تهیه اسید بوریک از بوراکس

تهیه اسید بوریک از بوراکس

هدف از انجام این آزمایش تهیه اسید بوریک از بوراکس می باشد. ابتدا بوراکس را در آب گرم حل کرده و در مرحله بعد عمل خنثی سازی را با استفاده از اسید کلریدریک انجام دهید.

اسید بوریک (اسید ارتوبوریک) اسیدی بسیار ضعیف است که از بورات ها و یا هیدرولیز هالید های بور با هیبریداسیون sp² به دست می آید. این اسید به صورت بلور های سفید سوزنی شکل است که در آن واحد های B(OH)₃ از طریق پیوند های هیدروژنی به یکدیگر متصل شده اند و لایه های نامحدودی (با فاصله ۳٫۱۸Å) با تقارن تقریباً شش ضلعی تشکیل می دهند. این امر سهولت متورق شدن بلور ها را توجیه می کند.

B₂O₃ یک اکسید اسیدی است. زیرا اغلب اکسید نافلزات با آب واکنش می دهند و اکسی اسید تولید می کنند:

B₂O₃  +  H₂O  →  H₃BO₃

اسید بوریک در آب تا حدودی حل شده و انحلال پذیری آن با افزایش دما زیاد می شود. این اسید تک بازی و ضعیف است و به عنوان پروتون دهنده عمل نمی کند بلکه به عنوان اسید لوییس (پذیرنده یون هیدروکسید) عمل می کند.

B(OH)₃ + H₂O  ↔  B(OH)₄^-  +  H⁺ _(aq)               pk = 9.25

^-B(OH)₄  در غلظت های کمتر از  M 0.025  فقط به صورت نمونه های یک هسته ای B(OH)₃  و  ₄(^-B(OH وجود دارند ولی در غلظت های بالاتر قدرت اسیدی افزایش می یابد و اندازه گیری pH موید تشکیل نمونه های بسپار مانند است.

۳ B(OH)₃  →  B₃O₃(OH)₄^-  +  H⁺  +  ۲ H₂O         pk = 6.84

در محلول های مختلف اسید بوریک و بورات ها بسپار هایی مانند ^-B₃O₃(OH)₄   را طبق معادله زیر می دهند.

۲ B(OH)₃  + B(OH)₄^-  ↔   B₃O₃(OH)₄^- + 3H₂O       pk = 110

به نظر می رسد که بسپار اصلی حلقوی باشد و وجود چنین حلقه هایی در بورات های متبلور مانند ۲B₂O₃ و Cs₂O محرز است.

از تعادل سریعی که بین اسید بوریک نشان دار شده با اکسیژن – ۱۸ و بورات ها انجام می شود، می توان نتیجه گرفت که در محلول تعادل به سرعت روی می دهد. این ترکیب ها با پلی اولها مانند گلیسرول و α  - هیدروکسی کربوکسیلیک اسید ها کمپلکس هایی به نسبت ۱:۱ تشکیل داده، قدرت اسیدی اسید بوریک افزایش یافته و اندازه گیری مستقیم آن با سود (NaOH) امکان پذیر می شود. گلیسرول یک ماده کمپلکس دهنده که اگر غلظت آن را کمتر کنیم تعداد کمپلکس های پایدار کمتر می شود و در نتیجه قدرت اسیدی بوریک اسید کمتر افزایش می یابد در نتیجه با حجم کمتری از سدیم هیدروکسید (NaOH) تیتر می شود.

بورات ها مشتق از سه اسید می شوند. اسید اورتوبوریک(H₃BO₃)  اسید پیروبوریک(H₂B₄O₇)  اسید متابوریک(HBO₂).

در اثر گرما در ۱۰۰ تا ۱۴۰ درجه سلسیوس اسید بوریک به ترتیب به صورت زیر تجزیه می گردد و در حرارت های بالاتر  B₂O₃  بدست می آید:

H₃BO₃   ↔   HBO₂   ↔   H₂B₄O₇   ↔   B₂O₃ 

وسایل مورد نیاز:

قیف بوخنر، لوله آزمایش، کاغذ صافی، نوار کاغذ یونیورسال، اسپاتول، میله چینی یا شیشه ای، بشر۲۵۰ میلی لیتری، کریستالیزور

مواد مورد نیاز:

بوراکس، اسید کلریدریک ۲۵% ، اسید سولفوریک غلیظ، پودر منیزیم یا نوار منیزیم، معرف تورنسل، محلول نیترات نقره، متیل الکل، محلول سولفات مس، محلول سولفات آلومینیم

روش کار:

 ۱) ۱۲ گرم بوراکس را در  ۲۵ ml آب مقطر گرم حل کرده و محلول حاصل را با اسید کلریدریک ۲۵% خنثی کنید. محلول را به آرامی سرد کرده و جسم بلورین حاصل را با استفاده از قیف بوخنر صاف کنید. اسید بوریک را بر روی کاغذ صافی خشک کنید و محلول زیرین را جهت گرفتن مابقی اسید، تغلیظ نمائید.

Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O  →  ۴B(OH)_{3 (s)} + 2NaCl

۲) در یک بشر کوچک مقدار ۱٫۸ گرم بوراکس را در ۴ میلی لیتر آب جوش حل کرده و به آن ۲ میلی لیتر اسید سولفوریک ۳ مولار می افزاییم. مخلوط را به هم زده و در تشتک آب یخ قرار می دهیم. رسوب را صاف کرده و خشک می کنیم.

Na₂B₄O₇ + H₂SO₄ + 5H₂O  →  ۴B(OH)_{3 (s)} + Na₂SO₄

شناسایی

۱- مقداری از بلور های اسید بوریک را در آب گرم حل کرده و محلول را به سه لوله آزمایش منتقل نمائید. سپس به داخل یکی از لوله آزمایش ها ۵-۳  قطره محلول تورنسل خنثی اضافه کنید و تغییر رنگ محلول را مشاهده نمائید. تکه ای از کاغذ یونیورسال را در داخل لوله آزمایش دیگر به مدت چند ثانیه نگهدارید. رنگ آن را با رنگ استاندارد مقایسه کنید و pH  اسید بوریک را حدس بزنید.

 ۲- میله ای شیشه ای و یا از جنس چینی را در شعله حرارت دهید. میله داغ را در پودر اسید بوریک وارد کنید و مجدداً روی شعله بگیرید و تغییر رنگ شعله را به دقت مشاهده کنید.

 ۳- چند عدد از بلور بوراکس، Na₂B₄O₇  را در داخل یک بوته چینی قرار داده و روی آن ۳-۲ قطره اسید سولفوریک غلیظ بریزید. سپس ۶-۵  قطره متیل الکل به مخلوط اضافه کنید و مخلوط را با یک میله شیشه ای خوب بهم بزنید و میله شیشه ای را روی شعله بگیرید. نور حاصل از تری متیل بورات B(OCH₃)₃  و همچنین رنگ شعله را مشاهده کنید.

 ۴- چند قطره از محلول اشباع بوراکس را در سه لوله آزمایش بریزید. در لوله آزمایش اول محلول نیترات نقره، در دومی محلول سولفات مس و در سومی محلول سولفات آلومینیم بریزید. به رنگ رسوب ها توجه کنید. رسوب های حاصل به ترتیب متابورات نقره، نمک مس Cu(OH)BO₂ و هیدروکسید آلومینیم است.

سنجش اسید بوریک

۰٫۵ گرم اسد بوریک را وزن کرده در بالون ژوژه با آب مقطر به حجم ۱۰۰ میلی لیتر می رسانیم. ۱۰ سی سی برداشته و ۳۰ سی سی گلیسیرین ۱ مولار به آن اضافه کنید و با سود ۰٫۱ نرمال تیتر نمایید.

آدرس این کتاب :