Борная кислота

Борная кислота (ортоборная кислота, H₃BO₃) — слабая неорганическая кислота, представляющая собой бесцветное кристаллическое вещество в виде чешуек или порошка. Относится к классу кислородсодержащих кислот бора. Обладает антисептическими, инсектицидными и консервирующими свойствами, что обуславливает её широкое применение в медицине, быту, промышленности и сельском хозяйстве.

История

Борная кислота была впервые получена в 1702 году французским химиком Вильгельмом Гомбергом при нагревании природного минерала буры (тетрабората натрия) с серной кислотой. В природе в свободном виде встречается редко, в основном в виде минерала сассолина (в вулканических районах Италии, США, Турции). Систематическое изучение свойств и способов получения началось в XIX веке, после открытия месторождений борсодержащих руд. В России промышленное производство борной кислоты было налажено в 1930-х годах на базе Дашкесанского месторождения (Азербайджан) и впоследствии — на Индерском месторождении (Казахстан). В настоящее время основным сырьём для её получения служат природные бораты (бура, колеманит, улексит), которые обрабатывают серной кислотой при нагревании.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Борная кислота представляет собой блестящие бесцветные кристаллы триклинной сингонии, жирные на ощупь. Плотность — 1,435 г/см³. Температура плавления — 170,9 °C (с разложением). Растворимость в воде ограничена: при 20 °C — 4,8 г/100 мл, при 100 °C — 27,5 г/100 мл. Растворы имеют слабокислую реакцию (pH 1 % раствора — около 5,1). Хорошо растворима в этаноле, глицерине, хуже — в ацетоне. При нагревании выше 100 °C теряет воду, последовательно превращаясь в метаборную кислоту (HBO₂) и затем в борный ангидрид (B₂O₃).

Химические свойства

Борная кислота является слабой одноосновной кислотой (константа диссоциации Ka ≈ 5,8×10⁻¹⁰). В водных растворах проявляет свойства кислоты Льюиса, присоединяя гидроксид-ион с образованием тетрагидроксоборат-иона [B(OH)₄]⁻. Взаимодействует со щелочами, образуя соли — бораты (например, тетраборат натрия Na₂B₄O₇·10H₂O — бура). С многоатомными спиртами (глицерин, маннит) образует комплексные соединения, значительно усиливающие кислотные свойства раствора (используется в аналитической химии). При сплавлении с оксидами металлов даёт окрашенные бораты — основу для получения боросиликатных стёкол и эмалей.

Получение

Основной промышленный способ — обработка природных боратов (например, колеманита Ca₂B₆O₁₁·5H₂O) серной кислотой: Ca₂B₆O₁₁ + 2H₂SO₄ + 9H₂O → 2CaSO₄·2H₂O + 6H₃BO₃. Образующийся гипс отделяют фильтрацией, а раствор борной кислоты упаривают и кристаллизуют. В лаборатории может быть получена растворением буры в горячей воде с последующим подкислением соляной или серной кислотой. Также существует способ извлечения из природных рассолов (например, из вод гейзеров в Италии).

Применение

Медицина и фармацевтика

Борная кислота известна как антисептическое средство. В Российской Федерации официально разрешена к применению в виде спиртовых растворов (3 %), мазей и присыпок для обработки кожи, слизистых оболочек (конъюнктивит, отит) и профилактики опрелостей. Однако из-за высокой токсичности при всасывании через повреждённую кожу и слизистые, а также способности к кумуляции в организме, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и ряд национальных регуляторов (США, страны ЕС) ограничили или запретили её использование у детей до 2 лет, беременных и кормящих женщин. В России применение ограничено инструкциями, но полного запрета нет. Также используется в составе глазных капель и в качестве консерванта в некоторых лекарственных формах (редко).

Сельское хозяйство

Борная кислота применяется как микроудобрение для растений, особенно для культур, чувствительных к дефициту бора (свёкла, подсолнечник, плодовые деревья, картофель). Внекорневые подкормки (опрыскивание) 0,01–0,1 % раствором улучшают завязываемость плодов, повышают сахаристость и урожайность. Также используется для протравливания семян. В качестве инсектицида — для борьбы с тараканами, муравьями, мокрицами и другими синантропными насекомыми: смешивается с пищевыми приманками (сахар, яичный желток), вызывая у насекомых гибель от повреждения покровов и нервной системы.

Промышленность

• Стекольная промышленность: добавка в шихту для производства боросиликатного стекла (термостойкое, химически стойкое — «Пирекс», лабораторная посуда).
• Металлургия: флюс при сварке и пайке (очищает поверхность металлов от оксидов), компонент электролитов для гальванических покрытий.
• Деревообработка: антипирен (огнезащитная пропитка) и антисептик для древесины.
• Производство эмалей, глазурей, керамики: придаёт блеск и прочность.
• Ядерная энергетика: используется в виде раствора для регулирования цепной реакции в ядерных реакторах (бор-10 обладает высоким сечением захвата нейтронов).
• Аналитическая химия: реагент для определения бора, входит в состав буферных растворов.

Косметология и быт

Входит в состав некоторых косметических средств (лосьоны, кремы) как консервант и регулятор pH. В быту — для дезинфекции (например, обработка обуви от грибка), удаления накипи (в смеси с уксусом), в качестве компонента самодельных клеев и паст.

Токсикология и безопасность

Борная кислота относится к умеренно токсичным веществам (3-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76). Острая токсичность (LD50 для крыс при пероральном введении) — около 2660–3450 мг/кг. Хроническое отравление возможно при длительном поступлении малых доз (особенно через кожу). Симптомы: тошнота, рвота, диарея, кожная сыпь, нарушения функции почек, у детей — судороги, угнетение ЦНС. Летальная доза для взрослого человека — 15–20 г, для детей — 4–5 г. При работе с порошком следует избегать вдыхания (раздражает дыхательные пути). Хранить в недоступном для детей месте, отдельно от пищевых продуктов.

Интересные факты

• Борная кислота используется в пиротехнике для придания зелёного цвета пламени (бор окрашивает пламя в характерный зелёный цвет).
• В природе встречается в виде минерала сассолина, который образует белые налёты вблизи вулканических фумарол (например, в Тоскане, Италия).
• Водные растворы борной кислоты обладают способностью к хелатообразованию с полиолами, что используется в аналитической химии для количественного определения бора (титрование с маннитом).
• В СССР борная кислота была одним из самых популярных домашних антисептиков, входила в состав многих аптечных средств (борный вазелин, борный спирт).