البورات

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة
أنيون الأورثوبورات ، وهو أنيون بورات بسيط

البورات هي أي من مجموعة أنيونات الأكسجين البورونية ، وهي أنيونات تحتوي على البورون والأكسجين ، مثل أورثوبورات BO₃⁻ ، وميتابورات BO₂⁻ ، وتترابورات B₄O₂⁻ ؛ أو أي ملح من هذه الأنيونات، مثل ميتابورات الصوديوم Na⁺ [ BO₂ ] ⁻ ، وبوراكس ( Na⁺ ) ₂ [ B₄O₇ ] ²⁻ . ويُطلق الاسم أيضًا على إسترات هذه الأنيونات ، مثل ثلاثي ميثيل بورات B ( OCH₃ ) ₃ .

ظاهرة طبيعية

توجد أيونات البورات، منفردة أو مع أنيونات أخرى، في العديد من معادن البورات والبوروسيليكات مثل البوراكس والبوراسيت واليوليكسيت ( بوروناتروكالسيت ) والكوليمانيت . كما توجد البورات في مياه البحر، حيث تساهم في امتصاص الصوت منخفض التردد فيها. [ 1 ]

تشمل أملاح البورات الشائعة ميتابورات الصوديوم (NaBO₂ ) والبورق. يذوب البورق في الماء، لذا لا تتواجد رواسبه المعدنية إلا في المناطق ذات الأمطار القليلة جدًا. وقد عُثر على رواسب واسعة في وادي الموت ، ونُقلت بواسطة فرق من عشرين بغلاً بين عامي 1883 و1889. وفي عام 1925، عُثر على رواسب في بورون ، كاليفورنيا، على حافة صحراء موهافي . كما تحتوي صحراء أتاكاما في تشيلي على تراكيز قابلة للتعدين من البورات.

توجد البورات أيضاً في النباتات، بما في ذلك جميع الفواكه تقريباً. [ 2 ]

الأنيونات

الأنيونات الرئيسية للبورات هي:

تحضير

في عام 1905 ، لاحظ بورغيس وهولت أن صهر مخاليط من أكسيد البوريك B2O3 وكربونات الصوديوم Na2CO3 ينتج عند التبريد مركبين بلوريين بتراكيب محددة، تتوافق مع البوراكس اللامائي Na2B4O7 ( والذي يمكن كتابته Na2O · 2B2O3 ) وثماني بورات الصوديوم Na2B8O13 ( والذي يمكن كتابته Na2O · 4B2O3 ) . [ 6 ]

الهياكل

تتكون أنيونات البورات (والمجموعات الوظيفية) من وحدات هيكلية مثلثة مستوية BO3 و /أو رباعية الأوجه BO4 ، مرتبطة معًا عبر ذرات الأكسجين المشتركة (الزوايا) أو أزواج الذرات (الحواف ) في تجمعات أكبر لتكوين أيونات مختلفة مثل [ B2O5 ] 4− ، [ B3O8 ] 7− ، [ B4O12 ] 12− ، [ B5O6 ( OH ) 5 ] 2− ، [ B6O13 ] 8− ، إلخ . قد تكون هذه الأنيونات حلقية أو خطية في بنيتها ، ويمكن أن تتجمع بشكل أكبر لتكوين سلاسل وطبقات وهياكل ثلاثية الأبعاد لا نهائية . [ 7 ] [ 8 ] قد يتم تغطية ذرات الأكسجين الطرفية (غير المشتركة) في أنيونات البورات بذرات الهيدروجين ( -OH ) أو قد تحمل شحنة سالبة ( -O- ) .

يمكن تكديس وحدات BO 3 المستوية في الشبكة البلورية للحصول على مدارات جزيئية مترافقة π ، مما ينتج عنه غالبًا خصائص بصرية مفيدة مثل توليد التوافقيات القوية، والانكسار المزدوج ، ونقل الأشعة فوق البنفسجية . [ 8 ]

قد تحتوي أنيونات البورات البوليمرية، مثل LiBO₂ ، على سلاسل خطية من وحدتين أو ثلاث أو أربع وحدات بنائية ثلاثية BO₃ ، تشترك كل منها في ذرات أكسجين مع الوحدة المجاورة. [ 7 ] تحتوي أنيونات أخرى على حلقات؛ على سبيل المثال، يحتوي NaBO₂ وKBO₂ على أيون [ B₃O₆]³⁻ الحلقي ، [ 9 ] الذي يتكون من حلقة سداسية من ذرات البورون والأكسجين بالتناوب مع ذرة أكسجين إضافية مرتبطة بكل ذرة بورون .

يهيمن على التمدد الحراري للبورات البلورية حقيقة أن متعددات السطوح BO3 و BO4 والمجموعات الصلبة المكونة من هذه متعددات السطوح لا تغير عمليًا شكلها وحجمها عند التسخين، ولكنها تدور أحيانًا مثل المفصلات، مما ينتج عنه تمدد حراري متباين الخواص بشكل كبير بما في ذلك التمدد الخطي السالب . [ 10 ]

ردود الفعل

المحلول المائي

في المحلول المائي، يمكن أن يعمل حمض البوريك B(OH) 3 كحمض برونستد ضعيف ، أي مانح للبروتون ، بقيمة pKa ≈ 9. ومع ذلك ، فإنه يعمل في أغلب الأحيان كحمض لويس ، حيث يستقبل زوجًا من الإلكترونات من أيون الهيدروكسيد الناتج عن التحلل الذاتي للماء : [ 11 ] 

B(OH) 3 + 2 H 2 O ⇌ [ B(OH) 4 ] − + H 3 O + (p K = 8.98) [ 12 ]                     

هذا التفاعل سريع للغاية، بزمن مميز أقل من 10 ميكروثانية . [ 13 ] تتشكل أنيونات البورون الأكسجينية المتعددة في محلول مائي لحمض البوريك عند درجة حموضة تتراوح بين 7 و 10 إذا كان تركيز البورون أعلى من حوالي 0.025  مول/لتر. أشهر هذه الأنيونات هو أيون رباعي البورات [ B₄O₇ ] ²⁻ ، الموجود في معدن البوراكس.

4 [ B ( OH ) 4 ] − + 2H + ⇌ [ B4O5 ( OH ) 4 ] 2− + 7H2O

الأنيونات الأخرى التي لوحظت في المحلول هي ثلاثي البورات (1−) وخماسي البورات (1−)، في حالة توازن مع حمض البوريك ورباعي هيدروكسي البورات وفقًا للتفاعلات الكلية التالية: [ 13 ]

2 B(OH) 3 + [ B(OH) 4 ] − ⇌ [ B 3 O 3 (OH) 4 ] − + 3 H 2 O (سريع، p K = −1.92)     
4 B(OH) 3 + [ B(OH) 4 ] − ⇌ [ B 5 O 6 (OH) 4 ] − + 6 H 2 O (بطيء، p K = −2.05)     

في نطاق الأس الهيدروجيني من 6.8 إلى 8.0 ، ستصل أي أملاح قلوية لأنيونات "أكسيد البوريك" ذات الصيغة العامة [ BxOy ( OH) z ](( q− ) حيث 3x + q = 2y + z ) في النهاية إلى حالة توازن في المحلول لتكوين خليط من B(OH) 3 ، [ B ( OH ) 4 ] − ، [ B3O3 (OH) 4 ] − ، و [ B5O6 ( OH) 4 ] − . [ 13 ]

كما هو الحال مع البورات المعقدة المذكورة أعلاه، فإن هذه الأيونات أكثر حمضية من حمض البوريك. ونتيجة لذلك، سيرتفع الرقم الهيدروجيني لمحلول البوليبورات المركز أكثر من المتوقع عند تخفيفه بالماء.

أملاح البورات

توجد عدة أنواع من بورات المعادن المعروفة. ويمكن الحصول عليها عن طريق معالجة حمض البوريك أو أكاسيد البورون بأكاسيد المعادن.

أملاح الأنيونات المختلطة

تحتوي بعض المواد الكيميائية على أنيون آخر بالإضافة إلى البورات. وتشمل هذه المواد كلوريدات البورات ، وكربونات البورات ، ونترات البورات ، وكبريتات البورات ، وفوسفات البورات .

الأكسي أنيونات معقدة تحتوي على البورون

يمكن تكوين الأنيونات الأكثر تعقيدًا عن طريق تكثيف مثلثات البورات أو رباعيات الأوجه مع أنيونات الأكسجين الأخرى لإنتاج مواد مثل بوروسلفات ، وبوروسيلينات ، وبوروتيلورات ، وبوروأنتيمونات ، وبوروفوسفات ، أو بوروسيلينيت .

يمكن اعتبار زجاج البوروسيليكات ، المعروف أيضًا باسم البايركس ، سيليكاتًا استُبدلت فيها بعض وحدات [SiO₄ ] ⁴⁻ بمراكز [ BO₄ ] ⁵⁻ ، بالإضافة إلى كاتيونات إضافية لتعويض الفرق في حالات التكافؤ بين السيليكون (IV) والبورون (III). ولأن هذا الاستبدال يؤدي إلى عيوب، فإن المادة تتبلور ببطء. ويُشكّل زجاجًا ذا معامل تمدد حراري منخفض ، وبالتالي فهو مقاوم للتشقق عند التسخين، على عكس زجاج الصودا .

الاستخدامات

بلورات البوراكس

يمكن استخدام ميتابورات الليثيوم ، أو رباعي بورات الليثيوم، أو مزيج منهما، لتحضير عينات صهر البورات لتحليلها باستخدام تقنيات XRF و AAS و ICP-OES و ICP-MS . وقد استُخدم صهر البورات وقياس طيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة مع الإثارة المستقطبة لتحليل التربة الملوثة. [ 14 ]

يُستخدم ثنائي بورات الصوديوم رباعي الهيدرات Na₂B₈O₁₃ · 4H₂O ( يُختصر عادةً بـ DOT ) كمادة حافظة للخشب ومبيد للفطريات. ويُستخدم بورات الزنك كمادة مثبطة للهب .

تم النظر في بعض البورات ذات الأنيونات الكبيرة والكاتيونات المتعددة ، مثل K2Al2B2O7 و Cs3Zn6B9O21 ، لتطبيقات في البصريات غير الخطية . [ 8 ]

إسترات البورات

إسترات البورات هي مركبات عضوية يمكن تحضيرها بسهولة عن طريق تفاعل التكثيف المتكافئ لحمض البوريك مع الكحولات (أو نظائرها من الكالكوجين ). [ 15 ]

الأغشية الرقيقة

تمت زراعة الأغشية الرقيقة من بورات المعادن بواسطة مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك الترسيب في الطور السائل (مثل FeBO 3 ، [ 16 ] β-BaB 2 O 4 [ 17 ] )، والتبخير بشعاع الإلكترون (مثل CrBO 3 ، [ 18 ] β-BaB 2 O 4 [ 19 ] )، والترسيب بالليزر النبضي (مثل β-BaB 2 O 4 ، [ 20 ]  Eu(BO 2 ) 3 [ 21 ] )، والترسيب الطبقي الذري (ALD). تم تحقيق النمو بواسطة ALD باستخدام مواد أولية تتكون من رابطة ثلاثي (بيرازوليل) بورات وإما الأوزون أو الماء كمؤكسد لترسيب أغشية CaB 2 O 4 ، [ 22 ] SrB 2 O 4 ، [ 23 ] BaB 2 O 4 ، [ 24 ] Mn 3 (BO 3 ) 2 ، [ 25 ] و CoB 2 O 4 [ 25 ] .

علم وظائف الأعضاء

توجد أنيونات البورات في الغالب على شكل حمض غير متأين في المحلول المائي عند درجة الحموضة الفسيولوجية. ولا يحدث أي استقلاب إضافي لها في الحيوانات أو النباتات. في الحيوانات، يُمتص حمض البوريك/أملاح البورات بالكامل بعد تناوله عن طريق الفم. ويحدث الامتصاص عن طريق الاستنشاق، على الرغم من عدم توفر بيانات كمية دقيقة. وتشير بيانات محدودة إلى أن حمض البوريك/أملاحه لا يُمتص عبر الجلد السليم بشكل ملحوظ، على الرغم من حدوث امتصاص عبر الجلد المتضرر بشدة. ويتوزع في جميع أنحاء الجسم، ولا يُحتفظ به في الأنسجة باستثناء العظام، ويُطرح بسرعة في البول. [ 26 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "الفيزياء والآليات الأساسية لامتصاص الصوت في مياه البحر" . المختبر الفيزيائي الوطني . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-04-2008 .
  2. ↑ ألين، أ.هـ؛ تانكارد، أ.ر (1904). "تحديد حمض البوريك في عصير التفاح والفواكه وغيرها" . المحلل . 29 (أكتوبر): 301-304 . Bibcode : 1904Ana....29..301A . doi : 10.1039/an9042900301 .
  3. ↑ "رباعي البورات" .
  4. ^ كاروندو، MAAF دي CT. سكابسكي، إيه سي (1978). "تحسين البنية البلورية للأشعة السينية لعامل التبييض الصناعي ثنائي الصوديوم رباعي هيدروكسو-دي-ميكرو-بيروكسو-ثنائي بورات سداسي هيدرات، Na 2 [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ] · 6H 2 O". اكتا كريستالوجر ب . 34 : 3551. دوى : 10.1107/S0567740878011565 .
  5. ^ بوبنوفا، RS؛ شيبيليف، جو. واو؛ سينوفا، NA؛ فيلاتوف، كورونا (2002). "السلوك الحراري لمجموعات أكسجين البورون الصلبة في التركيب البلوري α-Na 2 B 8 O 13 " . Zeitschrift für Kristallographie – المواد البلورية . 217 (9): 444– 450. بيب كود : 2002ZK....217..444B . دوى : 10.1524/zkri.217.9.444.22881 . S2CID 95388918 . 
  6. ↑ تشارلز هاتشينز بورغيس وألفريد هولت (1905): "بعض الخصائص الفيزيائية لبورات الصوديوم، مع طريقة جديدة وسريعة لتحديد نقاط الانصهار." وقائع الجمعية الملكية في لندن ، المجلد 74، الصفحات 285-295. doi : 10.1098/rspl.1904.0112
  7. 1 2 Wiberg E. and Holleman AF (2001) الكيمياء غير العضوية ، إلسفير ISBN 0-12-352651-5
  8. 1 2 3 ميريدينغ موتايلبو، مين تشانغ، شياويو دونغ، يانا تشن، وشيلي بان ( 2016 ): "تأثيرات توجيه الوحدات البنائية الأساسية [B5O11 ] 7- على الهياكل الطبقية القائمة على البنتابورات". الكيمياء غير العضوية ، المجلد 55 ،العدد 20، الصفحات 10608-10616. doi : 10.1021/acs.inorgch
  9. ↑ غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ص 205. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN   978-0-08-037941-8.
  10. ↑ ريما س. بوبنوفا وستانيسلاف ك. فيلاتوف (2008): "التمدد الحراري المتباين القوي في البورات". فيزياء الحالة الصلبة الأساسية ، المجلد 245، العدد 11، الصفحات 2469-2476. doi : 10.1002/pssb.200880253
  11. ↑ أتكينز وآخرون (2010). الكيمياء غير العضوية ( الطبعة الخامسة). مطبعة جامعة أكسفورد. ص 334. ISBN    9780199236176.
  12. ↑ إنجري، ن. (1962). "دراسات التوازن للأنيونات المتعددة. 8. حول خطوات التوازن الأولى في تحلل حمض البوريك، مقارنة بين التوازنات في محلول NaClO4 بتركيز 0.1 مولار و3.0 مولار " . مجلة Acta Chemica Scandinavica . 16 (2): 439-448 . doi : 10.3891/acta.chem.scand.16-0439 . ISSN 0904-213X . 
  13. ١ ٢ ٣ روبرت ك. مومي ونورمان هـ. ناختريب (١٩٦٧): "دراسة الرنين المغناطيسي النووي لتوازن البورات-بوليبورات في المحلول المائي". الكيمياء غير العضوية ، المجلد ٦، العدد ٦، الصفحات ١١٨٩-١١٩٢. doi : 10.1021/ic50052a026
  14. ↑ هيتيباثيرانا، تيرانس د. (2004). "التحديد المتزامن لمستويات أجزاء في المليون من الكروم والزرنيخ والكادميوم والرصاص، والعناصر الرئيسية في التربة الملوثة بمستويات منخفضة باستخدام صهر البورات وقياس طيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة مع الإثارة المستقطبة". مجلة سبيكتروكيميكا أكتا، الجزء ب: التحليل الطيفي الذري . 59 (2): 223-229 . رمز Bibcode : 2004AcSpB..59..223H . doi : 10.1016/j.sab.2003.12.013 .
  15. ↑ "الإسترات" . موسوعة المصطلحات الكيميائية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . 2014. doi : 10.1351/goldbook.E02219 .
  16. ^ ياجوبوف، س. ستروجاتسكي، م. سيليزنيوفا، ك. موجيلينيك، يو. ميليوكوفا، إي. ماكسيموفا، إي. نوهاتسكي، أنا. دروفوسيكوف، أ. كرينز، ن. (نوفمبر 2016). "أفلام بورات الحديد: التوليف والتوصيف" (PDF) . مجلة المغناطيسية والمواد المغناطيسية . 417 : 338– 343. بيب كود : 2016JMMM..417..338Y . دوى : 10.1016/j.jmmm.2016.05.098 .
  17. ↑ ليو، جونفانغ؛ هي، شياومينغ؛ شيا، تشانغتاي؛ تشو، غوتشينغ؛ تشو، شنغمينغ؛ شو، جون؛ ياو، وو؛ تشيان، ليجيا (يوليو 2006). "تحضير أغشية رقيقة من بورات الباريوم بيتا البلورية على ركائز من بورات الباريوم ألفا المشوبة بأيونات Sr²⁺ باستخدام الترسيب الطوري السائل". أغشية صلبة رقيقة . 510 ( 1-2 ): 251-254 . Bibcode : 2006TSF...510..251L . doi : 10.1016/j.tsf.2005.12.205 .
  18. ^ جها، ميناكا؛ كشيرساغار، ساشين د.؛ غاناشيام كريشنا، م.؛ جانجولي ، أشوك ك. (يونيو 2011). "النمو والخصائص البصرية لأغشية بورات الكروم الرقيقة". علوم الحالة الصلبة . 13 (6): 1334– 1338. بيب كود : 2011SSSci..13.1334J . دوى : 10.1016/j.solidstatesciences.2011.04.002 .
  19. ↑ مايا، إل جيه كيو؛ فيتوسا، سي إيه سي؛ دي فيسنتي، إف إس؛ ماستيلارو، في آر؛ لي، إم سيو؛ هيرنانديز، إيه سي (سبتمبر 2004). "الخصائص البنيوية والبصرية لأغشية رقيقة من بورات الباريوم بيتا المُنمّاة بالتبخير الإلكتروني". مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ أ: الفراغ، والأسطح، والأغشية . 22 ( 5): 2163-2167 . Bibcode : 2004JVSTA..22.2163M . doi : 10.1116/1.1778409 . ISSN 0734-2101 . 
  20. ↑ شياو، ر. ف.؛ نغ، ل. س.؛ يو، ب.؛ وونغ، ج. ك. ل. (17 يوليو 1995). " تحضير أغشية رقيقة من بورات الباريوم بيتا البلورية (β-BaB₂O₄ ) باستخدام الترسيب بالليزر النبضي" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 67 (3): 305-307 . Bibcode : 1995ApPhL..67..305X . doi : 10.1063/1.115426 . ISSN 0003-6951 . 
  21. ↑ ألكساندروفسكي، أ.س.؛ كريلوف، أ.س.؛ بوتسيلويكو، أ.م.؛ سيريدكين، ف.أ.؛ زايتسيف، أ.إ.؛ زامكوف، أ.ف. (2006-02-09). كونوف، فيتالي إ.؛ بانشينكو، فلاديسلاف ي.؛ سوجيوكا، كوجي؛ فيكو، فاديم ب. (محررون). "ترسيب أغشية زجاج بورات اليوروبيوم باستخدام الليزر النبضي وخصائصها البصرية والمغناطيسية البصرية" . سلسلة مؤتمرات جمعية مهندسي الأجهزة الضوئية (SPIE) . وقائع SPIE. 6161 : 61610A–61610A–7. Bibcode : 2006SPIE.6161E..0AA . doi : 10.1117/12.675020 . S2CID 136530746 . 
  22. ↑ سالي، مارك جيه؛ مونيك، فرانس؛ وينتر، تشارلز إتش. (2010). "ترسيب طبقات ذرية لأغشية CaB₂O₄ باستخدام ثنائي ( ثلاثي (بيرازوليل) بورات) الكالسيوم كمصدر عالي الثبات الحراري للبورون والكالسيوم". مجلة كيمياء المواد . 20 (44): 9995. doi : 10.1039/c0jm02280b . ISSN 0959-9428 . 
  23. ↑ سالي، مارك جيه؛ مونيك، فرانس؛ وينتر، تشارلز إتش . (يونيو 2011). "ترسيب طبقات ذرية لأغشية SrB₂O₄ باستخدام المركب الأولي المستقر حراريًا ثنائي (ثلاثي (بيرازوليل) بورات) سترونتيوم". الترسيب الكيميائي للبخار . 17 ( 4-6 ): 128-134 . doi : 10.1002/cvde.201006890 .
  24. ↑ سالي، مارك جيه؛ مونيك، فرانس؛ بيرد، رونالد جيه؛ وينتر، تشارلز إتش. (25 أغسطس/آب 2009). "نمو أغشية رقيقة من BaB₂O₄ بتقنية الترسيب الطبقي الذري من طليعة مستقرة حراريًا بشكل استثنائي تعتمد على ثلاثي (بيرازوليل) بورات". كيمياء المواد . 21 (16): 3742-3744 . doi : 10.1021/cm902030d . ISSN 0897-4756 . S2CID 93114230 .  
  25. 1 2 كليسكو، جوزيف ب.؛ بيلو، جيمس أ.؛ سالي، مارك ج.؛ وينتر، تشارلز هـ.؛ جولين، جاكو؛ ساجافارا، تيمو (سبتمبر 2016). "التحكم غير المعتاد في نسبة العناصر في ترسيب طبقات ذرية من بورات المنغنيز من ثنائي (ثلاثي (بيرازوليل) بورات) المنغنيز والأوزون" . مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ أ: الفراغ، والأسطح، والأغشية . 34 (5): 051515. رمز Bibcode : 2016JVSTA..34e1515K . doi : 10.1116/1.4961385 . ISSN 0734-2101 . 
  26. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية (2005)، "أملاح حمض البوريك/بورات الصوديوم". فصل HED من وثيقة قرار أهلية إعادة تقييم التسامح (TRED)، EPA-HQ-OPP-2005-0062-0004، ص 11 (يناير 2006). كما ورد في PubChem.