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