Тетраборат натрия и его соединения¶

Тетраборат — общее название солей, содержащих тетраборат-анион [B₄O₅(OH)₄]²⁻ или близкие по составу полиборатные ионы, а также тривиальное обозначение наиболее известного представителя этого класса — декагидрата тетрабората натрия Na₂B₄O₇·10H₂O. В быту и торговле под словом «тетраборат» чаще всего понимают именно это соединение, известное также как бура, бура натрия или тетраборат натрия. Термин происходит от греческого «tetra» (четыре) и «borax» (бура) и указывает на соотношение оксидов бора и натрия в составе соли.

¶Химический состав и строение

Тетраборат-анион имеет сложное полимерное строение. В кристаллах декагидрата тетрабората натрия он представлен двумя связанными между собой триборатными фрагментами, включающими как треугольные BO₃-, так и тетраэдрические BO₄-группы. Такая структура объясняет многие физические и химические свойства соединения.

Безводная соль Na₂B₄O₇ плавится при температуре около 743 °C, а декагидрат при нагревании теряет кристаллизационную воду. При прокаливании образуется стеклообразная масса, растворяющая многие оксиды металлов, что лежит в основе применения буры в качестве флюса.

В водном растворе тетраборат натрия гидролизуется, создавая слабощелочную среду (pH около 9,2 для типичных концентраций). Именно щелочная реакция обусловливает антисептические и моющие свойства раствора.

¶История

Природная бура известна с древности. Её добывали в высохших озёрах Тибета, Персии и Индии, откуда она попадала в Европу по торговым путям. В Средние века бура использовалась ювелирами и металлургами как флюс при пайке и плавке металлов.

В 1702 году французский химик Вильгельм Гомберг получил из буры борную кислоту, обработав её серной кислотой. В 1808 году Хэмфри Дэви и Жозеф Луи Гей-Люссак независимо выделили элементарный бор, восстановив борный ангидрид. В 1846 году французский химик Жан Батист Дюма установил точную формулу буры. Промышленная добыча тетрабората натрия началась в XIX веке после открытия крупных месторождений в Калифорнии и Турции.

¶Физические свойства

Декагидрат тетрабората натрия представляет собой бесцветные прозрачные кристаллы или белый кристаллический порошок. Основные характеристики:

• Молярная масса (декагидрат): 381,37 г/моль
• Плотность: около 1,73 г/см³
• Температура плавления декагидрата: около 75 °C с потерей воды
• Растворимость в воде: около 5 г на 100 мл при 20 °C, возрастает при нагревании
• Растворимость в глицерине и этиленгликоле: хорошая

Соль нелетуча, негорюча, при обычных условиях химически стабильна.

¶Получение и природные источники

Природная бура встречается в виде минерала боракса в отложениях высохших соляных озёр. Крупные месторождения расположены в Турции (Кырка), США (Долина Смерти, Бор), Аргентине, Чили, Китае и России.

Промышленно тетраборат натрия получают нейтрализацией борной кислоты гидроксидом или карбонатом натрия, а также переработкой природных боратов. Синтетический продукт очищают перекристаллизацией.

¶Применение

Тетраборат натрия — многофункциональное соединение, применяемое в разных отраслях.

¶Промышленность и техника

• Металлургия: флюс при пайке, сварке и плавке металлов, компонент защитных покрытий.
• Стекольная промышленность: производство термостойких и оптических стёкол, боросиликатных стёкол.
• Производство моющих средств и мыла: усилитель действия ПАВ, умягчитель воды.
• Антипирены: пропитка древесины, тканей и бумаги для снижения горючести.
• Сельское хозяйство: микроудобрение, источник бора для растений.

¶Медицина и фармацевтика

Растворы тетрабората натрия применяются как антисептик для полосканий и обработки кожи. В аптечной сети распространён глицериновый раствор натрия тетрабората, используемый наружно. Соединение входит в состав некоторых буферных растворов и глазных капель. Следует учитывать, что препараты на его основе токсичны при приёме внутрь и требуют осторожного обращения.

¶Лабораторная практика

Тетраборат натрия используется для приготовления буферных растворов, как первичный стандарт при титровании кислот, для качественного анализа катионов металлов (образование окрашенных перлов).

¶Быт

В быту растворы буры применяют для борьбы с насекомыми, чистки поверхностей, как консервант и антисептик. Популярность получили так называемые «слаймы» — игрушечные желеобразные массы на основе тетрабората натрия и поливинилового спирта, где бура выступает сшивающим агентом.

¶Биологическое действие и безопасность

Бор и его соединения относятся к умеренно токсичным веществам. Тетраборат натрия может вызывать раздражение кожи и слизистых, при попадании внутрь — тошноту, рвоту, поражение почек и центральной нервной системы. Особенно чувствительны дети и беременные. В ряде стран существуют ограничения на использование буры в косметике и товарах бытовой химии. При работе с порошком рекомендуется защита дыхательных путей и глаз.

¶Правовой статус

В Российской Федерации тетраборат натрия не относится к наркотическим или психотропным веществам, однако его продажа в чистом виде ограничена в аптечной сети: безрецептурно отпускаются только готовые лекарственные формы (например, раствор в глицерине). Это связано с токсичностью и случаями немедицинского употребления. В промышленности оборот регулируется санитарными нормами.

¶Близкие соединения

К классу тетраборатов относят также соли других металлов — тетраборат лития, тетраборат калия, тетраборат цинка. Некоторые из них применяются как люминофоры, компоненты стёкол и керамики. Отдельно выделяют пентаборат натрия NaB₅O₈·5H₂O, обладающий иной структурой и свойствами.