Borat - Borate
Borater er boron - oksygenforbindelser, som danner bor oksyanioner . Disse kan være trigonale eller tetraedrale i strukturen, eller mer løst kan bestå av kjemiske blandinger som inneholder boratanioner av begge beskrivelser. Elementet bor forekommer oftest i naturen som borater, for eksempel boratmineraler og borosilikater .
Strukturer
Borater er sammensatt av trigonale plane BO 3 eller tetraedriske BO 4 strukturelle enheter, forbundet sammen via delte oksygenatomer og kan ha en syklisk eller lineær struktur.
Den enkleste boratanionen, orthoborate (3−) -ionen, [BO 3 ] 3− , er kjent i fast tilstand, for eksempel i Ca 3 (BO 3 ) 2 , hvor den adopterer en nesten trigonal plan struktur. Det er en strukturell analog av karbonatanionen [CO 3 ] 2− , som den er isoelektronisk med . Enkle bindingsteorier peker på den trigonale plane strukturen. Når det gjelder valensbindingsteori , dannes bindingene ved å bruke sp 2 hybridorbitaler på bor. Noen forbindelser som kalles ortoborater inneholder ikke nødvendigvis det trigonale plane ionet, for eksempel inneholder gadolinium ortoborat GdBO 3 polyboratet [B 3 O 9 ] 9− ion, mens høytemperaturformen inneholder det plane [BO 3 ] 3− .
Borsyre
Alle borater kan betraktes som derivater av borsyre , B (OH) 3 . Borsyre er en svak protondonor ( p K a ~ 9 ) i betydningen Brønsted -syre , men er en Lewis -syre , det vil si at den kan godta et elektronpar . I vann oppfører den seg som en Lewis -syre, som godtar elektronparet til et hydroksylion produsert av vannautoprotolysen .
B (OH) 3 er sur på grunn av reaksjonen med OH - fra vann , som danner tetrahydroksyboratkomplekset [B (OH) 4 ] - og frigjør det tilsvarende protonet som etterlates av vannet autoprotolyse :
- B (OH) 3 + 2 H 2 O ⇌ [B (OH) 4 ] - + [H 3 O] + (p K a = 8,98)
I nærvær av cis - vicinale dioler , som for eksempel mannitol , sorbitol , glukose og glycerol , er surheten av borsyreløsningen øket, og den p K en kan senkes til omtrent 4 hvis nok mannitol tilsettes.
Med forskjellige mannitolkonsentrasjoner strekker pK av B (OH) 3 seg på 5 størrelsesordener (fra 9 til 4). Greenwood og Earnshawn (1997) refererer til en pK -verdi på 5,15, mens en pK -verdi på 3,80 også er rapportert i Vogels bok.
Dannelsen av komplekset (mer presist, faktisk en ester ) mellom ett B (OH) 3 -molekyl og to mannitol (C 6 H 14 O 6 ) molekyler (noen ganger referert til som mannitoborat, den konjugerte basen til mannitoborsyre, p K a = 3,80), frigjør tre vannmolekyler og ett proton i vann som følger:
- ⇌ + 3 H 2 O + H +
- (p K a fra 4 til 9, avhengig av mannitolkonsentrasjonen)
Løsningen oppnådd etter komplekserings-/forestringsreaksjonen - som også involverer frigjøring av et proton, derfra, det gamle navnet mannitoborsyre - er da tilstrekkelig syre til å titreres med en sterk base som NaOH. Ekvivalenspunktet kan deretter bestemmes ved potensiometrisk titrering ved bruk av en automatisert titrator for å analysere boratinnholdet som er tilstede i vandig oppløsning. Denne metoden brukes ofte for å bestemme borinnholdet i vannet i primærkretsen til lettvannsreaktoren , der borsyre tilsettes som en nøytronmoderator for å kontrollere kjernens reaktivitet.
Polymerioner
Ved nøytral pH gjennomgår borsyre kondensasjonsreaksjoner for å danne polymere oksyanioner . Velkjente polyboratanioner inkluderer triborat (1−), tetraborat (2−) og pentaborate (1−) anioner. Kondensasjonsreaksjonen for dannelse av tetraborat (2−) er som følger:
- 2 B (OH) 3 + 2 [B (OH) 4 ] - ⇌ [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2− + 5 H 2 O
Tetraboratanionen ( tetramer ) inkluderer to tetraedriske og to trigonale boratomer symmetrisk samlet i en sammensmeltet syklisk struktur. De to tetraeder boratomer er bundet sammen med en felles oksygenatom, og hver bærer også en negativ nettoladning bringes av supplerende OH - grupper i sideretning festet til dem. Denne intrikate molekylære anionen viser også tre ringer: to sammensmeltede forvrengte sekskantede (boroksol) ringer og en forvrengt åttekantet ring. Hver ring er laget av en rekke alternative bor- og oksygenatomer. Boroksolringer er et veldig vanlig strukturmotiv i polyborationer.
Tetraboratanionen forekommer i mineralet boraks (natriumtetraboratoktahydrat) med formelen Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ] · 8H 2 O. Boraks kjemiske formel er også ofte skrevet i en mer kompakt notasjon som Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O. Natriumborat kan oppnås i høy renhet og kan derfor brukes til å lage en standard løsning i titrimetrisk analyse.
En rekke metallborater er kjent. De produseres ved å behandle borsyre eller boroksider med metalloksider. Eksempler heretter inkluderer lineære kjeder med 2, 3 eller 4 trigonale BO 3 strukturelle enheter, som hver bare deler ett oksygenatom med tilgrensende enhet (er):
- diborat [B 2 O 5 ] 4− , funnet i Mg 2 B 2 O 5 ( suanitt ),
- triborat [B 3 O 7 ] 5− , funnet i CaAlB 3 O 7 ( johachidolite ),
- tetraborat [B 4 O 9 ] 6− , funnet i Li 6 B 4 O 9 .
Metaborates, for eksempel LiBO 2 , inneholder kjeder av trigonale BO 3 -strukturelle enheter, som hver deler to oksygenatomer med tilstøtende enheter, mens NaBO 2 og KBO 2 inneholder det sykliske [B 3 O 6 ] 2 -ionet.
Borosilikater
Borosilikatglass , også kjent som pyrex , kan ses på som et silikat der noen [SiO 4 ] 4− enheter erstattes av [BO 4 ] 5− sentre, sammen med ytterligere kationer for å kompensere for forskjellen i valenstilstander av Si ( IV) og B (III). Fordi denne substitusjonen fører til ufullkommenheter, krystalliserer materialet sakte og danner et glass med lav termisk ekspansjonskoeffisient , og er dermed motstandsdyktig mot sprekkdannelse ved oppvarming, i motsetning til sodaglass .
Bruker
Vanlige boratsalter inkluderer natriummetaborat (NaBO 2 ) og borax. Borax er løselig i vann, så mineralforekomster forekommer bare på steder med svært lite nedbør. Omfattende forekomster ble funnet i Death Valley og sendt med tjue muldyr fra 1883 til 1889. I 1925 ble det funnet forekomster i Boron , California i utkanten av Mojave-ørkenen . Den Atacama-ørkenen i Chile også inneholder utvinnbare borat konsentrasjoner.
Litiummetaborat , litiumtetraborat eller en blanding av begge deler kan brukes ved forberedelse av boratfusjonsprøver av forskjellige prøver for analyse av XRF , AAS , ICP-OES og ICP-MS . Boratfusjon og energidispersiv røntgenfluorescensspektrometri med polarisert eksitasjon har blitt brukt i analysen av forurenset jord.
Dinatriumoktaborat tetrahydrat (ofte forkortet DOT) brukes som et trebeskyttelsesmiddel eller soppdrepende middel. Sinkborat brukes som flammehemmende middel .
Boratestere
Boratestere er organiske forbindelser som enkelt fremstilles ved den støkiometriske kondensasjonsreaksjonen av borsyre med alkoholer.
Blandede anionforbindelser
Noen kjemikalier inneholder en annen anion i tillegg til borat. Disse inkluderer boratklorider , boratkarbonater , boratnitrater , boratsulfater , boratfosfater .
Mer komplekse anioner kan dannes ved kondensering av borattrekanter eller tetraeder med andre oksyanioner for å gi materialer som borosulfater , boroselenater , borotellurater , boroantimonater , borofosfater eller boroselenitter .
Tynne filmer
Metallborat tynne filmer har blitt dyrket med en rekke teknikker, inkludert flytende fase epitaxy (f.eks. FeBO 3 , β-BaB 2 O 4 ), fordampning av elektronstråler (f.eks. CrBO 3 , β-BaB 2 O 4 ), pulserende laser avsetning (f.eks. β -BaB 2 O 4 , Eu (BO 2 ) 3 ) og avsetning av atomlag (ALD). Vekst av ALD ble oppnådd ved anvendelse av forløpere bestående av tris (pyrazolyl) borat liganden og enten ozon eller vann som oksidasjonsmiddel for å avsette Cab 2 O 4 , SRB 2 O 4 Bab 2 O 4 , Mn 3 (BO 3 ) 2 , og CoB 2 O 4 filmer.