Nātrija tetraborāts

Nātrija tetraborāts
Dabiski boraka kristāli no Kalifornijas Boraka kristālrežģa elementāršūnas modelis
Citi nosaukumi	boraks
CAS numurs	1303-96-4 (dekahidrāts)
Ķīmiskā formula	Na2B4O7
Molmasa	201,22 g/mol
Blīvums	2370 kg/m3
Kušanas temperatūra	1016 K (743 °C)
Viršanas temperatūra	1848 K (1575 °C, sadalās)
Šķīdība ūdenī	30 °C temperatūrā 3,75 g uz 100 g šķīduma

Nātrija tetraborāts (Na₂B₄O₇) ir borskābes (tetraborskābes) nātrija sāls. Šis ir dabā visizplatītākais un visvairāk izmantojamais bora savienojums. Bezūdens Na₂B₄O₇ rodas, izkarsējot kristālhidrātus, tas viduvēji šķīst ūdenī, bet šķīdība strauji pieaug, paaugstinot temperatūru. Bezūdens sāls ir bezkrāsaini stiklveida graudiņi, kas gaisā pamazām uzsūc mitrumu. Dekahidrāts Na₂B₄O₇·10H₂O jeb boraks veido lielus, bezkrāsainus, monoklīnus kristālus, kas sausā gaisā no virspuses sadēdē. Pazīstams arī pentahidrāts Na₂B₄O₇·5H₂O jeb juvelieru boraks. Juvelieru boraks kristalizējas augstākā temperatūrā (ap 60 °C), nekā parastais boraks; tā kristāli ir cietāki un gaisā nesadēdē. Uzmanīgi karsējot, var iegūt arī nātrija tetraborāta dihidrātu un monohidrātu (dedzināto boraku). Tetrahidrātu nevar iegūt karsējot, bet var iegūt no šķīdumiem.

Vēsture

Boraku savos darbos pieminējis jau alķīmiķis Džābirs ibn Haijāns. 1702. gadā holandiešu natūrfilozofs Vilhelms Hombergs (Wilhelm Homberg), karsējot boraku kopā ar sērskābi, ieguva brīvu borskābi.

Atrašanās dabā

Nātrija tetraborāts atrodams dabā minerāla kernīta veidā (lielos daudzumos sastopams Kalifornijā). Kernīts ir nātrija tetraborāta tetrahidrāts Na₂B₄O₇·4H₂O. Tibetā atrodamo boraka minerālu sauc par tinkalu.

Iegūšana

Rūpnieciski iegūst no dabiskajiem minerāliem (kernīta). Laboratorijas vajadzībām tehnisko boraku attīra pārkristalizējot. Var iegūt arī, reaģējot borskābei ar nātrija karbonātu:

4H₃BO₃ + Na₂CO₃ → Na₂B₄O₇ + CO₂ + 6H₂O

Bezūdens nātrija tetraborātu iegūst, karsējot Na₂B₄O₇ kristālhidrātus līdz 350—400 °C temperatūrai, bet vispilnīgāk ūdeni var atdalīt, izkausējot nātrija tetraborātu tīģelī 900 °C temperatūrā — tad bezūdens sāls sastingst kā cieta stiklveida masa.

Kristālu uzbūve

Boraka kristālos ir anjoni [B₄O₅(OH)₄]²⁻, tādēļ boraka formulu pareizāk rakstīt kā Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O. Šie anjoni saistīti ķēdēs ar ūdeņraža saitēm, bet starp ķēdēm atrodas nātrija katjoni un ūdens molekulas.

Ķīmiskās īpašības

Boraka ūdens šķīdumi ir stipri sārmaini. Aukstumā boraka šķīdumi absorbē no gaisa oglekļa dioksīdu, karsējot CO₂ izdalās no šķīduma.

Iedarbojoties ar stiprām skābēm, veidojas attiecīgais sāls un borskābe:

Na₂B₄O₇·10H₂O + 2HCl → 4H₃BO₃ + 2NaCl + 5H₂O

Vairums borātu ir ūdenī nešķīstoši un nātrija tetraborāta klātienē izkrīt no atbilstošo metālu sāļu šķīdumiem. Uz to pamatojas boraka izmantošana ūdens mīkstināšanai:

Ca²⁺ + Na₂B₄O₇ → CaB₄O₇ + 2Na⁺

Mg²⁺ + Na₂B₄O₇ → MgB₄O₇ + 2Na⁺

Izmantošana

Boraku plaši izmanto rūpniecībā. Lieto emalju un keramikas glazūru pagatavošanai; stikla ražošanā lieto termoizturīgu stikla veidu (borsilikāta stiklu) un optisko stiklu iegūšanai. Tā kā izkusušā borakā labi šķīst metālu oksīdi, boraku lieto metālu lodēšanā un metināšanā. Oksīdu šķīšanu izmanto arī analītiskajā ķīmijā tā saucamo boraka pērļu iegūšanai (pēc "pērles" krāsas nosaka analizējamo metālu); bez tam boraku lieto buferšķīdumu pagatavošanai un skābju titrēšanai. Boraks ietilpst mazgāšanas līdzekļu sastāvā kā ūdens mīkstinātājs. To lieto arī borātu peroksihidrātu iegūšanai reakcijās ar ūdeņraža peroksīdu. Pārtikas rūpniecībā izmanto par konservantu E285, taču daudzās valstīs boraka pievienošana pārtikai ir aizliegta.

Interesanti fakti

Boraku izkarsētā veidā var izmantot par insekticīdu prusaku indēšanai (tas atūdeņo kukaiņu organismu un tie iet bojā).