Boritany

Boritany jsou soli a estery odvozené od kyseliny borité. Jejich molekuly mají trojúhelníkovou nebo čtyřstěnnou strukturu. Boritany jsou v přírodě nejběžnější formou boru.

Struktura

Boritany se skládají z trojúhelníkových jednotek BO3 nebo ze čtyřstěnných jednotek BO4, propojených společnými atomy kyslíku. a mohou mít lineární i cyklické molekuly.

Struktura kyseliny borité zobrazující její trojúhelníkovou geometrii molekuly

Nejjednodušší boritanový anion BOb=3|p=3- je odvozen od kyseliny borité H3BO3; příkladem soli je boritan vápenatý Ca3(BO3)2, jehož molekula má téměř rovinný tvar. Boritanový anion je strukturním analogem uhličitanového aniontu COb=3|p=2-. +more Podle jednoduché teorie chemické vazby má tvar trojúhelníku, ve valenční teorii vazby vazby bor-kyslík tvoří sp2 hybridizované orbitaly boru. Některé sloučeniny řazené mezi boritany, nemají trojúhelníkové molekuly, například molekula boritanu gadolinitého (GdBO3) se skládá z polyboritanových řetězců ([B3O9]9−), které se při vyšších teplotách mění na BOb=3|p=3-.

Kyselina boritá

Struktura tetrahydroxyboritanového aniontu

Všechny boritany mohou být považovány za deriváty kyseliny borité (B(OH)3), která je slabým donorem protonu (pKa ~ 9), a tedy slabou Brønstedovou kyselinou, jedná se však o dobrou Lewisovu kyselinu, jelikož může přijmou elektronový pár. Ve vodě se chová jako Lewisova kyselina, když přijímá volné elektronové páry z hydroxydových iontů vzniklých autoionizací vody.

B(OH)3 je kyselá díky tomu, že reaguje s hydroxidovými anionty za tvorby tetrahydroxyboritanového komplexu [B(OH)4]− a uvolnění protonu:

: B(OH)3 + 2 H2O ⇌ [B(OH)4]− + [H3O]+ (pKa = 8.98)

Za přítomnosti cis-diolů, jako jsou manitol, sorbitol, glukóza a glycerol, se kyselina boritá stává kyselejší a její pKa může být, v závislosti na koncentraci manitolu, i kolem 4.

Při tvorbě komplexu (v podstatě esteru) reakcí jedné molekuly kyseliny borité a dvou molekul manitolu se uvolní tři molekuly vody a jeden proton:

: ⇌ + 3 H2O + H+

: (pKa se podle koncentrace manitolu pohybuje v rozmezí 4 až 9).

Vzniklý produkt bývá nazýván kyselina manitoboritá, protože může být titrován silnou zásadou, například hydroxidem sodným; bod ekvivalence se určuje potenciometrickou titrací, která slouží ke stanovení koncentrace boritanů. Tímto způsobem se často určuje obsah boru v primárním okruhu u lehkovodních reaktorů, ve kterých slouží kyselina boritá jako moderátor neutronů.

Polymerní ionty

Struktura tetraboritanového iontu: růžová barva označuje bor; červená kyslík, bílá vodík. +more Tato tetramerní struktura se skládá z dvou atomů boru v čtyřstěnné konfiguraci, které se společně vážou na atom kyslíku a jsou s dalšími kyslíky spojeny jinými atomy boru v trojúhelníkové kombinaci. Jsou vidět tři cykly: dva s třemi atomy boru a jeden se čtyřmi. .

Při neutrálním pH se kyselina boritá účastní kondenzačních reakcí, při kterých vznikají polymerní anionty. Následující rovnice popisuje vznik tetraboritanového aniontu:

: 2 B(OH)3 + 2 [B(OH)4]− ⇌ [B4O5(OH)4]2− + 5 H2O

Tetraboritanový anion se skládá z dvou čtyřstěnných a dvou trojúhelníkových struktur propojených do bicyklického celku. Dva atomy boru vytvářející čtyřstěnné struktury jsou propojeny společným kyslíkovým atomem, díky navázaným hydroxylovým skupinám mají záporný náboj. +more Celý anion se skládá ze tří cyklů: dvou propojených šestičlenných (boroxolových) a jednoho osmiúhelníkového; v každém cyklu se střídají atomy boru a kyslíku. Boroxolové cykly jsou součástí struktury mnoha boritanových aniontů.

Mezi tetraboritany patří minerál borax (oktahydrát tetrahydroxoboritanu sodného, Na2[B4O5(OH)4]·8H2O; obvykle psáno zjednodušeně jako Na2B4O7·10H2O). Tetraboritan sodný lze získat ve velmi čisté podobě a může tak být použit na přípravu standardních roztoků v odměrné analýze.

Byl popsán velký počet boritanů různých kovů, jako jsou:

* diboritany, [B2O5]4−, například Mg2B2O5 (suanit) * triboritany [B3O7]5−, například CaAlB3O7 (johachidolit), * tetraboritany, [B4O9]6−, například Li6B4O9.

Jsou také známy boritany odvozené od kyseliny monohydrogenborité (HBO2), jako LiBO2 a KBO2, v jejich molekulách se vyskytují cyklické ionty [B3O6]2−.

Borokřemičitany

Borokřemičité sklo je v podstatě křemičitan, v jehož struktuře jsou některé jednotky [SiO4]4− nahrazeny [BO4]5− centry, společně s různými kationty, které vyrovnávají rozdíly v oxidačních číslech křemíku (oxidační číslo IV) a boru (oxidační číslo III). Tyto nepravidelnosti ve struktuře vedou k pomalé krystalizaci a vzniklé sklo má nízký součinitel teplotní roztažnosti, díky čemuž je, na rozdíl od běžného sodného skla, odolné vůči popraskání při zahřívání.

Výskyt a použití

Krystaly boraxu

K běžným boritanům patří boritan sodný (NaBO2) a borax. Borax je rozpustný ve vodě, a tak se jako minerál vyskytuje pouze v místech s nízkými úhrny srážek; mezi taková místa patří mimo jiné Údolí smrti a poušť Atacama.

Boritan a tetraboritan lithný lze použít při přípravě vzorků pro analýzu rentgenovou fluorescencí, atomovou absorpční spektrometrií, ICP-OES a ICP-MS, například k analýze kontaminované půdy.

Tetrahydrát oktaboritanu disodného se používá ke konzervaci dřeva a jako fungicid. Boritan zinečnatý má využití jako zpomalovač hoření.

Boritanové estery

Boritanové estery jsou organické sloučeniny připravované kondenzací stechiometrických množství kyseliny borité a alkoholů.

Reference

Externí odkazy

Kategorie:Pesticidy Kategorie:Konzervanty