Тетраборат натрия («бура», «боракс» (от лат. borax), натрий тетраборнокислый) — неорганическое соединение, натриевая соль борной кислоты с химической формулой Na 2 B 4 O 7 {displaystyle {ce {Na2B4O7}}} , наиболее распространённое и используемое соединение бора, образует несколько кристаллогидратов, широко применяется в промышленности.
Нахождение в природе
Существуют многочисленные минералы, содержащие тетраборат натрия. К ним относятся:
- бура (боракс, тинкал) — минерал состава Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O {displaystyle {ce {Na2B4O7.10H2O}}} — декагидрат тетрабората натрия;
- кернит — тетрагидрат тетрабората натрия — Na 2 B 4 O 7 ⋅ 4 H 2 O {displaystyle {ce {Na2B4O7.4H2O}}} ;
- многочисленные минералы класса боратов, в которых помимо оксидов натрия и бора содержатся другие металлы, — кальций, магний, железо и др.;
- кристаллогидраты тетрабората натрия выпадают в осадок при пересыхании некоторых бессточных, сезонно пересыхающих солёных озёр, например, в озере Серлс, расположенном в пустыне Мохаве в США, и некоторых озёр в Турции.
Физические свойства
Имеет две метастабильные модификации: β и γ. β-модификация является ромбической с температурой плавления 664 °C, γ-модификация — моноклинная с температурой плавления 710 °C. Температура кипения — 1575 °C. При быстром охлаждении расплава образуется аморфная стекловидная масса с плотностью 2,36 г/см3. При медленном охлаждении образуется α-форма (ромбические кристаллы).
Химические свойства
Растворимость в воде составляет 3,2 г /100 мл (при 25 °C), 10,5 г / 100 мл (при 50 °C), в этаноле — 0,05 г / 100 г (при 25 °C), ацетоне — 0,006 г / 100 г (при 25 °C), не растворим в диэтиловом эфире и глицерине. Реагирует с метанолом при растворении с образованием бороорганических соединений.
Образует несколько кристаллогидратов с разным содержанием воды. Эти кристаллогидраты и безводный тетраборат натрия Na 2 B 4 O 7 {displaystyle {ce {Na2B4O7}}} обычно называют «бура». Примеры кристаллогидратов:
- пентагидрат ( Na 2 B 4 O 7 ⋅ 5 H 2 O {displaystyle {ce {Na2B4O7.5H2O}}} ), так называемая «ювелирная бура», используется при пайке ювелирных изделий;
- декагидрат ( Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O {displaystyle {ce {Na2B4O7.10H2O}}} ).
Однако наиболее часто «бурой» называют декагидрат Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O {displaystyle {ce {Na2B4O7.10H2O}}} . Эта соль представляет собой прозрачные кристаллы с молярной массой 381,43 г/моль, имеющие хорошую растворимость в тёплой воде. При нагревании свыше 400 °C полностью теряет кристаллизационную воду.
Так как тетраборат натрия является солью слабой кислоты и сильного основания, в воде гидролизуется. Водный раствор тетрабората натрия имеет щелочную реакцию.
Взаимодействует с сильными кислотами, образуя соответствующую соль и борную кислоту:
Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O + 2 HCl ⟶ 4 H 3 BO 3 + 2 NaCl + 5 H 2 O {displaystyle {ce {Na2B4O7.10H2O + 2 HCl -> 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O}}} .Многие соли металлов борной кислоты нерастворимы в воде и при взаимодействии в растворе их растворимых солей с тетраборатом натрия образующиеся бораты выпадают в осадок. На этом основано применение буры для «умягчения» воды:
Ca ( aq ) 2 + + Na 2 B 4 O 7 ( aq ) ⟶ CaB 4 O 7 ( s ) + 2 Na ( aq ) + {displaystyle {ce {Ca^2+_{(aq)} + Na2B4O7_{(aq)}-> CaB4O7_{(s)} + 2 Na^+_{(aq)}}}} , Mg ( aq ) 2 + + Na 2 B 4 O 7 ( aq ) ⟶ MgB 4 O 7 ( s ) + 2 Na ( aq ) + {displaystyle {ce {Mg^{2}+_{(aq)} +Na2B4O7_{(}aq)->MgB4O7_{(s)} +2Na_{(aq)}^{+}}}} .С оксидами многих переходных металлов бура при сплавлении образует разнообразно окрашенные соединения — бораты «перлы буры». По цвету перлов можно судить о качественном химическом составе пробы.
Соединение окрашивает пламя горелки в зелёный цвет (характерная реакция на соединения бора).
Получение
Десятиводную соль Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O {displaystyle {ce {Na2B4O7.10H2O}}} получают из природных минералов, например, буры или кернита, осуществляя их перекристаллизацию. Также для этой цели применяют химическое взаимодействие некоторых природных боратов (ашарита и улексита) с карбонатом или гидрокарбонатом натрия.
Может быть получен реакцией карбоната натрия и борной кислоты при нагреве, пропусканием углекислого газа через раствор метабората натрия.
Применение
Тетраборат натрия применяется:
- как сырьё для получения борной кислоты и различных соединений бора;
- в производстве эмалей, глазурей, оптических и цветных стёкол, различных керамик;
- при пайке и плавке металлов в составе флюса;
- при ковке металлов;
- в бумажной и фармацевтической промышленности;
- в производстве строительных материалов как компонент антисептика для изготовления целлюлозного утеплителя «Эковата»
- как дезинфицирующее и консервирующее средство;
- для приготовления буферных растворов;
- в аналитической химии:
- как стандартное вещество для определения концентрации растворов кислот;
- для качественного определения оксидов металлов (по цвету перлов);
- в фотографии — в составе медленно действующих проявителей в качестве слабого ускоряющего вещества;
- как компонент моющих средств;
- как компонент косметики;
- как инсектицид в отравленных приманках для уничтожения тараканов;
- используется в слаймах.
В 1977 году мировое производство тетрабората натрия составило 1,5 млн тонн.
Токсичность
Вещество малотоксично для теплокровных животных, ЛД50 для крыс 2,66 г/кг. Пыль может вызывать раздражение слизистых оболочек и неблагоприятно влияет на органы дыхания.
Имеются сведения, что вещество снижает фертильность. По нормам Европейского союза (ЕС) вещества и смеси, импортируемые в ЕС и содержащие буру, с июля 2015 года должны быть маркированы предупреждениями «Может нанести ущерб фертильности» и «Может нанести вред нерожденному ребёнку».
Также указывается, что длительное, в течение 10—15 лет потребление буры в виде пищевых добавок может провоцировать онкологические заболевания.