حمض البوريك: التركيب الكيميائي ، الخصائص ، التحضير ، الاستخدامات - كيمياء - 2025

و حمض البوريك هو مركب غير عضوي له الصيغة الكيميائية H ₃ BO ₃. يتكون من مادة صلبة بيضاء أو عديمة اللون. إنه حمض ضعيف ينتج في المحلول المائي ، اعتمادًا على تركيزه ، درجة حموضة تتراوح بين 3.8 و 4.8. إنه ضعيف الذوبان في الماء البارد وقابل للذوبان بشكل معتدل في الماء الساخن.

تم اكتشاف حمض البوريك في عام 1702 من قبل فيلهلم هومبرج (1652-1713) ، الذي عالج البورق بحمض الكبريتيك ، وحصل على محلول طبي أطلق عليه اسم ماء هومبرج المهدئ.

عينة صلبة من حمض البوريك على زجاج الساعة. المصدر: Walkerma عبر Wikipedia.

ومع ذلك ، يُلاحظ أيضًا أن Homberg أعد حمض البوريك عن طريق إضافة الماء إلى البوراكس وتسخين المحلول حتى التبخر ، وبالتالي ترك بلورات حمض البوريك في الرواسب.

يعتبر هذا الحمض مركبًا مفيدًا للغاية وله العديد من التطبيقات في الصناعة والطب ، كما يستخدم كمبيد حشري ، وحفظ الأخشاب ، ومثبط للحريق ، وهو أحد مكونات محلول عازلة الأس الهيدروجيني.

التركيب الكيميائي

يمثل جزيء حمض البوريك نموذجًا للكرات والقضبان. المصدر: Benjah-bmm27

في الصورة العلوية لدينا الجزيء الفعلي لـ H ₃ BO ₃. لاحظ أن ذرات الهيدروجين ، ممثلة بكرات بيضاء ، ليست مرتبطة بذرة البورون المركزية ، كما قد توحي الصيغة الكيميائية ؛ بل إلى ذرات الأكسجين ممثلة بكرات حمراء.

وبالتالي ، فإن الصيغة الأكثر ملاءمة ، على الرغم من أنها أقل استخدامًا ، لحمض البوريك هي B (OH) ₃ ، مما يشير إلى أن حموضته ترجع إلى H ⁺ أيونات المنبعثة من مجموعات OH. يحتوي جزيء B (OH) ₃ على هندسة مستوية مثلثية ، حيث تحتوي ذرة البورون على تهجين كيميائي sp ².

B (OH) ₃ هو جزيء تساهمي بدرجة عالية ، لأن فرق الكهربية بين ذرة البورون والأكسجين ليس كبيرًا جدًا ؛ لذا فإن روابط BO تساهمية أساسًا. لاحظ أيضًا أن بنية هذا الجزيء تشبه بنية الدوار. هل ستكون قادرة على الدوران على محورها بنفس الطريقة؟

بلورات

خلية وحدة لبلورة H3BO3. المصدر: Benjah-bmm27

تُظهر الصورة العلوية خلية الوحدة المقابلة للبنية البلورية ثلاثية الميل لحمض البوريك والتي ، في ظل ظروف تركيبية معينة ، يمكن أن تتبنى الهيكل السداسي المضغوط. لاحظ أن هناك أربعة جزيئات لكل وحدة خلية ، وأنها مرتبة في طبقتين ، A و B ، بالتناوب (لا يتم فرض واحدة فوق الأخرى).

نظرًا لتماثل وتوجيه روابط B-OH ، يمكن افتراض أن B (OH) ₃ هو Apolar ؛ ومع ذلك ، فإن وجود روابط هيدروجينية بين الجزيئات يغير القصة. سيعطي كل جزيء B (OH) ₃ أو يتلقى ثلاثة من هذه الجسور ، بإجمالي ستة تفاعلات ثنائية القطب ، كما هو موضح في الصورة أدناه:

لوحظت طبقات بلورية من H3BO3 من محور أعلى. المصدر: Benjah-bmm27

لاحظ أن هذه الروابط الهيدروجينية هي التفاعلات الاتجاهية التي تحكم بلورات حمض البوريك ، وتؤسس أنماطًا لجوانب الزينة ؛ ربما تكون الحلقات الداخلية ذات مساحة كافية لسد بعض الشوائب غير الموجودة في العيوب البلورية.

هذه الروابط الهيدروجينية ، على الرغم من الكتلة الجزيئية المنخفضة لـ B (OH) ₃ ، تحافظ على بلورتها متماسكة بدرجة كافية بحيث تحتاج إلى درجة حرارة تبلغ 171 درجة مئوية لتذوب. من غير المعروف ما هي تأثيرات الضغوط العالية (بترتيب GPa) على الطبقات الجزيئية لـ B (OH) ₃.

الخصائص

الأسماء

IUPAC: حمض البوريك وثلاثي هيدروكسيد البورون. أسماء أخرى: حمض الأورثوبوريك ، وحمض البوراسيك ، والساسوليت ، والبوروفاكس ، وثلاثي هيدروكسي بوران.

الكتلة المولية

61.83 جم / مول

مظهر جسماني

واضح ، عديم اللون ، صلبة بيضاء بلورية. وهي متوفرة أيضًا على شكل حبيبات أو مسحوق أبيض. دسم قليلا للمس.

رائحة

الحمام

المذاق

قليلا المر

نقطة الانصهار

170.9 درجة مئوية

نقطة الغليان

300 درجة مئوية

الذوبان في الماء

قابل للذوبان بشكل معتدل في الماء البارد وقابل للذوبان في الماء الساخن:

2.52 جم / 100 مل (0 درجة مئوية)

27.50 جم / 100 مل (100 درجة مئوية)

حمض البوريك قابل للذوبان جزئيًا في الماء ويميل إلى الغرق فيه. تميل قابلية الذوبان المذكورة إلى الزيادة في وجود الأحماض ، مثل الهيدروكلوريك والليمون والطرطريك.

الذوبان في المذيبات الأخرى

- الجلسرين: 17.5٪ عند 25 درجة مئوية

- إيثيلين جلايكول: 18.5٪ عند 25 درجة مئوية

- الأسيتون: 0.6٪ عند 25 درجة مئوية

- أسيتات الإيثيل: 1.5٪ عند 25 درجة مئوية

- ميثانول: 172 جم / لتر عند 25 درجة مئوية

- الإيثانول: 94.4 جرام / لتر عند 25 درجة مئوية

معامل فصل الأوكتانول / الماء

سجل P = -0.29

الحموضة (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. هذه هي الثوابت الثلاثة لفصل كل منهما لإطلاق H ⁺ في الماء.

الرقم الهيدروجيني

3.8 - 4.8 (3.3٪ في محلول مائي)

5.1 (0.1 مولار)

ضغط البخار

1.6 ^10-6 مم زئبق

المزيد

مستقر في الماء

تقسيم

يتحلل عند تسخينه فوق 100 درجة مئوية ، مكونًا أنهيدريد البوريك والماء.

التفاعلية

يشكل حمض البوريك أملاحًا قابلة للذوبان مع كاتيونات أحادية التكافؤ ، على سبيل المثال: Na ₂ B ₄ O ₇.10H ₂ O ، وأملاح غير قابلة للذوبان مع كاتيونات ثنائية التكافؤ ، CaB ₄ O ₇.6H ₂ O.

في محلول مائي أنها تنتج حالة المحاليل الحمضية، ويعتقد أنه هذا العقار كان من المقرر أن الطرح من OH ^- مجموعة من المياه. يصنف حمض البوريك على أنه حمض ضعيف من نوع لويس.

يتفاعل حمض البوريك مع الجلسرين والمانيتول ، مما يزيد من حموضة الوسط المائي. تم تعديل pKa من 9.2 إلى 5 ، بسبب تكوين مخلّب البورون-مانيتول ^- الذي يطلق H ⁺.

تجهيز

يوجد حمض البوريك في حالة حرة في الانبثاق البركاني في مناطق مثل توسكانا في إيطاليا وجزر ليباري وفي ولاية نيفادا بالولايات المتحدة الأمريكية. يوجد أيضًا في المعادن مثل البوراكس والبوراسيت والأليكسيت والكولمانيت.

يتم تحضير حمض البوريك بشكل أساسي من خلال تفاعل البوراكس المعدني (رباعي بورات الصوديوم ديكاهيدرات) مع الأحماض المعدنية ، مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك ، إلخ.

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

يتم تحضيره أيضًا عن طريق التحلل المائي لثلاثي البورون والديبوران.

يتم تحضير حمض البوريك من كولمانيت (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). يتكون الإجراء من معالجة المعدن بحمض الكبريتيك لإذابة مركبات البورون.

ثم يتم فصل المحلول الذي يوجد به حمض البوريك عن الأجزاء غير المذابة. يتم معالجة المحلول بكبريتيد الهيدروجين لترسيب الزرنيخ وشوائب الحديد. يتم تبريد المادة الطافية لإنتاج راسب حمض البوريك وفصله عن المعلق.

التطبيقات

في الصناعة

يستخدم حمض البوريك في صناعة الألياف الزجاجية. من خلال المساعدة على خفض نقطة الانصهار ، فإنه يزيد من قوة وكفاءة الألياف الزجاجية النسيجية - وهي مادة تستخدم لتقوية البلاستيك المستخدم في السفن والأنابيب الصناعية ولوحات دوائر الكمبيوتر.

يشارك حمض البوريك في صناعة زجاج البورسليكات ، مما يسمح بالحصول على زجاج مقاوم لتغيرات درجات الحرارة ، ويمكن استخدامه في مطبخ المنازل ، وفي الأواني الزجاجية في المختبرات ، وأنابيب الفلورسنت ، والألياف البصرية وشاشات LCD وما إلى ذلك.

يتم استخدامه في صناعة المعادن لتقوية ومعالجة سبائك الصلب ، وكذلك لتعزيز الطلاء المعدني للمواد.

يتم استخدامه كمكون كيميائي في التكسير الهيدروليكي (التكسير): طريقة تستخدم في استخراج النفط والغاز. يعمل حمض البوريك كمثبط للحريق في مواد السليلوز والبلاستيك والمنسوجات المشبعة بحمض البوريك لزيادة مقاومتها للحريق.

في الطب

يستخدم حمض البوريك المخفف في غسول العين. تستخدم كبسولات جيلاتين حمض البوريك لعلاج الالتهابات الفطرية ، وخاصة المبيضات البيض. كما تم استخدامه في علاج حب الشباب.

يتم رش حمض البوريك على الجوارب لمنع التهابات القدم ، مثل قدم الرياضي. وبالمثل ، تُستخدم المحاليل التي تحتوي على حمض البوريك في علاج التهاب الأذن الخارجية عند البشر ، وكذلك في الحيوانات.

يضاف حمض البوريك إلى الزجاجات المستخدمة في جمع البول ، مما يمنع التلوث الجرثومي قبل فحصه في مختبرات التشخيص.

مبيد حشري

يستخدم حمض البوريك للتحكم في تكاثر الحشرات ، مثل الصراصير والنمل الأبيض والنمل ، إلخ. لا يقتل الصراصير على الفور ، لأنه يؤثر أولاً على الجهاز الهضمي والجهاز العصبي ، فضلاً عن تدمير الهيكل الخارجي.

يعمل حمض البوريك ببطء ، مما يسمح للحشرات التي ابتلعته بالتلامس مع الحشرات الأخرى ، وبالتالي نشر التسمم.

الحفظ

يستخدم حمض البوريك لمنع هجوم الفطريات والحشرات على الخشب ، ويستخدم لهذا الغرض مع الإيثيلين جلايكول. هذا العلاج فعال أيضًا في السيطرة على الطمي والطحالب.

PH العازلة

يشكل حمض البوريك وقاعدته المقترنة نظامًا عازلًا من pKa = 9.24 ، مما يشير إلى أن هذا المخزن المؤقت يكون أكثر فعالية عند درجة الحموضة القلوية ، وهو أمر غير معتاد في الكائنات الحية. ومع ذلك ، يتم استخدام عازلة البورات في تنظيم الأس الهيدروجيني في حمامات السباحة.

المفاعلات النووية

يتمتع حمض البوريك بالقدرة على التقاط النيوترونات الحرارية ، مما يقلل من إمكانية الانشطار النووي غير المنضبط الذي يمكن أن يؤدي إلى حوادث نووية.

الزراعة

البورون عنصر أساسي لنمو النبات ، مما أدى إلى استخدام حمض البوريك لمساهمة العنصر. ومع ذلك ، فإن الكثير من حمض البوريك يمكن أن يضر بالنباتات ، وخاصة الحمضيات.

موانع

يجب تجنب استخدام حمض البوريك على الجلد أو الجرح أو منتج الحروق الذي يسمح بامتصاصه. هذا مركب سام داخل الجسم ويمكن أن يسبب في بعض الحالات الإغماء والنوبات والتشنجات والتشنجات اللاإرادية بالوجه وانخفاض ضغط الدم.

يجب استشارة الطبيب بخصوص استخدام كبسولات حمض البوريك المهبلية عند الحوامل ، حيث ثبت أنه يمكن أن يتسبب في تشوه الجنين وانخفاض وزن جسم الطفل عند الولادة.

يجب أيضًا تجنب وضع حمض البوريك ، المستخدم كمبيد حشري ، في أماكن في متناول الأطفال ، نظرًا لأن الأطفال لديهم قابلية أكبر للتأثير السام لحمض البوريك ، مما يجعل الجرعة المميتة لديهم تبلغ 2000 إلى 3000 مجم..

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). حمض البوريك. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). حمض البوريك. قاعدة بيانات PubChem. إدارة البحث الجنائي = 7628. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. محررو Encyclopaedia Britannica. (28 مارس 2019). حمض البوريك. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
5. تهتز الناقل. (9 نوفمبر 2018). الاستخدامات المخفية لحمض البوريك في حياتك اليومية. تم الاسترجاع من: carriervibrating.com
6. المركز الوطني لمعلومات المبيدات. (سادس). حمض البوريك. تم الاسترجاع من: npic.orst.edu
7. الصياغة. (30 نوفمبر 2017). حمض البوريك: خصائص واستخدامات هذا المركب الكيميائي. تم الاسترجاع من: acidos.info
8. كلوريد الصوديوم. (2019). حمض البوريك. تم الاسترجاع من: chlorurosodio.com
9. الجمعية الاسبانية لصيدلة المستشفيات. (سادس). حمض البوريك.. تم الاسترجاع من: workgroups.sefh.es