اسید بوریک چیست؟ (کاربرد، طرز تهیه و نحوه استفاده)

اسید بوریک چیست؟ چه کاربردی دارد؟ امروزه در کشورما مواد مختلفی تولید میشود که هر کدام کاربرد ها و ویژگی های خاص خود را دارد.اسید بوریک یک اسید غیر آلی ضعیف است که به طور گسترده در صنایع و کاربردهای مختلف استفاده می شود. این پودر سفید، کریستالی و بی بو است که طعم کمی اسیدی دارد. اسید بوریک با فرمول شیمیایی H3BO3 نیز شناخته می شود. به طور طبیعی در برخی از مواد معدنی مانند بوراکس و ساسولیت وجود دارد و با فرآیندهای مختلفی می توان از این کانی ها استخراج کرد. اسید بوریک طیف وسیعی از کاربردهای مختلف از مصارف دارویی تا صنعتی را دارد. این ماده به عنوان نگهدارنده، حشره کش و ضد شعله و سایر عملکردها استفاده می شود. همچنین در تولید برخی از سرامیک ها، شیشه ها و کودها استفاده می شود. با ادامه مطلب با ما همراه باشید تا کاربرد ها و ویژگی های مهم بوریک اسید را برای شما علاقه مندان توضیح دهیم.

خواص مهم بوریک اسید

اسید بوریک دارای چندین ویژگی منحصر به فرد است که آن را در کاربردهای مختلف مفید می کند. در زیر برخی از خواص کلیدی بوریک اسید آورده شده است:

 حلالیت

اسید بوریک در آب محلول است. در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد)، حلالیت اسید بوریک در آب حدود 5.7 گرم در لیتر، معادل غلظت اشباع 0.06 M است. با افزایش دما، حلالیت اسید بوریک در آب نیز افزایش می یابد. در دمای 50 درجه سانتی گراد، حلالیت اسید بوریک در آب تقریباً 10.3 گرم در لیتر و در 100 درجه سانتی گراد حدود 43.8 گرم در لیتر است. تفکیک بوریک اسید برگشت پذیر است و به تعادل می رسد که به pH محلول بستگی دارد. در pH اسیدی، فرم تفکیک نشده غالب است، در حالی که در pH بازی، فرم تفکیک شده (یون بورات) شایع تر است. pKa اسید بوریک حدود 9.2 است، به این معنی که اسید ضعیفی است و فقط تا حدی در PH خنثی تجزیه می شود. غلظت محلول نیز بر حلالیت اسید بوریک تأثیر می گذارد. در غلظت های پایین (m<0.01 )حلالیت بوریک اسید نسبتاً ثابت است و روند مشابه دما و pH را دنبال می کند. با این حال، در غلظت های بالاتر، حلالیت اسید بوریک به دلیل تشکیل کمپلکس ها و رسوب کاهش می یابد. به عنوان مثال، در غلظت 0.1 مولار، به دلیل تشکیل کمپلکس با مولکول های آب، حلالیت اسید بوریک در آب به حدود 3.6 گرم در لیتر کاهش می یابد.

 اسیدیته

اسید بوریک چیست؟ بوریک اسید یک اسید مونوبازیک ضعیف است، به این معنی که می‌تواند تنها یک پروتون (H+) به ازای هر مولکول در محلول‌های آبی اهدا کند. مقدار pKa آن 9.24 است که نشان دهنده اسیدیته ضعیف آن در آب است. اسیدیته اسید بوریک به دلیل توانایی آن در واکنش با مولکول های آب برای تشکیل آنیون تتراهیدروکسی بورات (B(OH)4-) است که به عنوان یک باز مزدوج عمل می کند. در محلول‌های آبی، اسید بوریک عمدتاً به شکل تفکیک نشده (H3BO3) وجود دارد، اما می‌تواند تحت شرایط خاص به‌صورت آنیون‌های اسید بوریک (H2BO3-) و آنیون‌های بورات (BO3-2) نیز وجود داشته باشد. اسیدیته اسید بوریک نقش مهمی در واکنش پذیری و کاربردهای مختلف آن دارد. pKa اسید بوریک یک پارامتر مهم است که بر رفتار اسیدی مولکول تأثیر می گذارد. مقدار pKa کمتر نشان دهنده اسید قوی تر است، در حالی که مقدار pKa بالاتر نشان دهنده اسید ضعیف تر است. pKa اسید بوریک حدود 9.24 است، به این معنی که اسید نسبتا ضعیفی در آب است. این بدان معنی است که اسید بوریک یک دهنده پروتون بسیار مؤثر نیست و به راحتی در آب یونیزه نمی شود تا یون های H+ تولید کند. اسیدیته اسید بوریک نیز تحت تأثیر pH محلول است. در مقادیر pH پایین، اسید بوریک به صورت تفکیک نشده است، در حالی که در مقادیر pH بالا، بیشتر به صورت آنیون بورات وجود دارد. غلظت آنیون های اسید بوریک و آنیون های بورات با افزایش pH محلول افزایش می یابد. در مقادیر pH بسیار بالا، آنیون‌های اسید بوریک و آنیون‌های بورات بسیار رایج هستند.

نقطه ذوب و جوش

نقطه ذوب اسید بوریک به دمایی اطلاق می شود که در آن از حالت جامد به مایع تبدیل می شود. در دمای 170.9 درجه سانتی گراد، ساختار کریستالی اسید بوریک شکسته می شود و مولکول های آن با سرعت بیشتری شروع به حرکت می کنند و با انرژی بیشتری ارتعاش می کنند. در نتیجه، ساختار صلب آن شروع به ضعیف شدن می‌کند و پیوندهای بین اتم‌ها کمتر سفت می‌شوند و به ترکیب اجازه می‌دهند تا به حالت مایع ذوب شوند. نقطه جوش اسید بوریک به دمایی اطلاق می شود که در آن از حالت مایع به گاز تبدیل می شود. هنگامی که اسید بوریک تا دمای 300 درجه سانتیگراد گرم می شود، انرژی حرارتی باعث می شود که مولکول ها انرژی جنبشی کافی به دست آورند تا از پیوندهای یکدیگر جدا شوند و به عنوان گاز به هوا فرار کنند. نقطه ذوب و جوش اسید بوریک نسبتاً بالا است که به ساختار شیمیایی و فعل و انفعالات بین مولکولی آن مربوط می شود. اسید بوریک با پیوند هیدروژنی گسترده آن بین گروه های هیدروکسیل و اتم بور مشخص می شود. این پیوندهای هیدروژنی شبکه ای از نیروهای بین مولکولی را تشکیل می دهند که ثبات ساختار کریستالی را فراهم می کند و برای شکستن به مقدار قابل توجهی انرژی حرارتی نیاز دارد. علاوه بر این، به دلیل وجود پیوند کووالانسی بین اتم‌های بور و اکسیژن، نقطه ذوب و جوش اسید بوریک بالاتر از نمک‌های رایج آن مانند بورات سدیم است. این پیوند قوی تر از پیوندهای یونی موجود در نمک ها است که باعث می شود اسید بوریک نقطه ذوب و جوش بالاتری نسبت به نمک های آن داشته باشد.

4. PH: pH محلول های اسید بوریک بسته به غلظت، دما و درجه تفکیک متفاوت است. اسید بوریک به عنوان یک اسید ضعیف، توانایی محدودی برای اهدای پروتون (H+) دارد و بنابراین، pH محلول آبی آن کمی اسیدی است.

اسید بوریک دارای مقدار pKa 9.24 است که ثابت اسیدیته است که قدرت یک اسید را اندازه گیری می کند. این مقدار نشان می دهد که اسید بوریک یک اسید ضعیف است و فقط تا حدی در آب تجزیه می شود. در pH کمتر از pKa، اسید بوریک به عنوان مولکول خنثی، H3BO3 غالب است. هرچه PH بالاتر باشد، نسبت آنیون های اسید بوریک و یون های هیدروکسیل بیشتر است. pH محلول اسید بوریک تحت تأثیر غلظت اسید بوریک و قدرت اسید یا باز مخلوط شده با آن است. هنگامی که یک اسید ضعیف مانند اسید بوریک به یک محلول بازی قوی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) اضافه می شود، pH محلول به طور قابل توجهی افزایش می یابد و نشان می دهد که اسید بوریک توسط باز خنثی شده است. این واکنش باعث تولید بورات سدیم، آب و نمک می شود و pH محلول به خنثی نزدیک می شود. در مقابل، هنگامی که اسید بوریک با سایر اسیدهای ضعیف یا بازهای ضعیف مخلوط می شود، تأثیر آن بر pH محلول به قدرت نسبی اسیدها و بازها بستگی دارد. به عنوان مثال، هنگامی که اسید استیک و اسید بوریک در آب مخلوط می شوند، pH محلول توسط اسید با pKa پایین تر تعیین می شود. در این سناریو، اسید استیک (pKa = 4.76) اسید قوی‌تری نسبت به اسید بوریک است (pKa = 9.24)، و بنابراین pH محلول عمدتاً با غلظت اسید استیک تعیین می‌شود. علاوه بر این، pH محلول های اسید بوریک را می توان تحت تأثیر دما قرار داد. تفکیک اسید بوریک با کاهش دما کاهش می یابد، به این معنی که pH محلول با کاهش دما افزایش می یابد. برعکس، تفکیک اسید بوریک با افزایش دما افزایش می‌یابد که منجر به کاهش pH با افزایش دما می‌شود.   به طور کلی، pH محلول های اسید بوریک به دلیل ماهیت اسیدی ضعیف آن کمی اسیدی است، اما می تواند تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند غلظت، دما و قدرت سایر ترکیبات موجود در محلول باشد.

 ساختار کریستالی

اسید بوریک دارای ساختار کریستالی منحصر به فردی است که از ورقه های شش ضلعی از مولکول های پیوند هیدروژنی تشکیل شده است. این ساختار به اسید بوریک بافت پوسته پوسته مشخصه آن را می دهد.

 سمیت

اسید بوریک در صورت مصرف یا استنشاق در دوزهای بالا سمی است. هنگامی که در غلظت های پایین برای کاربردهای مختلف آن استفاده می شود، یک ترکیب نسبتاً ایمن در نظر گرفته می شود. با این حال، زمانی که اسید بوریک در مقادیر بیشتر مصرف یا استنشاق شود، می تواند اثرات مضری بر سلامت انسان داشته باشد. اسید بوریک در صورت مصرف بیش از 0.5-1 گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن سمی در نظر گرفته می شود. علائم مسمومیت حاد شامل ناراحتی های گوارشی مانند تهوع، استفراغ و اسهال است. مصرف مقادیر زیاد بوریک اسید می تواند منجر به افزایش ضربان قلب، نارسایی تنفسی، تشنج و کما شود. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اسید بوریک نیز می تواند منجر به مسمومیت مزمن شود. این نوع قرار گرفتن در معرض می تواند از طریق پوست، استنشاق، یا خوردن غذا یا آب آلوده رخ دهد. قرار گرفتن مزمن در معرض اسید بوریک با اثرات نامطلوبی بر سیستم تولید مثل، از جمله کاهش باروری، کاهش تعداد اسپرم و نقص رشد در جنین همراه بوده است.

 خاصیت ضد میکروبی

اسید بوریک چیست؟  اسید بوریک خاصیت ضد میکروبی دارد و می تواند به عنوان ضد عفونی کننده یا ضد عفونی کننده استفاده شود. با این حال، به اندازه سایر عوامل ضد میکروبی موثر نیست و عموماً فقط در برنامه های کم خطر استفاده می شود. به طور کلی، اسید بوریک یک ماده منحصر به فرد با چندین ویژگی مفید است که آن را در طیف گسترده ای از کاربردها ارزشمند می کند. حلالیت، اسیدیته، نقطه ذوب و جوش، ساختار کریستالی و سمیت آن همگی به ویژگی های منحصر به فرد آن کمک می کنند.

کاربردهای مهم اسید بوریک

اسید بوریک یک ترکیب شیمیایی همه کاره است که کاربردهای متعددی در صنایع مختلف از جمله پزشکی، کشاورزی و تولید دارد. در اینجا برخی از کاربردهای متداول اسید بوریک آورده شده است:

1. ضد عفونی کننده و ضد باکتری: بوریک اسید دارای خواص ضد عفونی کننده و ضد باکتریایی است که آن را در درمان بیماری های پوستی مختلف از جمله آکنه، عفونت های قارچی و برخی از اشکال اگزما مفید می کند. همچنین به عنوان شستشوی چشم برای درمان ورم ملتحمه و سایر عفونت های چشمی استفاده می شود.
2. حشره کش: اسید بوریک به دلیل سمیت کم برای انسان و حیوانات خانگی یک آفت کش محبوب است و در عین حال در کشتن حشرات مانند مورچه ها، سوسک ها و موریانه ها بسیار موثر است. این ماده با از بین بردن آب اسکلت بیرونی حشرات عمل می کند و باعث مرگ آنها از کم آبی و گرسنگی می شود.

3. حفظ چوب: اسید بوریک اغلب به عنوان نگهدارنده چوب برای جلوگیری از پوسیدگی و هجوم حشرات استفاده می شود. می توان آن را به عنوان پوشش روی سطوح چوبی یا آغشته به خود چوب اعمال کرد.
4. بازدارنده شعله: اسید بوریک در مواد مختلف از جمله منسوجات، کاغذ و پلاستیک به عنوان بازدارنده شعله عمل می کند. وقتی در معرض گرما قرار می‌گیرد، مولکول‌های آب را آزاد می‌کند که شعله‌ها را کند یا خاموش می‌کند.
5. ساخت سرامیک و شیشه: اسید بوریک در ساخت سرامیک و شیشه به دلیل قابلیت شار بودن، کاهش نقطه ذوب مواد و بهبود کارایی آنها استفاده می شود.
6. صنعت هسته ای: اسید بوریک به عنوان جاذب نوترون در صنعت هسته ای برای کنترل واکنش های هسته ای و جلوگیری از حوادث هسته ای استفاده می شود.
7. عکاسی: اسید بوریک سابقه طولانی در استفاده در عکاسی دارد و به اواخر قرن نوزدهم باز می گردد، زمانی که برای اولین بار به عنوان یک نگهدارنده برای امولسیون های فیلم معرفی شد. اسید بوریک یک ماده کریستالی سفید رنگ است که از اکسید بوریک و آب تشکیل شده و در آب محلول است. سمیت کم، هزینه کم و پایداری شیمیایی آن را به ترکیبی مفید برای انواع کاربردهای عکاسی تبدیل کرده است.

عامل نگهدارنده استفاده اولیه از اسید بوریک در عکاسی به عنوان یک عامل نگهدارنده برای امولسیون های فیلم است. امولسیون های فیلم از کریستال های هالید نقره حساس به نور تشکیل شده اند که در یک بایندر ژلاتینی پراکنده شده اند. ژلاتین آبدوست (آب دوست) است و بنابراین مستعد رشد و تخریب میکروبی است. برای جلوگیری از این امر، اسید بوریک به عنوان نگهدارنده به امولسیون اضافه می شود.   اسید بوریک می تواند با تنظیم pH امولسیون در شرایط اسیدی (pH 3.5-4.5) از رشد باکتری ها و قارچ ها جلوگیری کند. در این محدوده PH، ژلاتین سخت تر و اسیدی تر است و باعث می شود که آن را برای رشد میکروبی کمتر میزبانی کند. اسید بوریک دارای pH کمی اسیدی (حدود pH 5.1) است و می تواند به حفظ pH اسیدی امولسیون کمک کند. pH امولسیون عکاسی باید دقیقاً کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که در طول عمر مفید آن ثابت می ماند.

8. محصولات مراقبت شخصی :اسید بوریک در برخی از محصولات مراقبت شخصی، مانند کرم ها و لوسیون های پوست، به عنوان یک نگهدارنده یا عامل بافر یافت می شود.
9. محصولات تمیز کننده: اسید بوریک در برخی از محصولات پاک کننده مانند شوینده های لباسشویی و مواد شوینده ماشین ظرفشویی برای بهبود کارایی تمیز کنندگی آنها استفاده می شود.
10. کود: اسید بوریک به عنوان یک کود ریز مغذی در کشاورزی برای تامین مواد مغذی ضروری گیاهان مانند بور که برای رشد و نمو مناسب مورد نیاز است استفاده می شود.

  به طور خلاصه، اسید بوریک یک ترکیب بسیار همه کاره است که کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف از جمله پزشکی، کشاورزی و تولید دارد. توانایی آن در عمل به عنوان یک ضد عفونی کننده، حشره کش، نگهدارنده چوب، بازدارنده شعله و جاذب راکتور هسته ای برخی از دلایل استفاده گسترده از آن است.

طرز تهیه اسیدبوریک

اسید بوریک را می توان از طریق فرآیندهای مختلفی مانند واکنش بوراکس با اسید، حرارت دادن اکسید بوریک با اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک و اثر اسید کلریدریک روی کاربید بور تهیه کرد. در اینجا چند روش برای تهیه اسید بوریک آورده شده است:

1. روش بوراکس

• 10 میلی لیتر اسید کلریدریک غلیظ را با 100 میلی لیتر آب رقیق کرده و محلول را گرم کنید.
• بوراکس را به آرامی به محلول اضافه کنید تا کاملا حل شود. به افزودن بوراکس ادامه دهید تا زمانی که دیگر حل نشود.
• اجازه دهید محلول خنک شود و سپس آن را فیلتر کنید.
• باقیمانده جامد را جمع آوری کرده و در آب جوش حل کنید.
• محلول داغ را فیلتر کنید و اجازه دهید تا دمای اتاق خنک شود.
• با سرد شدن بیشتر محلول، کریستال های اسید بوریک تشکیل می شوند.

2. روش اکسید بور

• 30 گرم انیدرید بوریک (اکسید بور) را با 200 میلی لیتر آب مقطر در حال جوش در یک فلاسک مخلوط کنید.
• فلاسک را در یک حمام یخ خنک کنید، سپس 40 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ را به تدریج با هم زدن مداوم اضافه کنید.
• در حالی که به هم زدن ادامه می دهید، مخلوط را به مدت 3-4 ساعت روی حرارت قرار دهید تا بجوشد.
• اجازه دهید مخلوط تا دمای اتاق خنک شود.
• کریستال های اسید بوریک را می توان فیلتر کرد و با آب مقطر شسته و سپس خشک کرد.

3. روش کاربید بور

در یک فلاسک، 15 گرم پودر کاربید بور را به 100 میلی لیتر اسید هیدروکلریک غلیظ اضافه کنید.

• فلاسک را به مدت 3 ساعت روی صفحه داغ و در حالی که مدام هم می زنید، تحت رفلاکس قرار دهید.
• اجازه دهید مخلوط تا دمای اتاق خنک شود.
• مخلوط را فیلتر کرده و باقی مانده جامد را جمع آوری کنید.
• باقیمانده را با آب مقطر بشویید.
• کریستال های اسید بوریک را در فر با دمای 120 درجه سانتیگراد خشک کنید.

4. روش Pyroboron

• 30 گرم بوراکس را با 40 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ به تدریج در یک فلاسک مخلوط کنید.
• مخلوط را به مدت 2 ساعت و در حین هم زدن حرارت دهید تا بجوشد.
• فلاسک را خنک کرده و آب مقطر را به آن اضافه کنید تا حجم کل آن به 250 میلی لیتر برسد.
• مخلوط را تا دمای اتاق خنک کنید.
• اسید بوریک به آرامی متبلور می شود و می تواند فیلتر شده و با آب مقطر شسته شود.

استفاده از اسید بوریک با احتیاط در مراحل آماده سازی و نگهداری ضروری است زیرا می تواند باعث تحریک پوست و چشم، مشکلات تنفسی در صورت استنشاق شود و مصرف آن می تواند سمی باشد.

خطرات احتمالی بوریک اسید

در حالی که اسید بوریک کاربردهای مفید متعددی دارد، خطرات و نگرانی های متعددی نیز در ارتباط با استفاده از آن وجود دارد. در اینجا برخی از خطرات و نگرانی های استفاده از اسید بوریک آورده شده است:

1. سمیت: اسید بوریک در صورت مصرف یا استنشاق مقادیر قابل توجهی برای انسان و حیوانات سمی است. مصرف آن می تواند باعث تهوع، استفراغ، اسهال، درد شکم و حتی مرگ شود. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می تواند باعث آسیب کلیه و کبد، اختلال عملکرد تولید مثل و تاخیر در رشد در کودکان شود.
2. تحریک پوست: تماس مستقیم با اسید بوریک می تواند باعث تحریک پوست شود که منجر به قرمزی، خارش و بثورات پوستی می شود. پوشیدن دستکش و سایر تجهیزات حفاظتی هنگام کار با بوریک اسید ضروری است.

3. تحریک چشم: استنشاق اسید بوریک می تواند باعث تحریک چشم شود که منجر به قرمزی، خارش و درد می شود. اگر اسید بوریک با چشم ها تماس پیدا کرد، بلافاصله آنها را با آب بشویید و در موارد شدید به پزشک مراجعه کنید.
4. خطرات زیست محیطی: استفاده از اسید بوریک می تواند برای محیط زیست مضر باشد، به ویژه زمانی که در مقادیر زیاد استفاده شود. اسید بوریک می تواند خاک و منابع آب را آلوده کند و منجر به اثرات نامطلوب بر آبزیان و سایر موجودات شود.
5. واکنش های آلرژیک: برخی از افراد ممکن است به اسید بوریک حساسیت داشته باشند که منجر به واکنش های شدید مانند آنافیلاکسی می شود. در صورت داشتن حساسیت شناخته شده به اسید بوریک، اجتناب از مصرف اسید بوریک ضروری است.
6. کودکان و حیوانات خانگی: اسید بوریک به دلیل طعم شیرینی که دارد برای کودکان و حیوانات خانگی جذاب است و خوردن تصادفی آن را برای آنها آسان می کند. بسیار مهم است که اسید بوریک را در مکانی امن و دور از کودکان و حیوانات خانگی نگهداری کنید.
7. فعل و انفعالات نامطلوب: اسید بوریک می تواند با سایر مواد شیمیایی تداخل داشته باشد و منجر به اثرات نامطلوب شود. اجتناب از استفاده از اسید بوریک با سایر مواد شیمیایی، مگر اینکه توسط یک متخصص توصیه شود، ضروری است.
8. مقدار مصرف: دوز بی خطر اسید بوریک به سن، وزن و وضعیت سلامتی فرد بستگی دارد. برای استفاده ایمن، پیروی از دستورالعمل های دوز توصیه شده بسیار مهم است.

جمع بندی

اسید بوریک چیست؟ در حالی که اسید بوریک کاربردهای مفید متعددی دارد، آگاهی از خطرات و نگرانی های آن ضروری است. استفاده از بوریک اسید با احتیاط، پوشیدن تجهیزات حفاظتی و اجتناب از استفاده از آن در مقادیر زیاد یا سایر مواد شیمیایی ضروری است. در صورت مشاهده هر گونه عوارض جانبی، فورا به پزشک مراجعه کنید.