Czym jest boraks dziesięciowodny
Boraks dziesięciowodny to uwodniona sól sodowa kwasu borowego, w praktyce przemysłowej zapisywana wzorem Na2B4O7·10H2O. W bazach danych chemicznych forma ta opisana jest numerem CAS 1303-96-4. Notacja stosowana przez PubChem (B4H20Na2O17) wygląda inaczej niż zapis hydratowy przyjęty w normach i specyfikacjach, ale opisuje ten sam skład pierwiastkowy — różnica dotyczy wyłącznie sposobu księgowania wody krystalizacyjnej i budowy anionu boranowego.
Anion tetraboranowy nie jest prostym połączeniem czterech niezależnych atomów boru. W krysztale tworzy pierścieniową jednostkę, w której dwa atomy boru mają otoczenie trójkątne, a dwa tetraedryczne. Ta mieszana koordynacja tłumaczy, dlaczego stopiony boraks rozpuszcza tlenki metali i dlaczego w roztworze zachowuje się jak układ buforowy, a nie jak zwykła sól obojętna.
Woda krystalizacyjna i przeliczanie na tlenek boru
Ponad połowa masy dekahydratu przypada na wodę i sód, przez co zawartość samego boru — wyrażana umownie jako tlenek boru B2O3 — wynosi około 36,5%. To liczba, wokół której obraca się cały wybór postaci boranu: ta sama masa formy pięciowodnej niesie znacznie więcej boru, ponieważ zawiera o połowę mniej wody krystalizacyjnej. Przy przeliczaniu dawki mikroelementu albo wsadu szklarskiego porównuje się więc nie masę materiału, lecz masę B2O3.
Woda krystalizacyjna zaczyna uchodzić już przy łagodnym ogrzewaniu — dekahydrat mięknie i rozpływa się we własnej wodzie w temperaturze rzędu kilkudziesięciu stopni Celsjusza, a odwodnienie dobiega końca po przekroczeniu około 300 °C. Powstały bezwodny tetraboran topi się dopiero w okolicy 740 °C i zastyga w postaci szkliwa. Etap pośredni, w którym materiał pęcznieje i pieni się, jest praktycznym powodem, dla którego pieców i tygli nie zasypuje się dekahydratem bez zapasu objętości.
Typowe wymagania stawiane gatunkowi technicznemu
| Oznaczenie | Wymaganie |
|---|---|
| Tlenek boru B2O3 | min. 36,47% |
| Czystość | min. 99,90% |
| Siarczany | max. 0,007% |
| Chlorki (Cl) | max. 0,0036% |
| Żelazo (Fe) | na poziomie tysięcznych części procentu |
| Postać i barwa | biały granulat |
Limity żelaza, siarczanów i chlorków nie są przypadkowym zestawem. Żelazo barwi szkło i szkliwa na żółto lub zielonkawo, siarczany zaburzają pracę wanny szklarskiej, a chlorki sprzyjają korozji oprzyrządowania. Materiał o czystości rzędu 99,9% jest więc wymogiem procesowym, a nie ozdobnikiem specyfikacji. Zapisy archiwalne podają dla żelaza dwie różne granice, obie mieszczące się w tysięcznych częściach procentu, dlatego wartość tę ujęto tu opisowo.
Gdzie znajduje zastosowanie
- Przemysł szklarski — składnik zestawu surowcowego szkieł borokrzemianowych; obniża temperaturę topienia zestawu i zmniejsza rozszerzalność cieplną gotowego szkła.
- Ceramika, emalie i szkliwa — topnik ułatwiający spiekanie i poprawiający przyczepność powłoki do podłoża metalowego.
- Metalurgia i lutowanie — stopiony boraks rozpuszcza tlenki z powierzchni metalu, odsłaniając czysty materiał w miejscu łączenia.
- Nawożenie — źródło boru jako mikroelementu, istotnego między innymi dla roślin kapustnych i buraka.
- Środki piorące i czyszczące — regulacja odczynu i zmiękczanie wody; historyczny substrat do wytwarzania nadboranów.
- Formulacje kosmetyczne — dawniej składnik buforujący, obecnie ograniczany przepisami.
Klasyfikacja i ostrożność w obchodzeniu się
Borany sodu należą w Unii Europejskiej do grupy substancji o zharmonizowanej klasyfikacji jako działające szkodliwie na rozrodczość kategorii 1B, ze zwrotami wskazującymi na możliwość działania szkodliwego na płodność i na dziecko w łonie matki. Trafiły również na listę kandydacką substancji wzbudzających szczególnie duże obawy w ramach rozporządzenia REACH. W praktyce oznacza to obowiązek przekazywania informacji w łańcuchu dostaw oraz istotne ograniczenia w zastosowaniach konsumenckich i kosmetycznych.
Osobną, czysto dokumentacyjną pułapką jest opisywanie hydratów numerem CAS formy bezwodnej. Bezwodny tetraboran disodu ma własny numer, który nie opisuje ani dekahydratu, ani pentahydratu. Przy zlecaniu badań, przy klasyfikacji i przy przeliczaniu zawartości boru postać uwodnienia trzeba określać jednoznacznie, ponieważ ten sam materiał pod dwoma różnymi numerami daje dwa różne wyniki przeliczenia.
Powiązane strony
- Boraks pięciowodny — ta sama sól o mniejszej zawartości wody krystalizacyjnej.
- Kwas borowy — bezsodowe źródło boru, punkt wyjścia do otrzymywania boranów.
- Nadwęglan sodu — drugi obok boranów filar chemii wybielaczy tlenowych.
Piśmiennictwo
Opracowania naukowe, na których opiera się treść tej strony. Zapis w stylu Chicago (autor–data); każda pozycja prowadzi do identyfikatora DOI u wydawcy.
- Bolt, Hermann M., Nursen Basaran, i Yalcin Duydu. 2020. „Effects of boron compounds on human reproduction.” Archives of Toxicology 94 (3): 717-724. https://doi.org/10.1007/s00204-020-02700-x.
- Ekmekyapar, Ahmet, Ahmet Baysar, i Asim Kunkul. 1997. „Dehydration Kinetics of Tincal and Borax by Thermal Analysis.” Industrial & Engineering Chemistry Research 36 (9): 3487-3490. https://doi.org/10.1021/ie970018r.
- Gainsford, Graeme J., Tim Kemmitt, i Caleb Higham. 2008. „Redetermination of the borax structure from laboratory X-ray data at 145 K.” Acta Crystallographica Section E Structure Reports Online 64 (5): i24-i25. https://doi.org/10.1107/s1600536808010441.
- Levy, H. A., i G. C. Lisensky. 1978. „Crystal structures of sodium sulfate decahydrate (Glauber's salt) and sodium tetraborate decahydrate (borax). Redetermination by neutron diffraction.” Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry 34 (12): 3502-3510. https://doi.org/10.1107/s0567740878011504.
- Moore, John A., i Expert Scientific Committee. 1997. „An assessment of boric acid and borax using the IEHR Evaluative process for assessing human developmental and reproductive toxicity of agents.” Reproductive Toxicology 11 (1): 123-160. https://doi.org/10.1016/s0890-6238(96)00204-3.
- Wimmer, Monika A. i in.. 2019. „Boron: an essential element for vascular plants.” New Phytologist 226 (5): 1232-1237. https://doi.org/10.1111/nph.16127.