Тетраборат натрия (бура) — Na2B4O7

Тетрабора́т на́трия

(«бура́», «боракс» (от лат. borax), натрий тетраборнокислый) — неорганическое соединение, натриевая соль борной кислоты с химической формулой Na 2 B 4 O 7 {\displaystyle {\ce {Na2B4O7}}} , наиболее распространённое и используемое соединение бора, образует несколько кристаллогидратов, широко применяется в промышленности.

Нахождение в природе[ | ]

Существуют многочисленные минералы, содержащие тетраборат натрия. К ним относятся:

• бура (боракс, тинкал) — минерал состава Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O {\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O}}} — декагидрат тетрабората натрия;
• кернит — тетрагидрат тетрабората натрия — Na 2 B 4 O 7 ⋅ 4 H 2 O {\displaystyle {\ce {Na2B4O7.4H2O}}} ;
• многочисленные минералы класса боратов, в которых помимо оксидов натрия и бора содержатся другие металлы, — кальций, магний, железо и др.;
• кристаллогидраты тетрабората натрия выпадают в осадок при пересыхании некоторых бессточных, сезонно пересыхающих солёных озёр, например, в озере Серлс, расположенном в пустыне Мохаве в США, и некоторых озёр в Турции.

Тинкал

Тинкал, или «Бура» (декагидрат тетрабората натрия, Na2B4O7·10H2O) — минерал моноклинной сингонии, призматический. «Тинкал» (Tinkal) — слово санскритского происхождения, являющееся синонимом более частоупотребляемого названия минерала — «Бура» (от арабского «бюрак» — белый). Цвет белый, блеск стеклянный, твёрдость 2—2,5. Плотность 1,71. Спайность средняя по (100) и (110). Образует короткопризматические кристаллы, по форме напоминающие кристаллы пироксенов, а также сплошные зернистые массы и прожилки в глинистых породах. Типичный минерал эвапоритов. На воздухе разрушается, теряя воду и покрывается коркой тинкалконита или кернита, либо целиком в них превращается.

Химические свойства[ | ]

Растворимость в воде составляет 3,2 г /100 мл (при 25 °C), 10,5 г / 100 мл (при 50 °C), в этаноле — 0,05 г / 100 г (при 25 °C), ацетоне — 0,006 г / 100 г (при 25 °C), не растворим в диэтиловом эфире и глицерине. Реагирует с метанолом при растворении с образованием бороорганических соединений[2].

Образует несколько кристаллогидратов с разным содержанием воды. Эти кристаллогидраты и безводный тетраборат натрия Na 2 B 4 O 7 {\displaystyle {\ce {Na2B4O7}}} обычно называют «бура́». Примеры кристаллогидратов:

• пентагидрат ( Na 2 B 4 O 7 ⋅ 5 H 2 O {\displaystyle {\ce {Na2B4O7.5H2O}}} ), так называемая «ювелирная бура», используется при пайке ювелирных изделий;
• декагидрат ( Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O {\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O}}} ).

Однако наиболее часто «буро́й» называют декагидрат Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O {\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O}}} . Эта соль представляет собой прозрачные кристаллы с молярной массой 381,43 г/моль, имеющие хорошую растворимость в тёплой воде[4]. При нагревании свыше 400 °C полностью теряет кристаллизационную воду.

Так как тетраборат натрия является солью слабой кислоты и сильного основания, в воде гидролизуется. Водный раствор тетрабората натрия имеет щелочную реакцию.

Взаимодействует с сильными кислотами, образуя соответствующую соль и борную кислоту:

Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O + 2 HCl ⟶ 4 H 3 BO 3 + 2 NaCl + 5 H 2 O {\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O + 2 HCl -> 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O}}} .

Многие соли металлов борной кислоты нерастворимы в воде и при взаимодействии в растворе их растворимых солей с тетраборатом натрия образующиеся бораты выпадают в осадок. На этом основано применение буры для «умягчения» воды:

Ca ( aq ) 2 + + Na 2 B 4 O 7 ( aq ) ⟶ CaB 4 O 7 ( s ) + 2 Na ( aq ) + {\displaystyle {\ce {Ca^2+_{(aq)}\ + Na2B4O7_{(aq)}-> CaB4O7_{(s)}\ + 2 Na^+_{(aq)}}}} , Mg ( aq ) 2 + + Na 2 B 4 O 7 ( aq ) ⟶ MgB 4 O 7 ( s ) + 2 Na ( aq ) + {\displaystyle {\ce {Mg^{2}+_{(aq)}\ +Na2B4O7_{(}aq)->MgB4O7_{(s)}\ +2Na_{(aq)}^{+}}}} .

С оксидами многих переходных металлов бура при сплавлении образует разнообразно окрашенные соединения — бораты «перлы буры». По цвету перлов можно судить о качественном химическом составе пробы.

Соединение окрашивает пламя горелки в зелёный цвет (характерная реакция на соединения бора)[4].

Недостатки

• После применения образуется налет солей, которые необходимо счищать механическим методом;
• Требуется выбирать места для хранения, в которых нет влаги, так как от большой влажности флюс начнет портиться;
• Для подготовки материала к использованию необходимо потратить время и подобрать правильную пропорцию, что может привести к ошибке.

Разновидности буры

Существует две основные разновидности, которые касаются внешнего вида материала. Первым вариантом является твердая форма. Флюс паяльный бура поставляется в виде порошка с мелкими твердыми фракциями. Благодаря этому, ее легко выложить на поверхность металла перед пайкой в нужном количестве и она не будет растекаться при этом. Такая разновидность поставляется в специальной коробке, защищающей материал герметично от проникновения влаги и прочих посторонних факторов. Фракции имеют белый цвет.

Бура для пайки в виде порошка

Второй разновидностью, которая чаще применяется для более легких металлов и их сплавов, является разведенная бура. В данном случае вам предлагается тот же материал, но растворенный в жидкости. Благодаря этому его можно применять при более низкой температуре пайки. Использование такой разновидности также является более легким, так как мелкие детали просто макаются в жидкость, после чего их можно подвергать пайке. Это используется как в ювелирной отрасли, так и в других местах, где идет работа с небольшими изделиями. Контакты, провода и прочие разновидности техники хорошо контактируют с растворенным флюсом. Несмотря на том, что принцип, как пользоваться бурой для пайки в жидком виде несколько отличается от стандартного, они имею практически одинаковый эффект.

Встречаются также разновидности в виде смесей, когда применяются еще и другие флюсы. Это необходимо в тех случаях, когда нельзя достичь заданных результатов при помощи одного вещества. Пропорции и состав зависят от конкретных целей. Чаще всего ее соединяют вместе с борной кислотой.

Состав и физико-химические свойства

В состав буры для пайки входят хлористый натрий и хлористый барий, в некоторый случаях в нее добавляют борную кислоту. Далеко не для всех процедур она используется в чистом виде, так как для этого потребуется слишком высокая температура плавления. Порошок для пайки бура – это высокотемпературный флюс, так что основным его свойством является стойкость к высоким температурам. Стоит отметить, что свои химические свойства материал отлично сохраняет и при меньшей концентрации, чем идет в поставке. Таким образом, раствор флюса обладает достаточно высоким уровнем растворения окислов всех основных металлов, для работы с которыми он применяется.

Также он может растворять жировые пленки и прочие лишние вещи, которые будут мешать нормальной спаиваемость материала. Пайка бурой уберегает от многих видов брака, которые могут встречаться в работе.

Технические характеристики

Выделяют две основные марки вещества, которые определяются по ГОСТ как марка А и марка Б:

Пайку металлов проводят, предварительно удаляя с их поверхности следы оксидов. Для этого применяют флюсы. Они должны предотвращать окисление при нагреве и стимулировать хорошего растекание расплавленного припоя.

Для пайки медных изделий идеально соответствует всем требованиям припой из буры. Вещество известно со средних веков. Добывали его в озерах Индии, Тибета, затем перевозили в Европу, где использовали для обработки тканей и кожи, производства стекол.

Бура широко применяется для работы с металлами. При изготовлении или ремонте металлических изделий проводится пайка бурой. Прежде всего, метод применяют для деталей из меди, латуни. Особенную разновидность этого флюса используют при ремонте ювелирных изделий.

Применение[ | ]

Тетраборат натрия применяется:

• как сырьё для получения борной кислоты и различных соединений бора[2];
• в производстве эмалей, глазурей, оптических и цветных стёкол, различных керамик[2];
• при пайке и плавке металлов в составе флюса[2];
• при ковке металлов;
• в бумажной и фармацевтической промышленности;
• в производстве строительных материалов как компонент антисептика для изготовления целлюлозного утеплителя «Эковата»
• как дезинфицирующее и консервирующее средство[2];
• для приготовления буферных растворов;
• в аналитической химии: как стандартное вещество для определения концентрации растворов кислот;
• для качественного определения оксидов металлов (по цвету перлов);

В 1977 году мировое производство тетрабората натрия составило 1,5 млн тонн[2].

Применение порошка для латуни и меди

Практики часто используют флюс, который хранился дольше положенного времени. Для пайки латунью буру стоит заново переплавить. Охлажденный порошок нужно поместить в банку с герметичной крышкой. Пренебрежение этой процедурой может испортить работу из-за накопившихся при хранении шлаков.

В начале пайки рабочую зону надо прогреть до хорошо заметного красного цвета. Нагрев стоит начинать сначала по краям, а затем уже непосредственно в месте пайки.

Затем нагретую зону следует постепенно посыпать флюсом, дождаться пока он растечется в виде пленки по краям детали. В этот момент разогретый латунный припой нужно окунуть в расплав буры, чтобы он покрылся горячей флюсовой пленкой.

Как показывает опыт, место пайки имеет при этом красный цвет, расплав буры окрашен в синеватые цвета. Очень долго держать припой во флюсе нельзя. Могут образоваться оксидные шлаки.

Затем следует опять прогреть рабочую зону. Латунь приобретёт оранжевый светящийся вид. Можно приступать непосредственно к проведению пайки. Если все сделать верно, припой заполнит все зазоры.

Место пайки станет золотистым. Когда процесс закончен, горячую зону нужно присыпать порошком буры и оставить остывать. Детали из меди в горячем (200 ℃) состоянии можно поместить в смесь, содержащую поровну ацетон и воду, или просто в воду. Резцы имеет смысл погрузить в горячий песок.

Правильно сделанное соединение имеет прозрачную пленку с легким синим оттенком. На нем нет капель припоя. При неправильно выполненной пайке шов покрывается черной пористой коркой.

Причиной может быть перегрев рабочей зоны, вследствие которого образовались шлаки, или плохое качество флюса на основе буры. Так проводят пайку латуни и других медьсодержащих сплавов.

Токсичность[ | ]

Вещество малотоксично для теплокровных животных, ЛД50 для крыс 2,66 г/кг. Пыль может вызывать раздражение слизистых оболочек и неблагоприятно влияет на органы дыхания.

Имеются сведения, что вещество снижает фертильность. По нормам Европейского союза (ЕС) вещества и смеси, импортируемые в ЕС и содержащие буру, с июля 2015 года должны быть маркированы предупреждениями «Может нанести ущерб фертильности» и «Может нанести вред нерожденному ребёнку»[5].

Также указывается, что длительное, в течение 10—15 лет потребление буры в виде пищевых добавок может провоцировать онкологические заболевания[6].

Моль

Все вещества состоят из атомов и молекул. В химии важно точно измерять массу веществ, вступающих в реакцию и получающихся в результате нее. По определению моль является единицей количества вещества в СИ. Один моль содержит точно 6,02214076×10²³ элементарных частиц. Это значение численно равно константе Авогадро NA, если выражено в единицах моль⁻¹ и называется числом Авогадро. Количество вещества (символ n

) системы является мерой количества структурных элементов. Структурным элементом может быть атом, молекула, ион, электрон или любая частица или группа частиц.

Постоянная Авогадро NA = 6.02214076×10²³ моль⁻¹. Число Авогадро — 6.02214076×10²³.

Другими словами моль — это количество вещества, равное по массе сумме атомных масс атомов и молекул вещества, умноженное на число Авогадро. Единица количества вещества моль является одной из семи основных единиц системы СИ и обозначается моль. Поскольку название единицы и ее условное обозначение совпадают, следует отметить, что условное обозначение не склоняется, в отличие от названия единицы, которую можно склонять по обычным правилам русского языка. Один моль чистого углерода-12 равен точно 12 г.

Примечания[ | ]

1. ↑ 12
   https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0057.html
2. ↑ 12345678910
   Федоров, 1992.
3. Franz v Bruchhausen, Siegfried Ebel, Eberhard Hackenthal, Ulrike Holzgrabe.
   Hagers Handbuch der Pharmazeutischen Praxis: Folgeband 5: Stoffe L-Z. — Springer-Verlag, 2013. — 299 с. — ISBN 978-3-642-58388-9.
4. ↑ 123
   Иофис, 1981.
5. Recommendation of the European Chemicals Agency of 1 July 2015 for the inclusion of substances in Annex XIV to REACH (List of Substances subject to Authorisation) Echa.europa.eu. Retrieved on July 6, 2015.
6. Watch Out For The Food We Consume (неопр.)
   . Directorate of Consumer Protection, Jakarta, Indonesia (2006). Дата обращения: 10 февраля 2009. Архивировано 28 декабря 2008 года.

Литература[ | ]

• Альмединген А. Н.
  Бура, фальсификация её // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Герценштейн Г. М.
  Бура, в медицине // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Натрия тетраборат // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — С. 204. — 447 с.
• Левинсон-Лессинг Ф. Ю.
  Бура, нахождение в природе // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Федоров П. И.
  Натрия бораты // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди—Полимерные. — С. 180—181. — 639 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.