Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с Боратом .

Бораты являются бор - кислород соединений, которые образуют бора оксианионы . Они могут иметь тригональную или тетраэдрическую структуру, или, в более широком смысле, могут состоять из химических смесей, которые содержат боратные анионы любого описания. Элемент бор чаще всего встречается в природе в виде боратов, таких как боратные минералы и боросиликаты .

Структуры [ править ]

Бораты состоят из тригональных плоских структурных единиц BO 3 или тетраэдрических BO 4 , соединенных вместе через общие атомы кислорода [1] и могут быть циклическими или линейными по структуре.

Структура борной кислоты , иллюстрирующая тригональную плоскую молекулярную геометрию

Простейший борат-анион, ортоборат (3-) ион, [BO 3 ] 3- , известен в твердом состоянии, например, в Ca 3 (BO 3 ) 2 , [2], где он имеет почти тригональную планарную структуру. . Это структурный аналог карбонат- аниона [CO 3 ] 2- , которому он изоэлектронен . Простые теории связи указывают на тригональную планарную структуру. С точки зрения теории валентных связей , связи образуются с использованием sp 2 гибридных орбиталей.по бору. Некоторые соединения, называемые ортоборатами, не обязательно содержат тригональный планарный ион, например, ортоборат гадолиния GdBO 3 содержит ион полибората [B 3 O 9 ] 9– , тогда как высокотемпературная форма содержит планарный [BO 3 ] 3– . [3]

Борная кислота [ править ]

Строение тетрагидроксиборат-аниона.

Все бораты можно считать производными борной кислоты B (OH) 3 . Борная кислота является слабым донором протонов ( p K a ~ 9 ) в смысле кислоты Бренстеда , но является кислотой Льюиса , т. Е. Может принимать электронную пару . В воде он ведет себя как кислота Льюиса, принимая электронную пару гидроксильного иона, образующегося при автопротолизе воды .

B (OH) 3 является кислым из-за его реакции с OH - из воды с образованием тетрагидроксиборатного комплекса [B (OH) 4 ] - и высвобождением соответствующего протона, оставшегося в результате автопротолиза воды : [4]

B (OH) 3 + 2 H 2 O ⇌ [B (OH) 4 ] - + [H 3 O] + (p K a = 8,98) [5]

В присутствии цис - вицинальных диолов , такие как маннит , сорбит , глюкоза и глицерин , кислотность раствора борной кислоты увеличивается, а р К может быть снижена примерно до 4 , если добавляется достаточно маннит. [6]

При различных концентрациях маннита pK B (OH) 3 увеличивается на 5 порядков (от 9 до 4). [7] Гринвуд и Эрншон (1997) [8] ссылаются на значение pK, равное 5,15, в то время как значение pK, равное 3,80, также указано в книге Фогеля. [9]

Образование комплекса (точнее, сложного эфира ) между одной молекулой B (OH) 3 и двумя молекулами маннита (C 6 H 14 O 6 ) (иногда называемого маннитоборатом, конъюгированным основанием маннитоборной кислоты, p K a = 3.80), высвобождает три молекулы воды и один протон в воду следующим образом:

(маннитоборная кислота)борная кислотаВ (ОН) 3 + 2 маннитолС 6 Н 14 О 6 ⇌ маннитоборатный комплекс[B (C 6 H 8 O 2 (OH) 4 ) 2 ] -+ 3 Н 2 О + Н +
(p K a от 4 до 9, в зависимости от концентрации маннита)

Раствор, полученный после реакции комплексообразования / этерификации, включающей также высвобождение протона, оттуда, древнее название маннитоборной кислоты, является достаточно кислотным, чтобы его можно было титровать сильным основанием, таким как NaOH. Затем точка эквивалентности может быть определена потенциометрическим титрованием с использованием автоматического титратора для анализа содержания бората, присутствующего в водном растворе. Этот метод часто используется для определения содержания бора в воде первого контура легководного реактора , в который борная кислота добавляется в качестве замедлителя нейтронов для контроля реактивности активной зоны.

Полимерные ионы [ править ]

Структура иона тетрабората (буры): розовый, бор; красный - кислород; белый, водородный. Эта тетрамерная структура бора включает два атома бора в тетраэдрической конфигурации, разделяющих один общий атом кислорода и связанных другими атомами кислорода с двумя другими атомами бора, присутствующими в тригональной конфигурации. Также видны три цикла: два с 3 атомами бора и один с 4 атомами бора.

При нейтральном pH борная кислота вступает в реакцию конденсации с образованием полимерных оксианионов . Хорошо известные полиборатные анионы включают анионы трибората (1-), тетрабората (2-) и пентабората (1-). Реакция конденсации с образованием тетрабората (2-) выглядит следующим образом:

2 B (OH) 3 + 2 [B (OH) 4 ] - ⇌ [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2- + 5 H 2 O

Тетраборат-анион ( тетрамер ) включает два тетраэдрических и два тригональных атома бора, симметрично собранные в конденсированную бициклическую структуру. Два тетраэдрических атома бора связаны друг с другом общим атомом кислорода, и каждый также несет отрицательный суммарный заряд, переносимый дополнительными группами ОН -, присоединенными к ним сбоку. Этот сложный молекулярный анион также имеет три кольца: два конденсированных искаженных гексагональных (бороксольных) кольца и одно искаженное восьмиугольное кольцо. Каждое кольцо состоит из чередующихся атомов бора и кислорода. Кольца бороксола - очень распространенный структурный мотив в полиборат-ионах.

Тетраборат-анион встречается в минеральной буре (октагидрат тетрабората натрия) с формулой Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ] · 8H 2 O. Химическая формула буры также обычно записывается в более компактной форме как Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O. Борат натрия может быть получен с высокой степенью чистоты, поэтому его можно использовать для приготовления стандартного раствора при титриметрическом анализе. [10]

Известен ряд боратов металлов. Их получают путем обработки борной кислоты или оксидов бора оксидами металлов. Примеры, приведенные ниже, включают [1] линейные цепи из 2, 3 или 4 тригональных структурных единиц BO 3 , каждая из которых имеет только один атом кислорода с соседним звеном (ами):

  • диборат [B 2 O 5 ] 4- , обнаруженный в Mg 2 B 2 O 5 ( суаните ),
  • триборат [B 3 O 7 ] 5- , обнаруженный в CaAlB 3 O 7 ( йохахидолит ),
  • тетраборат [B 4 O 9 ] 6- , обнаруженный в Li 6 B 4 O 9 .

Метабораты, такие как LiBO 2 , содержат цепочки тригональных структурных единиц BO 3 , каждая из которых имеет два общих атома кислорода с соседними единицами, тогда как NaBO 2 и KBO 2 содержат циклический ион [B 3 O 6 ] 2– . [11]

Боросиликаты [ править ]

Боросиликатное стекло , также известное как пирекс , можно рассматривать как силикат, в котором некоторые звенья [SiO 4 ] 4- заменены центрами [BO 4 ] 5- вместе с дополнительными катионами для компенсации разницы в валентных состояниях Si ( IV) и B (III). Поскольку такая замена приводит к дефектам, материал медленно кристаллизуется и образует стекло с низким коэффициентом теплового расширения , которое, в отличие от натриевого стекла , устойчиво к растрескиванию при нагревании .

Использует [ редактировать ]

Кристаллы буры

Обычные боратные соли включают метаборат натрия (NaBO 2 ) и бура. Бура растворима в воде, поэтому отложения минералов возникают только в местах с очень малым количеством осадков. Обширные залежи были обнаружены в Долине Смерти и отправлены двадцатью упряжками мулов с 1883 по 1889 год. В 1925 году залежи были обнаружены в Борон , Калифорния, на краю пустыни Мохаве . Пустыня Атакама в Чили также содержит концентрации борной промышленно значимых.

Метаборат лития, тетраборат лития или их смесь могут быть использованы для подготовки различных образцов для анализа методом XRF , AAS , ICP-OES и ICP-MS . Для анализа загрязненных почв использовались синтез боратов и энергодисперсионная рентгенофлуоресцентная спектрометрия с поляризованным возбуждением. [12]

Тетрагидрат октабората динатрия (обычно сокращенно DOT) используется в качестве консерванта древесины или фунгицида. Борат цинка используется как антипирен .

Эфиры бората [ править ]

Сложные эфиры бората представляют собой органические соединения , которые обычно получают стехиометрической реакцией конденсации борной кислоты со спиртами.

Смешанные анионные соединения [ править ]

Некоторые химические вещества помимо бората содержат еще один анион. Они включают в себя боратные хлориды , бораты , карбонаты , бораты нитратов , бораты , сульфаты , бораты фосфатов .

Более сложные анионы могут быть образованы путем конденсации боратных треугольников или тетраэдров с другими оксианионами с получением таких материалов, как боросульфаты , бороселенаты , боротеллураты , бороантимонаты , борофосфаты или бороселениты .

Тонкие пленки [ править ]

Тонкие пленки боратов металлов были выращены с помощью различных методов, включая жидкофазную эпитаксию (например, FeBO 3 , [13] β-BaB 2 O 4 [14] ), электронно-лучевое испарение (например, CrBO 3 , [15] β -BaB 2 O 4 [16] ), импульсное лазерное осаждение (например, β-BaB 2 O 4 , [17]  Eu (BO 2 ) 3 [18] ) и осаждение атомных слоев (ALD). Рост с помощью ALD был достигнут с использованием прекурсоров.состоит из трис (пиразолил) боратного лиганда и озона или воды в качестве окислителя для осаждения CaB 2 O 4 , [19] SrB 2 O 4 , [20] BaB 2 O 4 , [21] Mn 3 (BO 3 ) 2 , [22] и CoB 2 O 4 [22] .

См. Также [ править ]

  • Наноканальные стеклянные материалы
  • Пористое стекло
  • Выкор стекло
  • Трис (2,2,2-трифторэтил) борат

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Виберг Э. и Холлеман А.Ф. (2001) Неорганическая химия , Elsevier ISBN  0-12-352651-5
  2. Перейти ↑ Vegas, A. (1985). «Новое описание структуры Ca 3 (BO 3 ) 2 » . Acta Crystallographica Раздел C . 41 (11): 1689–1690. DOI : 10.1107 / S0108270185009052 . ISSN 0108-2701 . 
  3. ^ Рен, М .; Lin, JH; Dong, Y .; Ян, LQ; Вс, МЗ; Ты, LP (1999). «Структура и фазовый переход GdBO 3 ». Химия материалов . 11 (6): 1576–1580. DOI : 10.1021 / cm990022o . ISSN 0897-4756 . 
  4. ^ Аткинс; и другие. (2010). Неорганическая химия (5-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 334. ISBN 9780199236176.
  5. ^ Ингри Н. (1962) Acta Chem. Сканд. , 16 , 439.
  6. ^ Mendham, J .; Denney, RC; Barnes, JD; Thomas, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Прентис Холл, стр. 357, ISBN 0-582-22628-7.
  7. ^ Специальная публикация NIST . Типография правительства США. 1969 г.
  8. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  9. ^ Mendham, J .; Denney, RC; Barnes, JD; Thomas, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Прентис Холл, стр. 357, ISBN 0-582-22628-7.
  10. ^ Mendham, J .; Denney, RC; Barnes, JD; Thomas, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Прентис Холл, стр. 316, ISBN 0-582-22628-7.
  11. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 205. ISBN 978-0-08-037941-8.
  12. ^ Hettipathirana, Терренс Д. (2004). «Одновременное определение миллионных долей Cr, As, Cd и Pb, а также основных элементов в почвах с низким уровнем загрязнения с использованием синтеза боратов и рентгеновской флуоресцентной спектрометрии с дисперсией энергии с поляризованным возбуждением». Spectrochimica Acta Часть B: Атомная спектроскопия . 59 (2): 223–229. Bibcode : 2004AcSpe..59..223H . DOI : 10.1016 / j.sab.2003.12.013 .
  13. ^ Ягупов, С .; Стругацкие, М .; Селезнева, К .; Могиленец, Ю. Милюкова, Е .; Максимова, Е .; Наухатский, И .; Дровосеков, А .; Крейнес, Н. (ноябрь 2016 г.). «Пленки бората железа: синтез и характеристика» (PDF) . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 417 : 338–343. Bibcode : 2016JMMM..417..338Y . DOI : 10.1016 / j.jmmm.2016.05.098 .
  14. ↑ Лю, Цзюньфан; Он, Сяомин; Ся, Чангтай; Чжоу, Гоцин; Чжоу, Шэнмин; Сюй, Цзюнь; Яо, Ву; Цянь, Лиецзя (июль 2006 г.). «Приготовление тонких пленок кристаллического бета-бората бария на подложках из альфа-бората бария, легированных Sr 2+, методом жидкофазной эпитаксии». Тонкие твердые пленки . 510 (1–2): 251–254. Bibcode : 2006TSF ... 510..251L . DOI : 10.1016 / j.tsf.2005.12.205 .
  15. ^ Джа, Менака; Kshirsagar, Sachin D .; Гханашьям Кришна, М .; Гангули, Ашок К. (июнь 2011 г.). «Рост и оптические свойства тонких пленок бората хрома». Науки о твердом теле . 13 (6): 1334–1338. Bibcode : 2011SSSci..13.1334J . DOI : 10.1016 / j.solidstatesciences.2011.04.002 .
  16. ^ Майя, LJQ; Фейтоса, САС; Де Висенте, ФС; Мастеларо, ВР; Ли, М. Сиу; Эрнандес, AC (сентябрь 2004 г.). «Структурные и оптические характеристики тонких пленок бета-бората бария, выращенных методом электронно-лучевого испарения». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . 22 (5): 2163–2167. Bibcode : 2004JVST ... 22.2163M . DOI : 10.1116 / 1.1778409 . ISSN 0734-2101 . 
  17. ^ Сяо, Р.-Ф .; Ng, LC; Ага.; Вонг, ГКЛ (17 июля 1995 г.). «Приготовление тонких пленок кристаллического бета-бората бария (β-BaB 2 O 4 ) методом импульсного лазерного осаждения». Письма по прикладной физике . 67 (3): 305–307. Bibcode : 1995ApPhL..67..305X . DOI : 10.1063 / 1.115426 . ISSN 0003-6951 . 
  18. ^ Александровский, АС; Крылов А.С.; Поцелуйко А.М.; Середкин В.А.; Зайцев А.И.; Замков, А.В. (09.02.2006). Конов, Виталий I .; Панченко Владислав Юрьевич; Сугиока, Кодзи; Вейко, Вадим П. (ред.). «Импульсное лазерное осаждение пленок боратного стекла европия и их оптические и магнитооптические свойства» . Серия конференций Общества инженеров фотооптического приборостроения (Spie) . 6161 : 61610A – 61610A – 7. Bibcode : 2006SPIE.6161E..0AA . DOI : 10.1117 / 12.675020 .
  19. ^ Сали, Марк Дж .; Мунник, Франс; Уинтер, Чарльз Х. (2010). «Атомное послойное осаждение пленок CaB2O4 с использованием бис (трис (пиразолил) борат) кальция в качестве высокотермостойкого источника бора и кальция». Журнал химии материалов . 20 (44): 9995. DOI : 10.1039 / c0jm02280b . ISSN 0959-9428 . 
  20. ^ Сали, Марк Дж .; Мунник, Франс; Уинтер, Чарльз Х. (июнь 2011 г.). «Осаждение атомных слоев пленок SrB 2 O 4 с использованием термостойкого предшественника бис (трис (пиразолил) борат) стронция». Химическое осаждение из паровой фазы . 17 (4–6): 128–134. DOI : 10.1002 / cvde.201006890 .
  21. ^ Сали, Марк Дж .; Мунник, Франс; Бэрд, Рональд Дж .; Уинтер, Чарльз Х. (25 августа 2009 г.). «Рост осаждения атомного слоя тонких пленок BaB 2 O 4 из исключительно термостабильного предшественника на основе трис (пиразолил) бората». Химия материалов . 21 (16): 3742–3744. DOI : 10.1021 / cm902030d . ISSN 0897-4756 . 
  22. ^ a b Клеско, Джозеф П .; Беллоу, Джеймс А .; Сали, Марк Дж .; Уинтер, Чарльз Х .; Юлин, Яакко; Саджаваара, Тимо (сентябрь 2016 г.). «Необычный контроль стехиометрии при осаждении атомных слоев пленок бората марганца из бис (трис (пиразолил) бората) марганца и озона» . Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . 34 (5): 051515. Bibcode : 2016JVSTA..34e1515K . DOI : 10.1116 / 1.4961385 . ISSN 0734-2101 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Суанит в webmineral
  • Йохахидолит в webmineral
  • Консерванты древесины, не входящие в состав CCA: Руководство по избранным ресурсам - Национальный информационный центр по пестицидам