Boritany

Boritany jsou soli a estery odvozené od kyseliny borité. Jejich molekuly mají trojúhelníkovou nebo čtyřstěnnou strukturu. Boritany jsou v přírodě nejběžnější formou boru.

Struktura

Boritany se skládají z trojúhelníkových jednotek BO₃ nebo ze čtyřstěnných jednotek BO₄, propojených společnými atomy kyslíku.^[1] a mohou mít lineární i cyklické molekuly.

Nejjednodušší boritanový anion BO 3-
3 je odvozen od kyseliny borité H₃BO₃; příkladem soli je boritan vápenatý Ca₃(BO₃)₂,^[2] jehož molekula má téměř rovinný tvar. Boritanový anion je strukturním analogem uhličitanového aniontu CO 2-
3 . Podle jednoduché teorie chemické vazby má tvar trojúhelníku, ve valenční teorii vazby vazby bor-kyslík tvoří sp² hybridizované orbitaly boru. Některé sloučeniny řazené mezi boritany, nemají trojúhelníkové molekuly, například molekula boritanu gadolinitého (GdBO₃) se skládá z polyboritanových řetězců ([B₃O₉]⁹⁻), které se při vyšších teplotách mění na BO 3-
3 .^[3]

Kyselina boritá

Struktura tetrahydroxyboritanového aniontu

Všechny boritany mohou být považovány za deriváty kyseliny borité (B(OH)₃), která je slabým donorem protonu (pK_a ~ 9), a tedy slabou Brønstedovou kyselinou, jedná se však o dobrou Lewisovu kyselinu, jelikož může přijmou elektronový pár. Ve vodě se chová jako Lewisova kyselina, když přijímá volné elektronové páry z hydroxydových iontů vzniklých autoionizací vody.

B(OH)₃ je kyselá díky tomu, že reaguje s hydroxidovými anionty za tvorby tetrahydroxyboritanového komplexu [B(OH)₄]⁻ a uvolnění protonu:^[4]

B(OH)₃ 2 H₂O ⇌ [B(OH)₄]⁻ [H₃O] (pK_a = 8.98)^[5]

Za přítomnosti cis-diolů, jako jsou manitol, sorbitol, glukóza a glycerol, se kyselina boritá stává kyselejší a její pKa může být, v závislosti na koncentraci manitolu, i kolem 4.^[6]

Při tvorbě komplexu (v podstatě esteru) reakcí jedné molekuly kyseliny borité a dvou molekul manitolu se uvolní tři molekuly vody a jeden proton:

⇌ 3 H₂O H

(pK_a se podle koncentrace manitolu pohybuje v rozmezí 4 až 9).

Vzniklý produkt bývá nazýván kyselina manitoboritá, protože může být titrován silnou zásadou, například hydroxidem sodným; bod ekvivalence se určuje potenciometrickou titrací, která slouží ke stanovení koncentrace boritanů. Tímto způsobem se často určuje obsah boru v primárním okruhu u lehkovodních reaktorů, ve kterých slouží kyselina boritá jako moderátor neutronů.

Polymerní ionty

Struktura tetraboritanového iontu: růžová barva označuje bor; červená kyslík, bílá vodík. Tato tetramerní struktura se skládá z dvou atomů boru v čtyřstěnné konfiguraci, které se společně vážou na atom kyslíku a jsou s dalšími kyslíky spojeny jinými atomy boru v trojúhelníkové kombinaci. Jsou vidět tři cykly: dva s třemi atomy boru a jeden se čtyřmi.

Při neutrálním pH se kyselina boritá účastní kondenzačních reakcí, při kterých vznikají polymerní anionty. Následující rovnice popisuje vznik tetraboritanového aniontu:

2 B(OH)₃ 2 [B(OH)₄]⁻ ⇌ [B₄O₅(OH)₄]²⁻ 5 H₂O

Tetraboritanový anion se skládá z dvou čtyřstěnných a dvou trojúhelníkových struktur propojených do bicyklického celku. Dva atomy boru vytvářející čtyřstěnné struktury jsou propojeny společným kyslíkovým atomem, díky navázaným hydroxylovým skupinám mají záporný náboj. Celý anion se skládá ze tří cyklů: dvou propojených šestičlenných (boroxolových) a jednoho osmiúhelníkového; v každém cyklu se střídají atomy boru a kyslíku. Boroxolové cykly jsou součástí struktury mnoha boritanových aniontů.

Mezi tetraboritany patří minerál borax (oktahydrát tetrahydroxoboritanu sodného, Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O; obvykle psáno zjednodušeně jako Na₂B₄O₇·10H₂O). Tetraboritan sodný lze získat ve velmi čisté podobě a může tak být použit na přípravu standardních roztoků v odměrné analýze.

Byl popsán velký počet boritanů různých kovů, jako jsou:^[1]

diboritany, [B₂O₅]⁴⁻, například Mg₂B₂O₅ (suanit)
triboritany [B₃O₇]⁵⁻, například CaAlB₃O₇ (johachidolit),
tetraboritany, [B₄O₉]⁶⁻, například Li₆B₄O₉.

Jsou také známy boritany odvozené od kyseliny monohydrogenborité (HBO₂), jako LiBO₂ a KBO₂, v jejich molekulách se vyskytují cyklické ionty [B₃O₆]²⁻.

Borokřemičitany

Borokřemičité sklo je v podstatě křemičitan, v jehož struktuře jsou některé jednotky [SiO₄]⁴⁻ nahrazeny [BO₄]⁵⁻ centry, společně s různými kationty, které vyrovnávají rozdíly v oxidačních číslech křemíku (oxidační číslo IV) a boru (oxidační číslo III). Tyto nepravidelnosti ve struktuře vedou k pomalé krystalizaci a vzniklé sklo má nízký součinitel teplotní roztažnosti, díky čemuž je, na rozdíl od běžného sodného skla, odolné vůči popraskání při zahřívání.

Výskyt a použití

K běžným boritanům patří boritan sodný (NaBO₂) a borax. Borax je rozpustný ve vodě, a tak se jako minerál vyskytuje pouze v místech s nízkými úhrny srážek; mezi taková místa patří mimo jiné Údolí smrti a poušť Atacama.

Boritan a tetraboritan lithný lze použít při přípravě vzorků pro analýzu rentgenovou fluorescencí, atomovou absorpční spektrometrií, ICP-OES a ICP-MS, například k analýze kontaminované půdy.^[7]

Tetrahydrát oktaboritanu disodného se používá ke konzervaci dřeva a jako fungicid. Boritan zinečnatý má využití jako zpomalovač hoření.

Boritanové estery

Boritanové estery jsou organické sloučeniny připravované kondenzací stechiometrických množství kyseliny borité a alkoholů.

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Borate na anglické Wikipedii.

↑ ^a ^b Wiberg E. and Holleman A.F. (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier ISBN 0-12-352651-5
↑ A. Vegas. New description of the Ca₃(BO₃)₂ structure. Acta Crystallographica Section C. 1985, s. 1689–1690. ISSN 0108-2701. DOI 10.1107/S0108270185009052.
↑ M. Ren; J. H. Lin; Y. Dong; L. Q. Yang; M. Z. Su; L. P. You. Structure and Phase Transition of GdBO₃. Chemistry of Materials. 1999, s. 1576–1580. ISSN 0897-4756. DOI 10.1021/cm990022o.
↑ Inorganic Chemistry. [s.l.]: Oxford University Press, 2010. Dostupné online. ISBN 9780199236176. S. 334.
↑ Ingri N. (1962) Acta Chem. Scand., 16, 439.
↑ NIST Special Publication. [s.l.]: U.S. Government Printing Office, 1969.
↑ Terrance D. Hettipathirana. Simultaneous determination of parts-per-million level Cr, As, Cd and Pb, and major elements in low level contaminated soils using borate fusion and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry with polarized excitation. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2004, s. 223–229. DOI 10.1016/j.sab.2003.12.013. Bibcode 2004AcSpe..59..223H.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu Boritany na Wikimedia Commons

[Wiberg&Holleman-1] Wiberg E. and Holleman A.F. (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier ISBN 0-12-352651-5

[2] A. Vegas. New description of the Ca₃(BO₃)₂ structure. Acta Crystallographica Section C. 1985, s. 1689–1690. ISSN 0108-2701. DOI 10.1107/S0108270185009052.

[3] M. Ren; J. H. Lin; Y. Dong; L. Q. Yang; M. Z. Su; L. P. You. Structure and Phase Transition of GdBO₃. Chemistry of Materials. 1999, s. 1576–1580. ISSN 0897-4756. DOI 10.1021/cm990022o.

[4] Inorganic Chemistry. [s.l.]: Oxford University Press, 2010. Dostupné online. ISBN 9780199236176. S. 334.

[5] Ingri N. (1962) Acta Chem. Scand., 16, 439.

[6] NIST Special Publication. [s.l.]: U.S. Government Printing Office, 1969.

[7] Terrance D. Hettipathirana. Simultaneous determination of parts-per-million level Cr, As, Cd and Pb, and major elements in low level contaminated soils using borate fusion and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry with polarized excitation. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2004, s. 223–229. DOI 10.1016/j.sab.2003.12.013. Bibcode 2004AcSpe..59..223H.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]