اسید بوریک

تهيه اسيد بوريک از بوراکس

اسيد بوريک (اسيد ارتوبوريک) اسيدی بسيار ضعيف است که از بوراتها و يا هيدروليز هاليدهای بور با هيبريداسيون sp2 به دست می آيد. اين اسيد به صورت بلورهای سفيد سوزنی شکل است که در آن واحدهای B(OH)2 از طريق پيوند های هيدروژنی به يکديگر متصل شده اند و لايه های نامحدودی( با فاصله ۱۸/۳ انگستروم ) با تقارن تقريبا شش ضلعی تشکيل می دهند.
اسيد بوريک در آب تا حدودی حل شده و انحلال پذيری آن با افزايش دما زياد می شود. اين اسيد تک بازی است.

 

روش کار
۱۲گرم بوراکس را در۲۵ میلی لیتر آب مقطر گرم حل کرده و محلول حاصل را با اسيد کلريدريک۲۵ % خنثی کنيد. محلول را به آرامی سرد کرده و جسم بلورين حاصل را با استفاده از قيف بوخنر صاف کنيد. اسيد بوريک را بروی کاغذ صافی خشک کنيد و محلول زيرين را جهت گرفتن مابقی اسيد، تغليظ نمائيد.
بور و تركيبات گوناگون آن داراي كاربردهاي بسيار وسيع، استراتژيك و مهمي در صنايع مختل

ف كوچك و بزرگ كشاورزي، دارويي و پزشكي مي باشند. به دليل عدم وجود عناصر و مواد جايگزين آن بعضي از شاخه‌هاي صنعتي وابسته به اين عنصر متوقف مانده و يا با مشكلاتي اساسي و جدي روبروست. امروزه بوراتها داراي مصارف بسيار زيادي در ساخت فايبرگلاس، سراميك، رساناها، اسيدبوريك، كاشي سازي، شوينده‌ها (صابون سازي، مواد پاك كننده و…) (۱۰%)، پارچه بافي، صنعتي كشاورزي (۳۲%)، كود شيميايي، پربوراتها، صنايع شيشه، پشم شيشه، مينا كاري، كمك ذوب، چسب، مهار آتش سوزي، گدازآور در صنايع فلزگري، در تهيه چسب و حلالها، در راكتورهاي اتمي، صنايع الكتريكي، در كاغذ سازي، در تركيب ضد يخ، چرم سازي، جوشكاري، لحيم كاري و عكاسي مورد استفاده قرار مي گيرند.
مصرف بور در غرب از سال ۱۹۷۰ تا سال ۱۹۸۹ داراي رشد نسبي ۴/۱ درصد در سال و از سال ۱۹۸۹ تا ۱۹۹۹ داراي رشد نسبي ۲ درصد در سال بوده است. عنصر بور در رژيم غذايي انسانها وارد مي‌شود و هم اكنون تحقيقات زيادي در اين زمينه در حال انجام است. گياهان بور را از آب و خاك مي‌گيرند و بدون آن نمي‌توانند زنده بمانند.
عنصر بور و تركيبهاي گوناگون آن، داراي كاربردهاي بسيار وسيع و مهمي در صنايع مختلف كوچك و بزرگ كشاورزي، دارويي و پزشكي مي‌باشند. به گونه‌اي كه مي‌توان گفت به دليل عدم وجود عناصر و مواد جايگزين آن فعاليت بعضي از شاخه‌هاي صنعتي وابسته به اين عنصر، متوقف مي‌ماند و يا مشكلاتي اساسي و جدي روبرو مي‌شوند.
در فاصله بين دو جنگ جهاني، شيشه‌هايي به بازار عرضه مي‌شد كه از سيليكاتهاي بور تهيه مي‌شدند. اين شيشه‌ها داراي خواصي چون مقاومت در برابر انبساط، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر شوكهاي حرارتي بودند. در مدت جنگ جهاني دوم بهمراه رشد سريع صنايع الكترونيك و نياز به ساخت شيشه‌هاي بور و سيليكات به ميزان تقاضاي اينگونه شيشه‌ها افزوده شد و كارخانجات عرضه كننده درصدد رفع نياز بازار بور آمدند.
شيشه بورات: با اكسيدهاي لانتان و تانتال ولي بدون سيليس براي شيشه‌هاي عدسي‌هاي عكاسي، هواپيما و چشمي‌هاي با زاويه ديد وسيع به كار بورده مي‌شود. اينگونه شيشه‌ها داراي ضريب شكست نور زياد و پاشندگي كم هستند.

شيشه‌هاي اكسيد بوريا شيشه‌هاي بوراكس
اشعه ماوراء بنفش را عبور مي‌دهند. شيشه معروف به شيشه نامريي، شيشه بوراكس است كه سطح آن با لايه نازكي از فلوئوروسديم پوشيده شده است كه ۶/۹۹ درصد كليه اشعه مرئي را عبور مي‌دهد، و فقط بازتاب كمي داشته و حالت نامرئي بودن را به وجود مي‌آورد. شيشه‌هاي معمولي سديك و پتاسي نور ماوراء بنفش را عبور نمي‌دهند. شيشه محتوي ۲ الي ۴ درصد اكسيد سديك اشعه ماوراء بنفش را جذب مي‌كند و براي سپرهاي اشعه ايكس نيز به كار برده مي‌شود. شيشه‌اي كه بتواند اشعه ايكس پر انرژي و اشعه گاما را جذب كند ممكن است محتوي فسفات تنگستن باشد، در حالي كه شيشه‌اي كه براي جذب نوترونهاي كند در نيروگاهاي اتمي به كار برده مي‌شود. محتوي بورسيليكات كادميم همراه با فلوئورورها است.
همچنين از اسيد بوريك و بوراكس بعنوان مواد خام مورد نياز در صنعت شيشه سازي استفاده فراوان مي‌شود. البته انتخاب مواد خام حاوي بور بيشتر تابعي است از اندازه و نوع تجهيزات كارخانه ذوب شيشه، براي مثال در ساخت شيشه تجاري Eutal (نام ديگر آن E-gladd است) احتياج به كوره‌هاي بزرگ گاز سوز با كوره‌هاي پيش گرم كننده هوا مورد نياز است. با اين حال

در بعضي از موارد جايگزين كردن اين مواد خام با يكديگر عملي مي‌باشد.
امروزه از كلمانيت بجاي سنگ آهك و اسيد بوريك جهت افزايش سرعت ذوب شيشه استفاده مي‌گردد. اين افزايش باعث بيشتر شدن مقدار توليد كوره در هر شيفت كاري مي‌گردد. اولكسيت نيز معمولاً جايگزين خوبي براي بوراكس محسوب مي‌شود، هر چند كه كلمانيت مراحل ذوب را سريعتر از اولكسيت پشت سر مي‌گذارد بهمين دليل هنگام مصرف اولكسيت مقداري (Soda Ash) Na2CO3 به آن اضافه مي‌كنند. در شيشه‌هاي كه نياز به خلوص و رنگ با كيفيت بالا وجود دارد ترجيح داده مي‌شود از اسيد بوريك و يا بوراكس خالص استفاده شود، كلمانيت و الكسيت هر دو به اندازه كافي داراي ناخالصي اكسيد آهن و سولفات مي‌باشند.م شيميايي شيشه، اصلاح خواص اپتيكي و همچنين اصلاح خواص الكتريكي شيشه، مي‌گردد بوراي تهيه شيشه‌هايي كه درصد بالايي از سليس (High-Silica-glass) در تركيبات آنها وجود دارد، از بوراتها بعنوان كمك ذوب بجاي اكسيدهاي قليايي استفاده مي‌شود.
شيشه‌هاي معروف به شيشه‌هاي ضد اسيد نيز تركيبي از بور و سليس هستند كه درصد مواد قليايي در آنها بسيار پايين مي‌باشد. در سخت كردن پلاستيكها و در ساخت تانكهاي ذخيره زير زميني كه احتياج به مقاومت كشش و مدول الاستيسيته بالا دارد، از الياف شيشه‌اي استفاده مي‌گردد كه اين الياف از جنس سيليس و بور مي‌باشند. در جداول زير درصد مواد تشكيل دهنده بعضي از شيشه‌هاي حاوي اكسيد بور و همچنين مصارف مهم كاني‌هاي بوراته آورده شدهاست.
جدول ۵: مصارف مهم و عمده كاني‌هاي بورات

براي بالا بردن ضد سوختگي چوب و درب چوبي و چهار چوبهاي فلزي و چوبي براي جلوگيري در امر آتش سوزي و بخصوص راه پله‌هاي فرار ساختمانها و درب آنها از تركيبات بور استفاده مي‌شود.
بكارگيري اين محصولات در اروپا اجباري مي‌باشد لذا بيش از ۱۰% توليد جهاني بور براي بالا بردن درجه ضد سوختگي چوب بكار مي‌رود.

ساخت اسيد بوريك
درصد خلوص كانسارهاي بور به وسيله حل شدن و تبخير بالا مي‌رود. بخارات سيستم‌هاي ژئوترمال قبل از استفاده در توليد قدرت (برق) حاوي مواد شيميايي داراي بور بوده كه بصورت اسيد بوريك قابل تفكيك مي‌باشد. از اين نوع تكنولوژي در كشور ايتاليا استفاده مي‌شود.
كانيهاي بور در شرايط خشك پايدار بوده اسيد بوريك يكي از محصولات مهم بور در شرايط معمولي پايدار بوده ولي اگر حرارت داده شوند ابتدا به اسيد متابوريك (HBO2) و با حرارت بيشتر سپس به اكسيد بور B2O3 تبديل مي‌شود.

ساخت فايبرگلاس ها
ماده اصلي فايبرگلاس از بور و سيليس با تركيبات قليايي كمتر، مي‌باشد مصارف زيادي يافته است.
يكي از مصارف اصلي بور در ساخت فايبرگلاسهاي مختلف مي‌باشد. از آنجائي كه در صنعت فايبر گلاس پارچه تكنولوژي جايگزين استفاده از بور اخيراً كشف شده است، مي‌توان تا حدودي كندي حركت استفاده از عنصر بور در ساخت اين نوع فايبرگلاس

ها را پيش‌بيني نمود.

مصارف هسته‌اي
تركيبات بور در ساخت پايگاه‌هاي پرتاب موشك داراي كاربرد استراتژيك مي‌باشند.

مصارف كشاورزي
كاني‌هاي بور نقش مهمي در ساختن بسياريز كودهاي شيميايي دارند. مصرف مقادير زيادي بور در كودهاي شيميايي ممكن بوراي گياهان و محصولات كشاورزي مضر باشد.

مصارف متالورژيكي
تركيبات بور در توليد استيل و فلزات غير آهني، آلياژها، مغناطيس‌هاي كمياب و فلزات بي شكل مورد استفاده قرار مي‌گيرد. علاوه بور اين براي جوشكاري، ساخت بعضي از روكشها، بعنوان كمك ذوب آهن و فلزات غير آهني استحصال بعضي از مواد معدني و پوشهاي ضد زنگ نيز استفاده مي‌شود.
بوراتها بسادگي با اكسيدهاي فلزي آغشته شده تا در درجه حرارتهاي كاملاً پايين بتوان از به هدر رفتن فلزات قيمتي در هنگام استحصال جلوگيري كند. همچنين از فلزات بي‌شكل حاوي تركيبات بور براي از دست رفتن انرژي در ترانسفور ماتورها استفاده مي‌گردد. تركيب بور، آهن و روي در ساخت آلياژهاي ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت استفاده مي‌گردد.

مصارف آتشباري
مواد منفجره آمونيوم در مناطقي كه مس استخراج مي‌شود بخاطر اثرات سولفيدهاي مس بر روي آنها در شرايط خاصي پايدار نمي‌ماند، لذا با پاشيدن محلول‌هاي بورات آمونيوم بر روي چاله‌هاي حفاري در جايي كه مواد منفجره قرار مي‌گيرند اين مواد را پايدار نگه مي‌دارند.

مصارف مغناطيسي
فرو بردن Ferro Boron براي ساخت پودرهاي آهن رباهاي خيلي قوي مورد استفاده مي‌گردد.

مصارف جوشكاري
تقريباً تمامي جوش دهنده‌هاي خشك حاوي تركيبات بور بوده كه بوراي زنگ نزدن و اتصال خوب و محكم محل جوي، مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

مصارف پوششي
بوراتها بصورت آلياژ با نيكل در كنترل كردن PH در زمان الكتروليز و پوشش دادن، بكار مي‌رود.

مصارف ديگر
ديگر مصارف عنصر بور عبارتند از:
ماده شيميايي بور براي تنظيم خواص قليايي و اسيدي (خنثي كننده) بعضي تركيبات شيميايي نقش اساسي دارد.
كنترل كننده غلظت رنگها

ثابت نگه داشتن PH مواد منفجره
ساخت فيلم‌ها
مقاوم كردن سطح شيشه‌ها در برابر حرارت و مواد شيميايي
ساخت صفحه‌هاي ظريف LCD
ساخت سراميك‌هاي زيبا

آلياژ بور و آهن براي جلوگيري از زنگ زدگي
مخلوط روي و بور براي پوشش كابلهاي الكتريكي
جذب اشعه نوترون
محفظ‌هاي هسته‌اي
ساخت ضد باكتري
ساخت مواد آرايشي
معالجه سرطان و…

 

از آمار واقعي مصرف جهاني بور اطلاع دقيقي در دست نيست. معمولا آمارهاي مصرف به صورت مصرف ظاهري بيان مي‌گردد. ميانگين مصرف ظاهري جهاني بور در اين دوره ( ۱۹۹۷-۲۰۰۱) ۵/۴۶۰۸ هزارتن بوده که از ۴۶۸۸ هزارتن در سال ۱۹۹۷ به ۷/۴۵۷۷ هزارتن در سال ۱۹۹۹ و ۷/۴۶۰۹ هزارتن در سال ۲۰۰۱ کاهش يافته است(جدول۶).