유 적입니다. 또한이 분자의 구조는 스피너의 구조와 유사합니다. 같은 방식으로 자체 축에서 회전 할 수 있습니까?

크리스탈

H3BO3 크리스탈의 단위 셀. 출처 : Benjah-bmm27

위 이미지는 특정 합성 조건에서 콤팩트 한 육각형 구조를 채택 할 수있는 붕산의 삼 사정 결정 구조에 해당하는 단위 셀을 보여줍니다. 단위 셀당 4 개의 분자가 있으며 A와 B라는 두 개의 층으로 교대로 배열되어 있습니다 (하나가 다른 층 위에 겹쳐지지 않음).

B-OH 결합의 대칭과 방향성으로 인해 B (OH) ₃ 은 무극성 이라고 가정 할 수 있습니다 . 그러나 분자간 수소 결합의 존재는 이야기를 바꾼다. 각 B (OH) ₃ 분자는 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 총 6 개의 쌍극자-쌍극자 상호 작용을 통해 이러한 브리지 중 3 개를주고받습니다.

높은 축에서 관찰 된 H3BO3의 결정질 층. 출처 : Benjah-bmm27

이러한 수소 결합은 붕산 결정을 지배하고 장식적인 측면의 패턴을 설정하는 방향성 상호 작용입니다. 내부 링은 아마도 결정 결함에없는 일부 불순물을 차단하기에 충분한 공간이 있습니다.

이러한 수소 결합은 B (OH) ₃ 의 저 분자량에도 불구하고 결정을 충분히 응집력있게 유지하여 녹는 데 171ºC의 온도가 필요합니다. 높은 압력 (GPa 순서)이 B (OH) ₃ 의 분자 층에 어떤 영향을 미치는지는 알려지지 않았습니다 .

속성

이름

IUPAC : 붕산 및 삼수 산화 붕소. 다른 이름 : orthoboric acid, boracic acid, sassolite, borofax 및 trihydroxyborane.

몰 질량

61.83g / 몰

외모

투명하고 무색의 결정질 흰색 고체. 과립 또는 백색 분말로도 제공됩니다. 만지면 약간 크림 같음.

냄새

화장실

맛이 나다

약간 쓴

녹는 점

170.9ºC

비점

300ºC

수용성

냉수에 적당히 용해되고 온수에 용해 :

2.52g / 100mL (0ºC)

27.50g / 100mL (100ºC)

붕산은 부분적으로 물에 용해되며 흡수되는 경향이 있습니다. 상기 용해도는 염산, 시트르산 및 타르타르산과 같은 산의 존재에서 증가하는 경향이있다.

다른 용매에 대한 용해도

-글리세롤 : 25ºC에서 17.5 %

-에틸렌 글리콜 : 25ºC에서 18.5 %

-아세톤 : 25ºC에서 0.6 %

-에틸 아세테이트 : 25ºC에서 1.5 %

-메탄올 : 172g / L, 25ºC

-에탄올 : 25ºC에서 94.4g / L

옥탄 올 / 물 분배 계수

로그 P = -0.29

산도 (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. 이들은 물에서 H ⁺ 를 방출하는 각각의 해리의 세 가지 상수입니다 .

pH

3.8-4.8 (수용액에서 3.3 %)

5.1 (0.1 몰)

증기압

1.6 10 ^-6 mmHg

안정

물에 안정

분해

100ºC 이상으로 가열하면 분해되어 무수 붕산과 물을 형성합니다.

반동

예를 들어 붕산 형태 가의 양이온 수용성 염 : 나트륨 ₂ B ₄ O ₇ .10H ₂ O, 2 가의 양이온과 함께 불용성 염, CAB ₄ O ₇ · 6H ₂ O.

수용액에서이 재산권 OH의 감산 때문이라고 생각하고, 산성 용액을 생성 ^- 그룹 물에서. 붕산은 루이스 유형의 약산으로 분류됩니다.

붕산은 글리세롤 및 만니톨과 반응하여 수성 매질의 산도를 증가시킵니다. pKa의 인해 만니톨 붕소 킬레이트의 형성에, 9.2 내지 5 수정 ^- H 해제, ^+를 .

예비

붕산은 이탈리아의 투스카니, 리 파리 제도 및 미국 네바다 주와 같은 지역의 화산 방출에서 자유 상태로 발견됩니다. 또한 붕사, 붕 사이트, ulexite 및 colemanite와 같은 미네랄에서도 발견됩니다.

붕산은 주로 미네랄 붕사 (사 붕산 나트륨 십수화물)와 염산, 황산 등과 같은 무기산의 반응에 의해 제조됩니다.

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

또한 삼 할로겐화 붕소와 디보 란의 가수 분해에 의해 제조됩니다.

붕산은 콜레 마 나이트 (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O)에서 제조됩니다. 절차는 붕소 화합물을 용해시키기 위해 미네랄을 황산으로 처리하는 것으로 구성됩니다.

그런 다음 붕산이 존재하는 용액이 용해되지 않은 조각과 분리됩니다. 용액을 황화수소로 처리하여 비소 및 철 불순물을 침전시킵니다. 상청액을 냉각하여 붕산 침전물을 생성하고이를 현탁액에서 분리합니다.

응용

업계에서

붕산은 유리 섬유 제조에 사용됩니다. 융점을 낮춤으로써 선박, 산업용 배관 및 컴퓨터 회로 기판에 사용되는 플라스틱을 강화하는 데 사용되는 섬유 유리 섬유의 강도와 효율성을 높입니다.

붕산은 붕규산 유리 제조에 참여하여 가정의 부엌, 실험실, 형광등, 광섬유의 유리 제품에서 사용할 수있는 온도 변화에 강한 유리를 얻을 수 있습니다. , LCD 화면 등

금속 산업에서 강철 합금을 경화 및 처리하고 재료의 금속 코팅을 촉진하는 데 사용됩니다.

수압 파쇄 (파쇄)에서 화학 성분으로 사용됩니다. 오일 및 가스 추출에 사용되는 방법입니다. 붕산은 내화성을 높이기 위해 붕산이 함침 된 셀룰로오스 재료, 플라스틱 및 직물에서 난연제 역할을합니다.

의학에서

붕산은 눈 세척에 희석하여 사용됩니다. 붕산 젤라틴 캡슐은 곰팡이 감염, 특히 칸디다 알비 칸스를 치료하는 데 사용됩니다. 여드름 치료에도 사용되었습니다.

무좀과 같은 발 감염을 예방하기 위해 양말에 붕산을 뿌립니다. 마찬가지로, 붕산을 함유 한 용액은 동물뿐만 아니라 인간의 외이염 치료에 사용됩니다.

소변 수집에 사용되는 병에 붕산을 첨가하여 진단 실험실에서 검사하기 전에 세균 오염을 방지합니다.

살충

붕산은 바퀴벌레, 흰개미, 개미 등과 같은 곤충의 증식을 제어하는 데 사용됩니다. 바퀴벌레는 먼저 소화계와 신경계에 영향을 미치고 외골격을 파괴하기 때문에 바퀴벌레를 즉시 죽이지 않습니다.

붕산은 천천히 작용하여 그것을 섭취 한 곤충이 다른 곤충과 접촉하게하여 중독을 퍼뜨립니다.

보존

붕산은 곰팡이와 곤충에 의한 목재의 공격을 방지하는 데 사용되며, 에틸렌 글리콜과 함께 사용됩니다. 이 처리는 또한 미사 및 조류를 제어하는 데 효과적입니다.

PH 버퍼

붕산과 그 접합체 염기는 pKa = 9.24의 완충 시스템을 형성하는데, 이는이 완충제가 알칼리성 pH에서 가장 효과적이라는 것을 나타내며, 이것은 살아있는 존재에서는 일반적이지 않습니다. 그러나 보레이트 버퍼는 수영장의 pH 조절에 사용됩니다.

원자로

붕산은 열 중성자를 포획하는 능력이있어 핵 사고로 이어질 수있는 통제되지 않은 핵분열 가능성을 줄입니다.

농업

붕소는 식물 성장에 필수적인 요소로,이 요소의 기여를 위해 붕산을 사용하게되었습니다. 그러나 너무 많은 붕산은 식물, 특히 감귤류에 해를 끼칠 수 있습니다.

금기 사항

피부가 벗겨진 피부, 상처 또는 화상 제품에 붕산을 사용하여 흡수를 허용하는 것은 피해야합니다. 이것은 신체 내부의 독성 화합물이며 어떤 경우에는 실신, 발작, 경련, 안면 경련 및 저혈압을 유발할 수 있습니다.

임산부에게 붕산 질 캡슐 사용에 대해서는 의사와 상담해야합니다. 태아 기형과 출생시 체중 감소를 유발할 수 있다는 것이 밝혀 졌기 때문입니다.

살충제로 사용되는 붕산을 어린이의 손이 닿는 곳에 두는 것도 피해야합니다. 어린이는 붕산의 독성 작용에 더 민감하여 2,000 ~ 3,000mg으로 치명적일 수 있기 때문입니다. .

참고 문헌

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