El tetrahidroxiborato de sodio es una sal (compuesto iónico) de fórmula química Na H 4 B O 4 o Na + [B(OH) 4 ] − . Es uno de los muchos boratos de sodio . A temperatura ambiente es un sólido cristalino incoloro. [1] [2]
La relación de elementos corresponde a la mezcla de óxidos Na 2 O·B 2 O 3 ·4H 2 O , pero la estructura del sólido es bastante diferente de la sugerida por esta fórmula.
El tetrahidroxiborato de sodio se ha cristalizado a partir de soluciones acuosas en dos formas anhidras . Ambas contienen el anión tetraédrico tetrahidroxiborato , que se forma a partir del ácido (orto)bórico B(OH) 3 en soluciones acuosas mediante la unión de un anión hidróxido − OH en lugar de la pérdida de un protón H + . Estos aniones se encuentran en capas perpendiculares al plano (010) y forman una red tridimensional unida por enlaces de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno en cada anión y los átomos de oxígeno en los aniones adyacentes. [1]
La primera forma, descrita en 1993, cristaliza en el sistema cristalino monoclínico con grupo de simetría P 2 1 / a y parámetros a = 588,6 pm , b = 1056,6 pm, c = 614,6 pm, β = 111,6 ° , fórmulas por celda Z = 4, volumen de celda V = 0,3554 nm 3 . [1] [2]
En la forma monoclínica, los aniones tetrahidroxiborato dentro de cada capa de aniones tienen orientaciones alternas, relacionadas por una inversión central. Tres de los átomos de oxígeno en cada anión se encuentran a una distancia máxima de 4,2 pm de un plano (010), y el cuarto está a una distancia de aproximadamente 270 pm de ese plano. [2] Los cationes de sodio se encuentran aproximadamente en las mismas capas de aniones, a 34 pm del plano medio de la capa. Cada ion de sodio está rodeado por cinco átomos de oxígeno en una disposición piramidal cuadrada aproximada , a distancias de 233 a 239 pm, con un sexto oxígeno a 313 pm. [2] Estos seis oxígenos pertenecen a cuatro aniones. [1]
La segunda forma, descrita en 2009, cristaliza en el sistema cristalino ortorrómbico con grupo P 2 1 2 1 2 1 y parámetros de celda a = 532,3 pm, b = 949,6 pm y c = 659,6 pm, Z = 4, volumen V = 0,3334 nm 3 [2]
En esta versión, todos los aniones dentro de cada capa de aniones (010) tienen uno de los cuatro enlaces B−O orientados en la misma dirección, aproximadamente paralela al eje (100), opuesta a la de los aniones en las capas adyacentes. Tres átomos de oxígeno de cada anión se encuentran a un máximo de 4 pm de su plano medio (100). Los aniones forman columnas paralelas a la dirección (100), con cada columna rotada 180 grados sobre ese eje en relación con las adyacentes. El espaciado entre capas es de 224 pm. [2]
Los átomos de sodio se encuentran en capas intermedias entre las capas de aniones. Cada ion de sodio está rodeado por cinco átomos de oxígeno, en una disposición de pirámide cuadrada, a distancias entre 233 y 239 pm. Los átomos de oxígeno de la base están desplazados como máximo 4 pm de su plano medio, el átomo de sodio está desplazado de éste 30 pm y el quinto átomo de oxígeno está a 270 pm de éste. [2]
La forma monoclínica se ha cristalizado mezclando hidróxido de sodio NaOH 14,5% (peso), ácido bórico H 3 BO 3 9,0%, hidróxido de calcio Ca(OH) 2 10,7% y agua 65,8% y dejándolo reposar durante un largo tiempo a 293 K. [1]
La forma ortorrómbica se ha cristalizado, como agujas finas, a partir de una solución de hidróxido de sodio y ácido bórico a pH 12 (lo que significa una relación molar de boro a sodio de 3:2 en la solución), dejándola evaporar a temperatura ambiente. [2]
La solución de partida para la cristalización evaporativa también se puede preparar a partir de metaborato de sodio tetrahidratado NaBO 2 ·4H 2 O . [3]
El sólido es bastante estable pero reacciona lentamente con el dióxido de carbono CO2 del aire. [2]
El proceso de cristalización se ha estudiado mediante espectroscopia Raman de gotas de solución de tamaño nanométrico a medida que el agua se evapora en el aire. [3]
El tetrahidroxiborato de sodio es el producto final de la hidrólisis del borohidruro de sodio Na[BH 4 ] a 45–65 °C , a través de la formación de borano neutro BH 3 y luego ácido bórico B(OH) 3 . [4]