آشنایی با اسید بوریک

در این مقاله قصد داریم تا شما عزیزان را با نحوه تولید اسید بوریک آشنا کنیم. اما پیش از آن بهتر است مروری بر ماهیت شیمیایی و فیزیکی این ماده داشته باشیم. اسید بوریک یا Trihydroxidoboron نام‌های آیوپاک ماده‌ای ارزشمند در صنایع شیمیایی است. بوریک اسید در صنایع مختلف با نام‌های تجاری ارتوبوریک اسید، بوراسیک اسید، Sassolite، اوپتی‌بور و بروفاکس شناخته می‌شود. فرمول شیمیایی این ماده به صورت BO3H3 یا B(OH)3 می‌باشد که به آن متابوریک اسید دهیدراته نیز می‌گویند. جهت مشاهده اطلاعات تکمیلی به لینک زیر مراجعه نمایید.

بوریک اسید به صورت کریستال‌های سفید رنگ(گرانوله) دیده می‌شود. دارای چگالی 1.435 g/cm3 و نقطه‌ی ذوب و جوش آن به ترتیب °C 17.9 و °C 300 است. انحلال‌پذیری آن در آب 5.7 g/100 mL (25 °C) می‌باشد و میزان انحلال‌پذیری با دمای آب رابطه مسقیم دارد. به گونه‌ای که هر چقدر دمای آب را بیشتر کاهش دهیم، میزان انحلال‌پذیری بوریک اسید کاهش می‌یابد. حال آنکه افزایش دمای آب میزان انحلال‌پذیری این ماده را افزایش می‌دهد. جالب است بدانید که این ماده در الکل به مقدار کم حل می‌شود، در استون به مقدار خیلی جزئی حل می‌گردد و در پیریدین انحلال‌پذیری نسبتا خوبی دارد. شکل مولکولی بوریک اسید به صورت مثلثی و مسطح است و گشتاور دوقطبی ندارد. 

     

بوریک اسید برای اولین بار در نمک‌های دریایی کشف شد. البته این ماده در گیاهان و بیشتر از آن در میوه‌ها نیز وجود دارد. از دیگر مکان‌هایی که می‌توانید اسید بوریک را به فراوانی در آنجا بیابید، مناطق آتشفشانی است. این ماده‌ی شیمیایی در بوراسیت و کلمانیت حجم زیادی را به خود اختصاص می‌دهد. پودر یا ورقه‌های سفید رنگ این ماده فاقد بو می‌باشد. هنگامی که متابوریک اسید با 4 مولکول آب هیدراته می‌شود تترابوریک اسید یا پیروبوریک اسید را تولید می‌کند که به حرارت بیشتری برای فعالیت خود نیاز دارد. 

لازم به ذکر است که تخلیص اسید بوریک از طبیعت به علت مشکلات موجود و همچنین گران بودن فرآیندهای جداسازی، مقرون به صرفه نیست. حتی فرآیندهای بهینه‌سازی موجود برای استخراج و خالص‌سازی این ماده‌ی ارزشمند از منابع طبیعی یادشده، نیازهای دنیای مدرن را برآورده نمی‌کند. از این رو، بسیاری از صنایع شیمیایی سعی کرده‌اند تا این ماده را به صورت صنعتی سنتز کنند. راه‌های فراوانی برای سنتز اسید بوریک به صورت مصنوعی و سنتتیک وجود دارد. به همین علت در ادامه به بیان روش‌های موجود برای ساخت این ماده در صنعت و همچنین مراحل انجام این واکنش‌ها خواهیم پرداخت.

     

یکی از اصلی‌ترین واکنش‌ها برای نحوه تولید اسید بوریک، ساخت این ماده از واکنش بوراکس با یک اسید معدنی همانند سولفوریک اسید و یا هیدروکلریدریک اسید می‌باشد. در این واکنش یک مولکول Na2B4O7·10H2O با 2 عدد مولکول اسید هیدروکلریدریک وارد واکنش می‌شود. حاصل برهمکنش این دو ماده تولید 4 مولکول B(OH)3 [or H3BO3]، 2 NaCl و آزاد‌سازی 5 مولکول آب است. البته توجه داشته باشید که نحوه تولید اسید بوریک تنها به واکنش یادشده محدود نمی‌گردد. شما عزیزان می توانید از طریق هیدرولیز دی‌یورانها و بورتیرهالیدها نیز بوریک اسید را سنتز نمایید. واکنشی که از این طریق صورت می گیرد به شکل زیر است:

B2H6 + 6 H2O → 2 B(OH)3 + 6 H2

(BX3 + 3 H2O → B(OH)3 + 3 HX (X = Cl, Br, I

نحوه تولید اسید بوریک به کمک سولفوریک اسید به این طریق است که در ابتدا می‌بایست بوراکس سدیم را به داخل مخزن واکنش اضافه کرد. سپس محلول رقیق سولفوریک اسید را به آرامی به مواد درون مخزن اضافه می‌کنیم. این افزودن تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که محلول شدیدا اسیدی شود و pH  آن به صفر نزدیک گردد. زیرا تنها در این صورت است که محلول اشباع بوراکس یا اورتوبورات ایجاد می‌گردد. در مرحله‌ی بعد محلول داغ موجود را در خلاء متبلور کرده و پس از آن سرد می‌کنیم. در طی سرد شدن محلول، می‌توان شاهد تشکیل کریستال‌های بوریک اسید بود. در نهایت، کریستال‌ها را از محلول موجود تخلیص کرده و باقی مواد را سردتر می‌کنیم. علت این عمل، تخلیص سولفات سدیم به عنوان محصول ثانویه و جانبی واکنش مذکور است. در مرحله‌ی پایانی، اسید بوریک خام بدست‌آمده از طریق تبلور مجدد توسط آب داغ، به شکل اسید بوریک خالص به وجود می‌آید. این ماده آماده‌ی بسته‌بندی، فروش و استفاده‌ در صنایع گوناگون می‌باشد.

   

از این اسید ملایم در اغلب موارد به عنوان ضد عفونی‌کننده و گندزدا استفاده می‌شود. از کاربردهای دیگر بوریک اسید می‌توان به کنترل‌کننده‌ی شکافت هسته‌ای(به عنوان متداول‌ترین سم نوترونی) در کارخانه‌ها و راکتورهای انرژی هسته‌ای اشاره کرد. همچنین می‌توان از اسید بوریک به عنوان پیش‌ماده‌ی برخی واکنش‌های شیمیایی یاد کرد. کاربردهای درمانی این ماده شامل درمان عفونت‌های قارچی مهبل(غیر از کاندیدا آلبیکانس)، آکنه و تبخال، پمادهای ضد سوختگی، تولید محلول‌های شستشوی چشمی و گوشی و همچنین حشره‌کش‌ها می‌باشد. صنایع کاشی‌سازی و لعاب‌سازی بیشترین استفاده را از اسید بوریک می‌برند، به گونه‌ای که یکی از اصلی‌ترین کاربردهای این ماده، شرکت در فرآیندهای این دو صنعت به حساب می‌آید. در ایران 80% لعاب‌سازی و کاشی‌سازی در یزد صورت می‌گیرد. به همین جهت، شهر یزد بیشترین حجم واردات اسید بوریک را در میان سایر شهرستان‌ها به خود اختصاص داده است.

به علت ماهیت شیمیایی اسید بوریک از آن به عنوان یک کاتالیزور سبز در واکنش‌های مربوط به تهیه‌ی آمیدها، سولفورزدایی، برمیناسیون و بسیاری دیگر از واکنش‌های آلی استفاده می شود. نقش اصلی این ماده از طریق تشکیل کمپلکس و آب‌زدایی ایفا می‌شود. از دیگر مصارف اسید بوریک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

داروسازی.

چرم نسوز.

کشاورزی.

شیشه‌سازی.

سرامیک‌سازی.

الیاف شیشه‌ای.

مواد بازدارنده و کندکننده‌ی آتش.