Boraks pięciowodny

Pięciowodny tetraboran sodu wśród boranów

Boraks pięciowodny to uwodniony tetraboran disodu o zapisie Na2B4O7·5H2O. Nie jest to odrębna substancja chemiczna wobec pozostałych boranów sodu, lecz inny stopień uwodnienia tego samego anionu boranowego — i cała różnica praktyczna sprowadza się do tego, ile wody wnosi się razem z borem do procesu. Postać handlowa to białe granulki lub proszek, dobrze widoczne w stosunku do drobniejszego zwykle dziesięciowodzianu.

Wybór między pięcio- a dziesięciowodzianem jest decyzją czysto rachunkową. Pięciowodzian zawiera około 48 % tlenku boru, dziesięciowodzian mniej więcej 36,5 %. Ta sama masa materiału wnosi więc o jedną trzecią więcej boru, co przekłada się na mniejsze objętości transportowe i składowe oraz na mniejszą ilość wody, którą trzeba odparować w piecu szklarskim lub w suszarce. W drugą stronę działa rozpuszczanie: forma o niższym uwodnieniu rozpuszcza się w wodzie wolniej, więc tam, gdzie liczy się szybkość przygotowania roztworu na zimno, wygodniejszy bywa dziesięciowodzian.

Identyfikacja i pułapka numerów CAS

To jest miejsce, w którym najczęściej powstają błędy w dokumentacji, i warto poświęcić mu chwilę. Borany sodu mają odrębne numery CAS dla każdego stopnia uwodnienia:

Forma Zapis Numer CAS
Tetraboran disodu bezwodny Na2B4O7 1330-43-4
Tetraboran disodu pięciowodny Na2B4O7·5H2O 12179-04-3
Tetraboran disodu dziesięciowodny Na2B4O7·10H2O 1303-96-4

W dokumentach handlowych i w kartach charakterystyki regularnie spotyka się dokument, którego nagłówek opisuje hydrat, a pole numeru identyfikacyjnego zawiera numer formy bezwodnej. Dokładnie taki rozjazd występuje w materiale archiwalnym stanowiącym podstawę tej strony: nagłówek mówi o pentahydracie, a przypisany numer należy do postaci bezwodnej. Konsekwencje nie są kosmetyczne, bo obie formy różnią się masą molową o niemal jedną trzecią, a od masy molowej zależy każde przeliczenie zawartości boru i każda dawka.

Zastrzeżenie idzie jednak w obie strony. Przypisanie numeru 12179-04-3 do pentahydratu jest w bazach chemicznych mniej ugruntowane niż przypisania dla postaci bezwodnej i dziesięciowodnej — numer pojawia się w wykazach synonimów na dalszych pozycjach, a część źródeł opisuje tę samą formę innymi identyfikatorami. Praktyczny wniosek jest taki, że przy boranach nie wolno identyfikować materiału wyłącznie po numerze. Rozstrzyga zestaw trzech informacji naraz: nazwa ze wskazaniem stopnia uwodnienia, wzór z liczbą cząsteczek wody i zadeklarowana zawartość tlenku boru.

Skład według specyfikacji i sprawdzenie rachunkowe

Oznaczenie Wartość deklarowana Wartość teoretyczna dla czystego pentahydratu
Tlenek boru B2O3 48,00 % ok. 47,8 %
Tlenek sodu Na2O 21,28 % ok. 21,3 %
Substancje nierozpuszczalne w wodzie maks. 150 mg/kg —

Zestawienie jest pouczające. Przy masie molowej pentahydratu wynoszącej około 291,3 g/mol udział tlenku boru wypada na 47,8 %, a udział tlenku sodu na 21,3 %. Deklarowane 21,28 % pokrywa się z wartością teoretyczną praktycznie co do drugiego miejsca po przecinku, a 48,00 % tlenku boru mieści się w granicach zaokrągleń. Oznacza to, że specyfikacja opisuje materiał o czystości bliskiej teoretycznej, a liczba 48 pełni jednocześnie rolę potocznego oznaczenia gatunku, bo właśnie zawartością tlenku boru odróżnia się handlowo obie formy uwodnione. Limit substancji nierozpuszczalnych na poziomie 150 mg/kg jest kontrolą zanieczyszczeń mineralnych z przerobu rudy i decyduje o przydatności materiału do roztworów, które nie mogą pozostawiać osadu.

Zastosowania

  • Szkło i włókno szklane — bor obniża współczynnik rozszerzalności cieplnej i podnosi odporność chemiczną wytopu; jest to podstawowy kierunek zużycia boranów.
  • Szkliwa, emalie i ceramika — jako topnik obniżający temperaturę spiekania i poprawiający przyczepność powłoki do podłoża metalowego.
  • Środki piorące — jako składnik regulujący odczyn i stabilizujący układy wybielające.
  • Zmiękczanie wody — dzięki wiązaniu jonów wapnia i magnezu oraz buforowaniu odczynu roztworu.
  • Topniki do lutowania i spawania — stopiony boraks rozpuszcza tlenki metali i odsłania czystą powierzchnię łączonych elementów.
  • Kosmetyka i wyroby chemii gospodarczej — historycznie jako substancja buforująca, dziś w zakresie ograniczonym przepisami dotyczącymi związków boru.
  • Mikroelement borowy — jako źródło boru dla roślin, przy bardzo wąskim marginesie między niedoborem a szkodliwością.

Status regulacyjny i bezpieczeństwo

Borany są substancjami, przy których profil regulacyjny zmienił się istotnie i nie warto opierać się na starszych opracowaniach. Tetraborany sodu mają zharmonizowaną klasyfikację jako substancje działające szkodliwie na rozrodczość w kategorii 1B, z przypisanymi zwrotami wskazującymi na możliwe działanie szkodliwe na płodność i na dziecko w łonie matki. Znajdują się także na europejskiej liście kandydackiej substancji stanowiących bardzo duże zagrożenie, co pociąga za sobą obowiązki informacyjne w łańcuchu dostaw. Skutkiem praktycznym są ograniczenia w stosowaniu boranów w wyrobach przeznaczonych dla konsumentów oraz szczególne wymagania wobec narażenia zawodowego kobiet w wieku rozrodczym.

Poza tym materiał jest niepalny, trwały w normalnych warunkach i nie stwarza zagrożeń pożarowych ani wybuchowych. Podstawowe środki ostrożności dotyczą pylenia: ochrona dróg oddechowych i oczu przy przesypywaniu, unikanie kontaktu ze skórą uszkodzoną oraz przechowywanie w suchym miejscu. Zawilgocony materiał zbryla się, a przy dłuższym składowaniu w podwyższonej temperaturze może częściowo tracić wodę krystalizacyjną, przez co rzeczywista zawartość boru rozejdzie się z deklarowaną.

Powiązane substancje

  • Boraks dziesięciowodny — ten sam anion boranowy przy wyższym stopniu uwodnienia i niższej zawartości boru
  • Kwas borowy — najprostsze źródło boru, stosowane tam, gdzie sód jest niepożądany
  • Trójtlenek antymonu — inny surowiec zestawu szklarskiego, o funkcji klarującej
  • Węglan baru — tlenkowy surowiec ceramiczny stosowany w tych samych gałęziach przemysłu

Piśmiennictwo

Opracowania naukowe, na których opiera się treść tej strony. Zapis w stylu Chicago (autor–data); każda pozycja prowadzi do identyfikatora DOI u wydawcy.

  1. 2012. „Sodium Tetraborate Pentahydrate 12179‐04‐3.” Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials: 1-2. https://doi.org/10.1002/0471701343.sdp22887.pub2.
  2. BIYIKOGLU i in.. 2008. „Production of anhydrous borax from borax pentahydrate.” International Journal of Hydrogen Energy 33 (23): 7103-7109. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.09.006.
  3. Chapman i in.. 1997. „Challenging the dogma of a narrow supply range between deficiency and toxicity of boron.” Boron in Soils and Plants: 151-155. https://doi.org/10.1007/978-94-011-5564-9_29.
  4. Dumanli, Fatma Tugce Senberber i in.. 2022. „Microwave Dehydration of Borax: Characterization, Dehydration Kinetics, and Modelling.” Glass Physics and Chemistry 48 (3): 210-218. https://doi.org/10.1134/s1087659622030087.
  5. Matthes i in.. 2020. „From element to development: the power of the essential micronutrient boron to shape morphological processes in plants.” Journal of Experimental Botany 71 (5): 1681-1693. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa042.
  6. 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.
  7. Sardrodi, Mones i in.. 2022. „Boron deficiency and toxicity symptoms in plants.” Boron in Plants and Agriculture: 51-70. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-90857-3.00010-2.
  8. Sinev, L. S.,, i Ivan D. Petrov. 2016. „Linear Thermal Expansion Coefficient (at Temperatures from 130 to 800 K) of Borosilicate Glasses Used for Anodic Bonding.” Glass and Ceramics 73 (1-2): 32-35. https://doi.org/10.1007/s10717-016-9820-0.
  9. Sokol’skii, A. I.. 2004. „Dehydration Kinetics of Sodium Tetraborate Decahydrate.” Russian Journal of Applied Chemistry 77 (5): 732-735. https://doi.org/10.1023/b:rjac.0000038801.93684.f3.
  10. Woods, W. G. 1994. „An introduction to boron: history, sources, uses, and chemistry.” Environmental Health Perspectives 102 (suppl. 7): 5-11. https://doi.org/10.1289/ehp.94102s75.