Borace: ottenimento, reazioni, usi
Il borace il cui nome I.U.P.A.C. è tetraborato di sodio decaidrato Na2B4O7 ∙ 10 H2O è presente nei depositi di evaporite prodotti dalla ripetuta evaporazione di alcuni laghi presenti in India, USA e Tibet.
Con il nome di borace sono indicati sia il tetraborato di sodio anidro che il tetraborato di sodio pentaidrato che differiscono tra loro per la quantità di acqua di cristallizzazione.
Il borace è un solido bianco, cristallino moderatamente solubile in acqua fredda ma solubile in acqua calda.
Fu scoperto nei laghi prosciugati del Tibet e fu importato nella penisola arabica attraverso la via della seta nel secolo VIII e fu portato in Europa da Marco Polo.
Ottenimento del borace
Il borace è ottenuto da alcuni minerali come boracite, colemanite e boronatrocalcite . Essi dopo essere stati ridotti in polvere, sono trattati a caldo con una soluzione di carbonato di sodio.
Ad esempio la colemanite contenente Ca2B6O11 reagisce con il carbonato di sodio:
Ca2B6O11 + 2 Na2CO3 → 2 CaCO3 + Na2B4O7 + 2 NaBO2
Il borace è cristallizzato dal filtrato mentre il sodio metaborato, presente nelle acque madri, viene trasformato in borace secondo la reazione:
4 NaBO2 + CO2 → Na2B4O7 + Na2CO3
Reazioni
Il borace reagisce con acido cloridrico o con acido solforico per dare acido borico:
Na2B4O7 + 2 HCl + 5 H2O → 4 H3BO3 + 2 NaCl
Gli ioni borato, unitamente all’acido borico possono essere usati per tamponare il pH di una soluzione.
L’acido borico in acqua si comporta da acido di Lewis in quanto è un accettore di ioni OH–:
H3BO3 + H2O → B(OH)4– + H+
Lo ione tetraidrossoborato in presenza dello ione H+ dà luogo alla formazione di tetraborato:
B(OH)4– + 2 H+ → B4O72- + 9 H2O
formando un tampone a pH = 9 acido borico/tetraidrossoborato
Il borace può essere usato come standard primario nelle titolazioni acido-base in quanto esso non si decompone in condizioni normali e può essere ottenuto con un grado di purezza superiore al 99.99%. Infatti può essere utilizzato, in alternativa al carbonato di sodio, nella standardizzazione di HCl con il borace.
Esso inoltre presenta le altre caratteristiche necessarie affinché possa essere definito come standard primario in quanto reagisce con stechiometria nota, può essere pesato e può essere usato direttamente.
In acqua il borace di dissocia in:
Na2B4O7 ∙ 10 H2O → 2 Na+ + B4O72- + 10 H2O
L’anione idrolizza secondo la reazione:
B4O72- + 7 H2O → 4 H3BO3 + 2 OH–
Lo ione idrossido può essere titolato da un acido forte e al punto equivalente la soluzione contiene H3BO3 che è un acido molto debole con una Ka dell’ordine di 10-10.
Usi
Il borace è utilizzato in analisi qualitativa nei saggi alla perla che unitamente ai saggi alla fiamma e ai saggi ai tubicini, costituiscono una metodologia di analisi chimica qualitativa preliminare per via secca.
Il borace è utilizzato in alcuni prodotti per la pulizia della casa e, pur non avendo elevata affinità con gli ioni calcio e magnesio, come addolcitore delle acque. Esso, grazie alla sua capacità di trasformarsi in vetro isolante ad alta temperatura, è usato nella produzione di smalti e vetro.
Come solventi ed emulsionanti, le soluzioni di borace vengono utilizzate nella produzione di carta patinata, carte da gioco, compensato, gesso, vernici e pelli. Nei fertilizzanti previene le malattie da carenza di boro di sedano, rape, mele, tabacco, barbabietola da zucchero ed erbe mediche. In alte concentrazioni è un diserbante e un insetticida.
Le leghe di acciaio al boro vengono utilizzate per le piastre dell’armatura. Una nuova fibra di boro sviluppata dal programma spaziale è più leggera dell’alluminio ma più resistente dell’acciaio. Il carburo di boro per utensili da taglio è un abrasivo secondo solo ai diamanti in termini di durezza. Ulteriori usi dei borati includono additivi per benzina, sviluppatori fotografici, carburanti per missili, tamponi in soluzioni galvaniche, inibitori di corrosione nell’antigelo, test chimici sui ritardanti di fiamma e stabilizzanti dei coloranti.
