El ácido bórico , más específicamente el ácido ortobórico , es un compuesto de boro , oxígeno e hidrógeno de fórmula B(OH) 3 . También puede denominarse ortoborato de hidrógeno , trihidroxidoboro o ácido bórico . [3] Generalmente se encuentra en forma de cristales incoloros o un polvo blanco, que se disuelve en agua , y se presenta en la naturaleza como el mineral sasolita . Es un ácido débil que produce diversos aniones y sales de borato y puede reaccionar con alcoholes para formar ésteres de borato .
El ácido bórico se utiliza a menudo como antiséptico , insecticida , retardante de llama , absorbente de neutrones o precursor de otros compuestos de boro.
El término "ácido bórico" también se usa genéricamente para cualquier oxoácido de boro, como el ácido metabórico HBO 2 y el ácido tetrabórico H 2 B 4 O 7 .
El ácido ortobórico fue preparado por primera vez por Wilhelm Homberg (1652-1715) a partir de bórax , mediante la acción de ácidos minerales, y recibió el nombre de sal sedativum Hombergi ("sal sedante de Homberg"). Sin embargo, el ácido bórico y los boratos se han utilizado desde la época de los antiguos griegos para limpiar, conservar alimentos y otras actividades. [4]
Los tres átomos de oxígeno forman una geometría plana trigonal alrededor del boro. La longitud del enlace BO es de 136 pm y la del OH es de 97 pm. El grupo de puntos moleculares es C 3h . [5]
Se conocen dos formas cristalinas del ácido ortobórico: triclínica y hexagonal . El primero es el más común; el segundo, que es un poco más estable termodinámicamente, se puede obtener con un método de preparación especial. [6]
La forma triclínica del ácido bórico consta de capas de moléculas de B(OH) 3 unidas por enlaces de hidrógeno con una separación O...O de 272 pm. La distancia entre dos capas adyacentes es 318 pm. [7]
El ácido bórico se puede preparar haciendo reaccionar bórax (tetraborato de sodio decahidratado) con un ácido mineral , como el ácido clorhídrico :
También se forma como subproducto de la hidrólisis de trihaluros de boro y diborano : [8]
Cuando se calienta, el ácido ortobórico sufre una deshidratación de tres pasos. Las temperaturas de transición reportadas varían sustancialmente de una fuente a otra. [ cita necesaria ]
Cuando se calienta por encima de 140 °C, el ácido ortobórico produce ácido metabórico ( HBO 2 ) con la pérdida de una molécula de agua: [9] [10]
Calentar el ácido metabórico por encima de aproximadamente 180 °C elimina otra molécula de agua formando ácido tetrabórico , también llamado ácido pirobórico ( H 2 B 4 O 7 ): [9] [10]
Un calentamiento adicional (hasta aproximadamente 530 °C) conduce a trióxido de boro : [11] [9] [10]
Cuando el ácido ortobórico se disuelve en agua, se disocia parcialmente para dar ácido metabórico :
La solución es ligeramente ácida debido a la ionización de los ácidos:
Sin embargo, la espectroscopia Raman de soluciones fuertemente alcalinas ha demostrado la presencia de iones [B(OH) 4 ] − , [12] lo que lleva a algunos a concluir que la acidez se debe exclusivamente a la extracción de OH − del agua: [12]
De manera equivalente,
O, más propiamente,
Esta reacción ocurre en dos pasos, con el complejo neutro aquatrihidroxiboro B(OH) 3 (OH 2 ) como intermedio: [13]
Esta reacción puede caracterizarse como acidez de Lewis del boro hacia [HO] − , en lugar de acidez de Brønsted . [14] [15] [16] Sin embargo, parte de su comportamiento hacia algunas reacciones químicas sugiere que también es ácido tribásico en el sentido de Brønsted.
El ácido bórico, mezclado con bórax Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O (más propiamente Na 2 B 4 O 5 (OH) 4 ·8H 2 O ) en una proporción en peso de 4:5, es muy soluble en agua, aunque no son tan solubles por separado. [17]
El ácido bórico también se disuelve en ácido sulfúrico anhidro según la ecuación: [7]
El producto es un ácido extremadamente fuerte, incluso más fuerte que el oleum original. [7]
El ácido bórico reacciona con alcoholes para formar ésteres de borato , B(OR) 3 donde R es alquilo o arilo . La reacción suele ser impulsada por un agente deshidratante, como ácido sulfúrico concentrado : [18]
La acidez de las soluciones de ácido bórico aumenta considerablemente en presencia de cis - dioles vecinales ( compuestos orgánicos que contienen grupos hidroxilo orientados de manera similar en átomos de carbono adyacentes , (R 1 , R 2 )=C(OH)-C(OH)=(R 3 ,R 4 ) ) tales como glicerol y manitol . [19] [7] [20]
El anión tetrahidroxiborato formado en la disolución reacciona espontáneamente con estos dioles para formar ésteres aniónicos relativamente estables que contienen uno o dos anillos −B-O-C-C-O- de cinco miembros . Por ejemplo, la reacción con manitol H(HCOH) 6H , cuyos dos hidroxilos medios están en orientación cis , se puede escribir como
Dando la reacción general
La estabilidad de estos aniones éster de manitoborato desplaza el equilibrio de la derecha y, por tanto, aumenta la acidez de la solución en 5 órdenes de magnitud en comparación con la del óxido bórico puro, reduciendo el p K a de 9 a menos de 4 para una concentración suficiente de manitol. [19] [7] [20] La solución resultante se ha llamado ácido manitobórico .
La adición de manitol a una solución inicialmente neutra que contiene ácido bórico o boratos simples reduce su pH lo suficiente como para que pueda valorarse con una base fuerte como NaOH, incluso con un valorador potenciométrico automatizado . Esta propiedad se utiliza en química analítica para determinar el contenido de borato en soluciones acuosas, por ejemplo para controlar el agotamiento del ácido bórico por los neutrones en el agua del circuito primario del reactor de agua ligera cuando el compuesto se añade como veneno de neutrones durante el reabastecimiento de combustible. operaciones. [7]
Según la dosis letal media (DL50 ) en mamíferos de 2660 mg/kg de masa corporal, el ácido bórico sólo es venenoso si se ingiere o se inhala en grandes cantidades. La decimocuarta edición del índice Merck indica que la LD 50 del ácido bórico es de 5,14 g/kg para dosis orales administradas a ratas, y que de 5 a 20 g/kg ha producido la muerte en humanos adultos. Para un adulto de 70 kg, en el límite inferior de 5 g/kg, 350 g podrían producir la muerte en humanos. A modo de comparación, según el índice Merck, la LD 50 de la sal es de 3,75 g/kg en ratas . Según la Agencia para el Registro de Sustancias Tóxicas y Enfermedades , "Se informó que la dosis letal mínima de boro ingerido (como ácido bórico) era de 2 a 3 g en bebés, de 5 a 6 g en niños y de 15 a 20 g en adultos. [...] Sin embargo, una revisión de 784 intoxicaciones humanas con ácido bórico (10 a 88 g) no informó muertes, y el 88% de los casos fueron asintomáticos". [21]
La exposición prolongada al ácido bórico puede ser más preocupante, ya que causa daño renal y eventualmente insuficiencia renal (consulte los enlaces a continuación). Aunque no parece ser cancerígeno , estudios en perros han informado atrofia testicular después de una exposición a 32 mg/(kg⋅día) durante 90 días. Este nivel, si fuera aplicable a humanos en una dosis similar, equivaldría a una dosis acumulativa de 202 g durante 90 días para un adulto de 70 kg, no muy inferior a la LD 50 anterior . [22]
Según el informe CLH sobre el ácido bórico publicado por la Oficina de Sustancias Químicas de Lodz (Polonia), el ácido bórico en dosis altas muestra una toxicidad y teratogenicidad significativas para el desarrollo en fetos de conejos, ratas y ratones, así como defectos cardiovasculares, variaciones esqueléticas y alteraciones leves. lesiones renales. [23] Como consecuencia de ello, en el 30º ATP de la directiva de la UE 67/548/CEE de agosto de 2008, la Comisión Europea decidió modificar su clasificación como tóxica para la reproducción categoría 2 y aplicar las frases de riesgo R60 (puede perjudicar la fertilidad) y R61 (puede perjudicar la fertilidad). causar daño al feto). [24] [25] [26] [27] [28]
En una reunión de 2010 de la Asociación Europea de Fabricación de Diagnósticos (EDMA), se discutieron varias nuevas incorporaciones a la lista de sustancias candidatas de muy alta preocupación (SVHC) en relación con el Reglamento de Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Productos Químicos de 2007 (REACH). Tras el registro y la revisión completados como parte de REACH, la clasificación del ácido bórico CAS 10043-35-3/11113-50-1 que figura desde el 1 de diciembre de 2010 es H360FD (Puede perjudicar a la fertilidad. Puede dañar al feto) . [29] [30]
El principal uso industrial del ácido bórico es en la fabricación de fibra de vidrio monofilamento , normalmente denominada fibra de vidrio textil. La fibra de vidrio textil se utiliza para reforzar plásticos en aplicaciones que van desde embarcaciones hasta tuberías industriales y placas de circuitos de computadoras. [31]
El ácido bórico se utiliza como veneno nuclear en los reactores nucleares modernos de tipo PWR, ya que reduce el proceso de fisión al reducir el flujo de neutrones. Se utiliza en el agua refrigerante del reactor nuclear PWR para controlar la potencia del reactor y para realizar el apagado de emergencia del reactor.
En la industria de la joyería, el ácido bórico se utiliza a menudo en combinación con alcohol desnaturalizado para reducir la oxidación de la superficie y, por tanto, la formación de incrustaciones en los metales durante las operaciones de recocido y soldadura . [ cita necesaria ]
El ácido bórico se utiliza en la producción del vidrio de las pantallas planas LCD . [ cita necesaria ]
En la galvanoplastia , el ácido bórico se utiliza como parte de algunas fórmulas patentadas. Una de esas fórmulas conocidas requiere aproximadamente una proporción de 1 a 10 de H
3B.O.
3a NiSO
4, una porción muy pequeña de lauril sulfato de sodio y una pequeña porción de H
2ENTONCES
4.
La solución de ácido ortobórico y bórax en una proporción de 4:5 se utiliza como agente retardante del fuego de la madera mediante impregnación. [32]
También se utiliza en la fabricación de masa apisonadora, un polvo fino que contiene sílice que se utiliza para producir cerámica y revestimientos de hornos de inducción .
El ácido bórico se añade al bórax para que los herreros lo utilicen como fundente de soldadura . [33]
El ácido bórico, en combinación con alcohol polivinílico (PVA) o aceite de silicona , se utiliza para fabricar Silly Putty . [34]
El ácido bórico también está presente en la lista de aditivos químicos utilizados para la fracturación hidráulica (fracking) en Marcellus Shale en Pensilvania. [35] A menudo se utiliza junto con la goma guar como agente reticulante y gelificante para controlar la viscosidad y la reología del fluido de fracking inyectado a alta presión en el pozo. Es importante controlar la viscosidad del fluido para mantener en suspensión en largas distancias de transporte los granos de los agentes de apuntalamiento destinados a mantener las grietas en las lutitas suficientemente abiertas para facilitar la extracción de gas después de que se alivia la presión hidráulica. [36] [37] [38] Las propiedades reológicas del hidrogel de goma guar reticulada con borato dependen principalmente del valor del pH . [39]
El ácido bórico se utiliza en algunos fusibles eléctricos de tipo expulsión como agente extintor/desionizador. [40] Durante una falla eléctrica en un fusible de tipo expulsión, se genera un arco de plasma por la desintegración y rápida separación accionada por resorte del elemento fusible, que generalmente es una varilla de metal especializada que pasa a través de una masa comprimida de ácido bórico dentro. el conjunto de fusibles. El plasma de alta temperatura hace que el ácido bórico se descomponga rápidamente en vapor de agua y anhídrido bórico y, a su vez, los productos de la vaporización desionizan el plasma, lo que ayuda a interrumpir la falla eléctrica. [41]
El ácido bórico se puede utilizar como antiséptico para quemaduras o cortes menores y, a veces, se utiliza en ungüentos y apósitos , como la pelusa borácica . El ácido bórico se aplica en una solución muy diluida como lavado de ojos. Los supositorios vaginales de ácido bórico se pueden utilizar para la candidiasis recurrente debida a cándida no albicans como tratamiento de segunda línea cuando el tratamiento convencional ha fracasado. [42] [43] Es menos eficaz que el tratamiento convencional en general. [42] El ácido bórico evita en gran medida los lactobacilos dentro de la vagina. [44] Como TOL-463 , está en desarrollo como medicamento intravaginal para el tratamiento de la candidiasis vulvovaginal . [45] [46] [47]
Como compuesto antibacteriano , el ácido bórico también se puede utilizar como tratamiento para el acné . También se utiliza como prevención del pie de atleta , insertando talco en los calcetines o medias. Se pueden utilizar varios preparados para tratar algunos tipos de otitis externa (infección del oído) tanto en humanos como en animales. [48] El conservante en los frascos de muestras de orina en el Reino Unido es el ácido bórico. [49]
Se sabe que las soluciones de ácido bórico utilizadas para lavar los ojos o sobre la piel irritada son tóxicas, especialmente para los bebés, especialmente después de su uso repetido; esto se debe a su lenta tasa de eliminación. [50]
El ácido bórico es una de las sustancias más utilizadas que pueden contrarrestar los efectos nocivos del ácido fluorhídrico (HF) reactivo tras un contacto accidental con la piel. Funciona forzando a los aniones F − libres a pasar al anión tetrafluoroborato inerte . Este proceso vence la toxicidad extrema del ácido fluorhídrico, en particular su capacidad para secuestrar calcio iónico del suero sanguíneo , lo que puede provocar un paro cardíaco y descomposición ósea; Un evento de este tipo puede ocurrir por un simple contacto cutáneo menor con HF. [51] [ verificación fallida ]
El ácido bórico se registró por primera vez en Estados Unidos como insecticida en 1948 para el control de cucarachas , termitas , hormigas rojas , pulgas , lepismas y muchos otros insectos . En general, se considera seguro el uso del producto en cocinas domésticas para controlar cucarachas y hormigas. Actúa como un veneno estomacal que afecta el metabolismo de los insectos y el polvo seco es abrasivo para los exoesqueletos de los insectos . [52] [53] [54] El ácido bórico también tiene la reputación de ser "el regalo que sigue matando", ya que las cucarachas que cruzan áreas ligeramente polvorientas no mueren inmediatamente, pero el efecto es como fragmentos de vidrio que las separan. . Esto a menudo permite que la cucaracha regrese al nido donde pronto muere. Las cucarachas, al ser caníbales , se comen a otras muertas por contacto o consumo de ácido bórico, consumiendo el polvo atrapado en la cucaracha muerta y matándolas también. [ cita necesaria ]
En combinación con su uso como insecticida, el ácido bórico también previene y destruye la podredumbre seca y húmeda existente en la madera. Puede usarse en combinación con un portador de etilenglicol para tratar la madera externa contra el ataque de hongos e insectos. Es posible comprar varillas impregnadas de borato para insertarlas en la madera a través de orificios perforados donde se sabe que la humedad se acumula y se asienta. Está disponible en forma de gel y en forma de pasta inyectable para tratar la madera afectada por la podredumbre sin necesidad de reemplazar la madera. Se pueden utilizar concentrados de tratamientos a base de borato para prevenir el crecimiento de limo, micelio y algas, incluso en ambientes marinos. [ cita necesaria ]
El ácido bórico se añade a la sal en el curado de pieles de vacuno, de becerro y de oveja . Esto ayuda a controlar el desarrollo bacteriano y ayuda a controlar los insectos. [ cita necesaria ]
El ácido bórico en equilibrio con su base conjugada, el ion borato, se usa ampliamente (en el rango de concentración de 50 a 100 ppm de equivalentes de boro) como sistema tampón de pH primario o complementario en piscinas . El ácido bórico es un ácido débil, con p K a (el pH en el que el tampón es más fuerte porque el ácido libre y el ion borato están en concentraciones iguales) de 9,24 en agua pura a 25 °C. Pero la p K a aparente es sustancialmente menor en aguas de piscinas o de océano debido a interacciones con otras moléculas en solución. Serán alrededor de las 9.0 en una piscina de agua salada. No importa qué forma de boro soluble se agregue, dentro del rango aceptable de pH y concentración de boro para piscinas, el ácido bórico es la forma predominante en solución acuosa, como se muestra en la figura adjunta. El sistema de ácido bórico-borato puede ser útil como sistema amortiguador primario (sustituyendo el sistema de bicarbonato con p K a 1 = 6,0 y p K a 2 = 9,4 en condiciones típicas de piscinas de agua salada) en piscinas con generadores de cloro de agua salada. que tienden a mostrar una tendencia ascendente en el pH desde un rango de trabajo de pH 7,5 a 8,2. La capacidad tampón es mayor frente al aumento del pH (hacia el pKa alrededor de 9,0), como se ilustra en el gráfico adjunto. El uso de ácido bórico en este rango de concentración no permite ninguna reducción en la concentración de HOCl libre necesaria para el saneamiento de la piscina, pero puede aumentar marginalmente los efectos fotoprotectores del ácido cianúrico y conferir otros beneficios a través de la actividad anticorrosiva o la suavidad percibida del agua. , dependiendo de la composición general de solutos del grupo. [55]
Las suspensiones coloidales de nanopartículas de ácido bórico disueltas en petróleo o aceite vegetal pueden formar un lubricante notable en superficies cerámicas o metálicas [56] con un coeficiente de fricción por deslizamiento que disminuye al aumentar la presión hasta un valor que oscila entre 0,10 y 0,02. Las películas autolubricantes de B(OH) 3 resultan de una reacción química espontánea entre las moléculas de agua y los recubrimientos de B 2 O 3 en un ambiente húmedo. A gran escala, existe una relación inversa entre el coeficiente de fricción y la presión de contacto hertziana inducida por la carga aplicada. [ cita necesaria ]
El ácido bórico se utiliza para lubricar las tablas de carrom y novuss , lo que permite jugar más rápido. [57]
El ácido bórico se utiliza en algunas centrales nucleares como veneno de neutrones . El boro del ácido bórico reduce la probabilidad de fisión térmica al absorber algunos neutrones térmicos . Las reacciones en cadena de fisión generalmente están impulsadas por la probabilidad de que los neutrones libres resulten en fisión y están determinadas por el material y las propiedades geométricas del reactor. El boro natural se compone aproximadamente de un 20% de isótopos de boro-10 y un 80% de boro-11. El boro-10 tiene una sección transversal alta para la absorción de neutrones (térmicos) de baja energía. Al aumentar la concentración de ácido bórico en el refrigerante del reactor, se reduce la probabilidad de que un neutrón provoque fisión. Los cambios en la concentración de ácido bórico pueden regular eficazmente la velocidad de fisión que tiene lugar en el reactor. Durante el funcionamiento normal a potencia, el ácido bórico se utiliza sólo en reactores de agua a presión (PWR), mientras que los reactores de agua en ebullición (BWR) emplean un patrón de varillas de control y un flujo de refrigerante para el control de potencia, aunque los BWR pueden utilizar una solución acuosa de ácido bórico y bórax o pentaborato de sodio para un sistema de parada de emergencia si las barras de control no se insertan. El ácido bórico puede disolverse en piscinas de combustible gastado utilizadas para almacenar elementos combustibles gastados . La concentración es lo suficientemente alta como para mantener la multiplicación de neutrones al mínimo. Se arrojó ácido bórico sobre el reactor 4 de la central nuclear de Chernobyl después de su fusión para evitar que se produjera otra reacción. [ cita necesaria ]
El boro se utiliza en pirotecnia para prevenir la reacción de formación de amidas entre el aluminio y los nitratos . Se añade una pequeña cantidad de ácido bórico a la composición para neutralizar las amidas alcalinas que pueden reaccionar con el aluminio.
El ácido bórico se puede utilizar como colorante para hacer que el fuego se vuelva verde. Por ejemplo, cuando se disuelve en metanol , los malabaristas y los hilanderos del fuego lo utilizan popularmente para crear una llama verde profunda mucho más fuerte que el sulfato de cobre. [58]
El ácido bórico se utiliza para tratar o prevenir las deficiencias de boro en las plantas. También se utiliza en la conservación de cereales como el arroz y el trigo. [59]
Medios relacionados con el ácido bórico en Wikimedia Commons