شرکت شبانکو

اسید بوریک، با فرمول شیمیایی H3BO3، یک ترکیب بور هیدراته با اهمیت فراوان در قلمرو شیمی معدنی و کاربردهای صنعتی محسوب می‌شود. این ماده به شکل پودری سفید، بلورین و بدون بو در طبیعت یافت شده و از طریق واکنش‌های شیمیایی کنترل‌شده از منابع معدنی غنی از بور مانند بوراکس استخراج می‌گردد. از لحاظ شیمیایی، اسید بوریک به عنوان یک اسید لوئیس ضعیف طبقه‌بندی می‌شود که این ویژگی، همراه با پایداری حرارتی نسبتاً خوب و خواص جذب نوترون، زمینه‌ساز طیف وسیعی از کاربردهای استراتژیک آن شده است. این مقاله به بررسی دقیق ساختار، خواص فیزیکی و شیمیایی، مسیرهای تولید و تنوع کاربردهای این ماده، از صنایع شیشه‌سازی و بازدارنده‌های شعله گرفته تا نقش‌های حیاتی در پزشکی و فناوری هسته‌ای، خواهد پرداخت و در انتها، ملاحظات ایمنی مرتبط با مصرف آن مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.

مقدمه

اسید بوریک، با فرمول شیمیایی H3BO3، یک ترکیب شیمیایی مهم و پرکاربرد است که به صورت پودر سفید، بلورین و بدون بو وجود دارد. این اسید ضعیف، که به طور طبیعی در برخی از مواد معدنی مانند ساسولیت یافت می‌شود، به دلیل خواص منحصر به فرد خود، در صنایع مختلف، پزشکی، کشاورزی و حتی مصارف خانگی کاربردهای گسترده‌ای پیدا کرده است. در این مقاله به بررسی جامع خواص، کاربردها، نحوه تولید و ملاحظات ایمنی مربوط به اسید بوریک می‌پردازیم.

خواص فیزیکی و شیمیایی

ظاهر: اسید بوریک به صورت بلورهای سفید، بی‌رنگ و بدون بو وجود دارد.
حلالیت: این ماده در آب به خوبی حل می‌شود، به طوری که حلالیت آن با افزایش دما، به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. همچنین در الکل‌ها و گلیسرول نیز تا حدی محلول است.
اسیدیته: اسید بوریک یک اسید لوئیس ضعیف است و در آب به عنوان یک اسید تک پروتونی عمل می‌کند، اما قدرت اسیدی آن نسبت به اسیدهای معدنی رایج بسیار کمتر است.
نقطه ذوب و تجزیه: اسید بوریک در حدود دمای ۲۳۶ درجه سانتی‌گراد ذوب شده و در حدود ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد تجزیه می‌شود و ترکیبات بور دیگر مانند پیروبوریک اسید (H2B4O7) را تشکیل می‌دهد.
کاربردهای اسید بوریک:

تنوع کاربردهای اسید بوریک آن را به یک ماده شیمیایی ارزشمند تبدیل کرده است:

حشره‌کش و آفت‌کش: یکی از شناخته‌شده‌ترین کاربردهای اسید بوریک، استفاده از آن به عنوان یک حشره‌کش ملایم است. این ماده با اثرگذاری بر سیستم عصبی و گوارشی حشرات، به ویژه سوسک‌ها، مورچه‌ها، موریانه‌ها و کک‌ها، باعث از بین رفتن آن‌ها می‌شود. به دلیل سمیت نسبتاً پایین برای پستانداران، اغلب در محیط‌های خانگی و صنعتی برای کنترل آفات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

صنایع شیشه و سرامیک: اسید بوریک یک جزء کلیدی در تولید شیشه‌های بوروسیلیکات (مانند پیرکس) است. این نوع شیشه به دلیل مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی و مواد شیمیایی، در ظروف آزمایشگاهی، ظروف پخت و پز و تجهیزات صنعتی کاربرد دارد. همچنین در لعاب‌های سرامیکی برای ایجاد سطوح صاف و مقاوم استفاده می‌شود.

بازدارنده شعله: اسید بوریک به عنوان یک بازدارنده شعله در مواد مختلفی مانند چوب، پارچه، عایق‌های سلولزی و پلاستیک‌ها عمل می‌کند. هنگامی که این مواد در معرض حرارت قرار می‌گیرند، اسید بوریک با تجزیه شدن، بخارات آب و اکسید بور آزاد می‌کند که این امر از رسیدن اکسیژن به منبع آتش جلوگیری کرده و سرعت سوختن را کاهش می‌دهد.

کاربردهای پزشکی و بهداشتی: در غلظت‌های پایین، اسید بوریک به عنوان یک ضدعفونی‌کننده ملایم و در برخی داروها و محلول‌های شستشوی چشمی و پوستی استفاده می‌شود. همچنین به دلیل خاصیت بافری، در برخی محصولات بهداشتی کاربرد دارد. (توجه: استفاده خوراکی یا پوستی آن باید حتماً تحت نظر پزشک باشد).

صنعت هسته‌ای: اسید بوریک به دلیل توانایی آن در جذب نوترون‌های حرارتی، در راکتورهای هسته‌ای به منظور کنترل واکنش زنجیره‌ای شکافت هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. با افزودن اسید بوریک به آب خنک‌کننده راکتور، می‌توان سرعت واکنش را تنظیم و یا آن را متوقف کرد.

سایر کاربردها: اسید بوریک همچنین در تولید کودهای کشاورزی (به عنوان منبع بور)، در صنعت چرم‌سازی، به عنوان روان‌کننده در برخی فرآیندها و در ساخت مواد شوینده کاربرد دارد.

نحوه تولید

اسید بوریک معمولاً از واکنش اسید سولفوریک با مواد معدنی حاوی بور مانند بوراکس (Na2B4O7 . 10H2O) یا کولمانتیت ( Ca2B6O11 . 5H2O) در آب تولید می‌شود. این واکنش منجر به رسوب اسید بوریک در محلول می‌گردد که سپس جداسازی و خالص‌سازی می‌شود.

اسید بوریک، که به طور رسمی با نام اسید اورتوبوریک نیز شناخته می‌شود، یک ترکیب شیمیایی با ساختار و ویژگی‌های خاص است که در ادامه آمده است:

1. فرمول و ساختار مولکولی
فرمول شیمیایی: H3BO3
جرم مولی: 61.83گرم بر مول (g/mol)
ساختار: مولکول اسید بوریک از یک اتم بور (B) تشکیل شده است که به سه گروه هیدروکسیل (OHOH) متصل است. این ساختار به شکل یک هرم مثلثی با اتم بور در رأس است.
پیوند هیدروژنی: یکی از ویژگی‌های مهم ساختاری اسید بوریک، توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی قوی بین مولکول‌های مجاور است. این پیوندها باعث می‌شوند که در حالت جامد، مولکول‌ها به صورت لایه‌های دوبعدی به هم متصل شوند و ساختار بلوری آن را شکل دهند.

2. خاصیت اسیدیته (اسید لوئیس)

• طبقه بندی: اسید بوریک یک اسید لوئیس ضعیف است، نه یک اسید برونستد-لوری قوی.
• مکانیسم اسیدی: بر خلاف اسیدهای معدنی رایج (مانند HCl\text{HCl}HCl) که با دادن پروتون (H+\text{H}^+H+) در آب تفکیک می‌شوند، اسید بوریک با پذیرش جفت الکترون از یک مولکول آب (H2O\text{H}_2\text{O}H2​O) به عنوان اسید لوئیس عمل می‌کند. این فرآیند به صورت زیر است:

                                                                                                                                                    B(OH)3​+H2​O⇌[B(OH)4​]−+H+

• pKa\text{pKa}pKa: مقدار pKa\text{pKa}pKa آن در حدود 9.249.249.24 است که نشان‌دهنده خاصیت اسیدی بسیار ضعیف آن در محیط آبی است.

3. واکنش‌پذیری شیمیایی
آب‌کافت (هیدرولیز): همانطور که ذکر شد، در آب واکنش می‌دهد و یک محیط کمی اسیدی ایجاد می‌کند.
تشکیل بورات‌ها: اسید بوریک با بازها یا اکسیدهای فلزی واکنش داده و نمک‌های بورات (مانند بوراکس) را تشکیل می‌دهد.
واکنش با الکل‌ها: با الکل‌ها، استرهای بورات تشکیل می‌دهد که در سنتزهای آلی اهمیت دارند.
جذب نوترون: اتم بور-۱۰ (ایزوتوپ نسبتاً فراوان) در این ترکیب توانایی بالایی در جذب نوترون‌های حرارتی دارد، که این خاصیت در راکتورهای هسته‌ای حیاتی است.

ملاحظات ایمنی و سمی‌شناسی

اسید بوریک به طور کلی سمیت پایینی دارد، به خصوص در صورت تماس کوتاه‌مدت با پوست یا مصرف مقادیر اندک. با این حال، مصرف مقادیر زیاد یا غلظت‌های بالای آن می‌تواند سمی باشد و به ویژه برای کودکان خطرناک است. علائم مسمومیت با اسید بوریک شامل مشکلات گوارشی، بثورات پوستی و در موارد شدیدتر، اختلال در عملکرد کلیه‌ها و سیستم عصبی مرکزی است.

محیط زیست: غلظت‌های بالای اسید بوریک می‌تواند برای حیات آبزیان مضر باشد.
مقایسه با بوراکس: مهم است که اسید بوریک را با بوراکس اشتباه نگیریم. بوراکس خاصیت خورندگی بیشتری دارد و استفاده نامناسب از آن می‌تواند باعث تحریک چشم و پوست شود.
همیشه هنگام کار با اسید بوریک، به ویژه در غلظت‌های بالا یا به صورت پودر، از دستکش و عینک محافظ استفاده کنید و دستورالعمل‌های ایمنی را رعایت نمایید.

نتیجه‌گیری

اسید بوریک با خواص منحصر به فرد خود، نقش مهمی در صنایع مختلف ایفا می‌کند. از کنترل آفات گرفته تا تولید مواد پیشرفته مانند شیشه‌های مقاوم و کاربردهای حیاتی در صنعت هسته‌ای، این ترکیب شیمیایی نشان‌دهنده اهمیت علم شیمی در زندگی مدرن است. با این حال، آگاهی از ملاحظات ایمنی هنگام استفاده از آن، برای بهره‌برداری صحیح و بی‌خطر ضروری است.