Метаборат натрия

Метаборат натрия
	; метабората натрия Мономер
	; метабората натрия Тример
Имена
	Название ИЮПАК Метаборат натрия
Идентификаторы
Номер CAS	7775-19-1 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ;
КЭБ	ЧЕБИ:75227 ;
Информационная карта ECHA	100.028.992
Номер ЕС	231-891-6 ;
ПабХим CID	145326 ;
номер РТЭКС	ED4640000 ;
НЕКОТОРЫЙ	Z6Q395A23R ;
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID2034386 ;
	показывать ИнЧИ
	показывать УЛЫБКИ
Характеристики
Химическая формула	НаБО 2
Молярная масса	65.80 g·mol −1
Появление	Бесцветные кристаллы
Запах	Без запаха
Плотность	2,464 г/см 3 (безводный)
Температура плавления	966 ° C (1771 ° F; 1239 К)
Точка кипения	1,434 ° C (2613 ° F; 1707 К)
Растворимость в воде	16,4 г/(100 мл) (0 °С) ; 28,2 г/(100 мл) (25 °С) ; 125,2 г/(100 мл) (100 °С)
Растворимость	нерастворим в эфире , этаноле
Структура
Кристаллическая структура	тригональный
Термохимия
Теплоемкость ( С )	65,94 Дж/(моль К)
Стандартный моляр ; энтропия ( S ⦵ 298 )	73,39 Дж/(моль К)
Стандартная энтальпия ; образование (Δ f H ⦵ 298 )	−1059 кДж/моль
Опасности
	Летальная доза или концентрация (LD, LC):
ЛД 50 ( средняя доза )	2330 мг/кг (крыса, перорально)
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). Ссылки на инфобоксы

Метаборат натрия представляет химическое натрия бора , кислорода и собой формулы соединение НаБО ₂ . ^{[ 3 ]} Однако метаборат- ион в безводном твердом веществе тримерен, поэтому более правильная формула: Na ₃ B ₃ O ₆ или (Что ⁺) ₃ [Б ₃ О ₆ ] ³⁻. Формулу можно записать и в виде Na ₂ O·B ₂ O _3, чтобы подчеркнуть связь с основными оксидами натрия и бора. ^{[ 2 ]} Это название также применяется к нескольким гидратам, формулы которых можно записать. NaBO ₂ · n H ₂ O для различных значений n .

Безводные вещества и гидраты представляют собой бесцветные кристаллические вещества. Безводная форма гигроскопична . ^{[ 4 ]}

Гидраты и растворимость

следующие гидраты : Из растворов соответствующего состава в различных интервалах температур кристаллизуются ^{[ 5 ]}

тетрагидрат NaBO ₂ ·4H ₂ O от −6 до 53,6 °С
дигидрат NaBO ₂ ·2H ₂ O от 53,6°С до 105°С
полугидрат NaBO ₂ ·0,5H ₂ O от 105 °С до температуры кипения.

Ранние сообщения о моногидрате NaBO ₂ ·H ₂ O не подтверждены. ^{[ 5 ]}

Структура

безводный

Твердый безводный метаборат натрия имеет гексагональную кристаллическую систему с пространственной группой. $R{\bar {3}}c$ . На самом деле он содержит шестичленные кольца с формулой [ _B3O6 ₆] ³⁻, состоящий из чередующихся атомов бора и кислорода с одним отрицательно заряженным дополнительным атомом кислорода, присоединенным к каждому атому бора. ^{[ 6 ]}^{[ 1 ]} Все девять атомов лежат на плоскости. ^{[ 4 ]} Шесть атомов кислорода равномерно разделены на два отдельных структурных участка с разной длиной связи B–O : B–O (внешняя) 128,0 пм и B–O (мостовая) 143,3 пм. ^{[ 6 ]} Плотность 2,348±0,005 г / см. ³. ^{[ 4 ]} Примерные размеры шестиугольной ячейки: а = 1275 пм, с = 733 пм. ^{[ 4 ]} Однако истинная элементарная ячейка ромбоэдрическая и имеет размеры: a _r = 776 пм, α = 110,6°, Z = 6 (5,98) молекул KB0. ^{[ 4 ]}

Дигидрат

Дигидрат NaBO ₂ ·2H ₂ O кристаллизуется в триклинной кристаллической системе , но является почти моноклинной , с α и γ очень близкими к 90°. Параметры ячейки: a = 678 пм, b = 1058 пм, c = 588 пм, α = 91,5°, β = 22,5°, γ = 89°, Z = 4, плотность 1,905 г/см. ³. Показатели преломления при 25°С и длине волны 589,3 нм составляют α = 1,439, β = 1,473, γ = 1,484. Дисперсия сильная, больше у красного, чем у фиолетового. ^{[ 7 ]}

Температура перехода между дигидратом и полугидратом составляет 54 °C. Однако кристаллический дигидрат будет оставаться метастабильным до температуры от 106 ° C до 110 ° C и медленно изменяться выше этой температуры. ^{[ 7 ]}

пар

Инфракрасная спектроскопия паров безводного метабората натрия, нагретого до температуры от 900 до 1400 °C, показывает в основном изолированные кластеры с формулой NaBO ₂ и некоторые его димеры. ^{[ 8 ]} Электронографические исследования Акишина и Спиридонова показали структуру O=B-O-Na с линейным анионом О=В-О ⁻ и угол Б-О-На 90-110°. Атомные расстояния О=Б : 12:20, Б-О : 136 вечера, О-На : 214 вечера ^{[ 9 ]}

Подготовка

Метаборат натрия получают сплавлением карбоната натрия и оксида бора. B₂O_B2O3^{[ 1 ]}^{[ 4 ]} или бура Na ₂ B ₄ O ₇ . Другой способ создания соединения — сплавление буры с гидроксидом натрия при 700 °C:

B ₂ O ₃ + 2 NaOH → 2 NaBO ₂ + H ₂ O

Температура кипения метабората натрия (1434 °С) ниже, чем у оксида бора (1860 °С) и буры (1575 °С). Фактически, хотя метаборат кипит без изменения состава, бура выделяет пары метабората натрия. с небольшим избытком оксида натрия Na2O O. ^{[ 2 ]}

Безводную соль также можно получить из тетрабората путем нагревания до 270 °C в вакууме. ^{[ 10 ]}

, хотя и не осуществляется в промышленности, Гидролиз борогидрида натрия Na[BH ₄ ] с подходящим катализатором дает метаборат натрия и газообразный водород : ^{[ 11 ]}

Na[BH ₄ ] + 2 H ₂ O → NaBO ₂ + 4 H ₂ (Δ H = −217 кДж / моль )

Реакции

С водой

Когда метаборат натрия растворяется в воде, анион соединяется с двумя молекулами воды, образуя тетрагидроксибората. анион [Б(ОН) ₄ ] ⁻. ^{[ 11 ]}

Электрохимическое превращение в буру

Электролиз концентрированного водного раствора 20% ^{[ нужны разъяснения ]} NaBO ₂ ·4H ₂ O с анионообменной мембраной и инертным анодом (таким как золото , палладий или алмаз, легированный бором ) превращает метаборатный анион в тетраборат. B ₄ O 2− 7 , а натриевая соль последнего ( бура ) выпадает в осадок в виде белого порошка. ^{[ 12 ]}

БО 2− 2 + 2 ОН ⁻ → Б ₄ О 2− 7 + Ч ₂ О + 4 е ⁻^{[ нужны разъяснения ]}

Восстановление до боргидрида натрия

Метаборат натрия можно перевести в боргидрид натрия несколькими методами, в том числе реакцией с различными восстановителями при высоких температурах и давлениях, ^{[ 12 ]} или с гидридом магния MgH ₂ путем измельчения в шаровой мельнице при комнатной температуре с последующей экстракцией Na[BH ₄ ] с изопропиламином . ^{[ 13 ]}^{[ 10 ]}

NaBO ₂ + 2 MgH ₂ → Na[BH ₄ ] + 2 MgO

Другой метод - электролитическое восстановление концентрированного раствора метабората натрия. ^{[ 10 ]} а именно

БО − 2 + 6 Ч ₂ О + 8 е ⁻ → [ЧД ₄ ] ⁻ + 8 ОН ⁻

Однако этот метод неэффективен, поскольку он конкурирует с восстановлением гидроксида :

4 ОН ⁻ → 2 Н ₂ О + О ₂ + 4 е ⁻

Мембраны нанофильтрации могут эффективно отделить боргидрид от метабората. ^{[ 11 ]}

Реакция со спиртами

безводного метабората натрия Кипячение с метанолом дает соответствующий тетраметоксиборат натрия (температура плавления: 253–258 °C, номер CAS : 18024-69-6). ^{[ 14 ]}): ^{[ 15 ]}

Уже ⁺BO − 2 + 4 CH ₃ OH → Na ⁺[В(И ₃ ) ₄ ] ⁻ + 2 Н ₂ О

Аналогичная реакция с этанолом дает тетраэтоксиборат натрия . ^{[ 15 ]}

Использование

Текущие и предлагаемые применения метабората натрия включают:

Производство боросиликатных стекол , устойчивых к неравномерному или быстрому нагреву из-за небольшого коэффициента теплового расширения.
Состав гербицидов . ^{[ 16 ]}
Повышение pH закачиваемых жидкостей для добычи нефти . ^{[ 17 ]}

См. также

Борат

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ссу-Миен Фанг (1938): «Кристаллическая структура метабората натрия Na».
₃ (Б
₃3О
₆ ) ». Журнал «Кристаллография — Кристаллические материалы» , том 99, выпуск 1-6, страницы 1–8, два : 10.1524/zkri.1938.99.1.1
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Сэндфорд С. Коул и Нельсон В. Тейлор, «Система Na
₂ О - Б
₂2О
₃ , IV: Давление паров оксида бора, метабората натрия и дибората натрия в диапазоне от 1150°C до 1400°C». Журнал Американского керамического общества , том 18, выпуск 1–12, страницы 82–85. два : 10.1111/j.1151-2916.1935.tb19358.x
^ « Метаборат натрия » Страница вещества на сайте Chemister. Доступ осуществлен 28 июня 2022 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж WH Захариасен (1937): «Кристаллическая структура метабората калия, K3 (B3O6)». Журнал химической физики , том 5, выпуск 11, стр. 919. дои : 10.1063/1.1749962
^ Перейти обратно: ^а ^б Нельсон П. Нис и Ричард В. Халберт (1967): «Изотермы растворимости в системе оксид натрия-оксид бора-вода. Пересмотренные кривые растворимости-температуры борной кислоты, буры, пентабората натрия и метабората натрия». Журнал химических и инженерных данных , том 12, выпуск 3, страницы 303–313. два : 10.1021/je60034a005
^ Перейти обратно: ^а ^б М. Марецио, Х.А. Плеттингер и В.Х. Захариасен (1963): «Длины связей в структуре метабората натрия», Acta Crystallographica , том 16, страницы 594-595. дои : 10.1107/S0365110X63001596
^ Перейти обратно: ^а ^б Джон Крч-младший (1951): «Кристаллографические данные. 44. Дигидрат метабората натрия». Аналитическая химия , том 23, выпуск 5, стр. 806. два : 10.1021/ac60053a043
^ Альфред Бюхлер и Эдвард П. Маррам (1963): «Газовые метабораты. II. Инфракрасные спектры паров метаборатов щелочей». Журнал химической физики , том 39, страница 292. дои : 10.1063/1.173424439
^ П. А. Акишин и В. П. Спиртдонов (1962): "Электронографическое исследование структуры молекул метаборатов LiBO2 и NaBO2 в парообразном состоянии". Жумал Структумои Химии , том 3, выпуск 3, страницы 267-269. два : 10.1007/BF01151477
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Линъянь Конг, Синью Цуй, Хуази Цзинь, Цзе Ву, Хао Ду и Тяньин Сюн (2009): «Механохимический синтез борогидрида натрия путем переработки метабората натрия». Energy Fuels , том 23, выпуск 10, страницы 5049-5054. дои : 10.1021/ef900619y
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Хасан К. Атье и Бойд Р. Дэвис (2007): «Отделение метабората натрия от борогидрида натрия с использованием нанофильтрационных мембран для хранения водорода». Международный журнал водородной энергетики , том 32, выпуск 2, страницы 229-236. doi : 10.1016/j.ijhydene.2006.06.003
^ Перейти обратно: ^а ^б Ын Хи Пак, Сон Ук Чжон, Ун Хо Чжон, Сон Хён Ким, Джеён Ли, Сук У Нам, Тэ Хун Лим, Ён Джун Пак, Ён Хо Юк (2007): «Переработка метабората натрия в буру». Международный журнал водородной энергетики , том 32, выпуск 14, страницы 2982-2987. doi : 10.1016/j.ijhydene.2007.03.029
^ З.П. Ли, Б.Х. Лю. К. Араи, Н. Моригазаки, С. Суда (2003): «Протидные соединения в системах хранения водорода». Журнал сплавов и соединений , тома 356–357, страницы 469–474. два : 10.1016/S0925-8388(02)01241-0
^ "Продукт" . sigmaaldrich.com .
^ Перейти обратно: ^а ^б Т. Кеммитт и Г. Дж. Гейнсфорд (2009): «Регенерация борогидрида натрия из метабората натрия и выделение промежуточных соединений» Международный журнал водородной энергетики , том 34, выпуск 14, страницы 5726-5731. doi : 10.1016/j.ijhydene.2009.05.108
^ " BareSpot Монобор-Хлорат ". Паспорт безопасности продукта на веб-сайте компании BareSpot. Проверено 28 июня 2022 г.
^ Фучжэнь Чен, Ханьцяо Цзян, Сяоху Бай, Вэй Чжэн (2013): «Оценка эффективности метабората натрия как новой щелочи при заводнении щелочью / поверхностно-активным веществом / полимером». Журнал промышленной и технической химии , том 19, выпуск 2, 25 марта, страницы 450-457. дои : 10.1016/j.jiec.2012.08.029

[fang1938-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ссу-Миен Фанг (1938): «Кристаллическая структура метабората натрия Na».
₃ (Б
₃3О
₆ ) ». Журнал «Кристаллография — Кристаллические материалы» , том 99, выпуск 1-6, страницы 1–8, два : 10.1524/zkri.1938.99.1.1

[cole1935-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Сэндфорд С. Коул и Нельсон В. Тейлор, «Система Na
₂ О - Б
₂2О
₃ , IV: Давление паров оксида бора, метабората натрия и дибората натрия в диапазоне от 1150°C до 1400°C». Журнал Американского керамического общества , том 18, выпуск 1–12, страницы 82–85. два : 10.1111/j.1151-2916.1935.tb19358.x

[Chemister-3] « Метаборат натрия » Страница вещества на сайте Chemister. Доступ осуществлен 28 июня 2022 г.

[zach1937-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж WH Захариасен (1937): «Кристаллическая структура метабората калия, K3 (B3O6)». Журнал химической физики , том 5, выпуск 11, стр. 919. дои : 10.1063/1.1749962

[nies1967-5] Перейти обратно: ^а ^б Нельсон П. Нис и Ричард В. Халберт (1967): «Изотермы растворимости в системе оксид натрия-оксид бора-вода. Пересмотренные кривые растворимости-температуры борной кислоты, буры, пентабората натрия и метабората натрия». Журнал химических и инженерных данных , том 12, выпуск 3, страницы 303–313. два : 10.1021/je60034a005

[mare1963-6] Перейти обратно: ^а ^б М. Марецио, Х.А. Плеттингер и В.Х. Захариасен (1963): «Длины связей в структуре метабората натрия», Acta Crystallographica , том 16, страницы 594-595. дои : 10.1107/S0365110X63001596

[krcj1951-7] Перейти обратно: ^а ^б Джон Крч-младший (1951): «Кристаллографические данные. 44. Дигидрат метабората натрия». Аналитическая химия , том 23, выпуск 5, стр. 806. два : 10.1021/ac60053a043

[buch1963-8] Альфред Бюхлер и Эдвард П. Маррам (1963): «Газовые метабораты. II. Инфракрасные спектры паров метаборатов щелочей». Журнал химической физики , том 39, страница 292. дои : 10.1063/1.173424439

[akis1962-9] П. А. Акишин и В. П. Спиртдонов (1962): "Электронографическое исследование структуры молекул метаборатов LiBO2 и NaBO2 в парообразном состоянии". Жумал Структумои Химии , том 3, выпуск 3, страницы 267-269. два : 10.1007/BF01151477

[kong2009-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с Линъянь Конг, Синью Цуй, Хуази Цзинь, Цзе Ву, Хао Ду и Тяньин Сюн (2009): «Механохимический синтез борогидрида натрия путем переработки метабората натрия». Energy Fuels , том 23, выпуск 10, страницы 5049-5054. дои : 10.1021/ef900619y

[atiy2007-11] Перейти обратно: ^а ^б ^с Хасан К. Атье и Бойд Р. Дэвис (2007): «Отделение метабората натрия от борогидрида натрия с использованием нанофильтрационных мембран для хранения водорода». Международный журнал водородной энергетики , том 32, выпуск 2, страницы 229-236. doi : 10.1016/j.ijhydene.2006.06.003

[park2007-12] Перейти обратно: ^а ^б Ын Хи Пак, Сон Ук Чжон, Ун Хо Чжон, Сон Хён Ким, Джеён Ли, Сук У Нам, Тэ Хун Лим, Ён Джун Пак, Ён Хо Юк (2007): «Переработка метабората натрия в буру». Международный журнал водородной энергетики , том 32, выпуск 14, страницы 2982-2987. doi : 10.1016/j.ijhydene.2007.03.029

[zpli2003-13] З.П. Ли, Б.Х. Лю. К. Араи, Н. Моригазаки, С. Суда (2003): «Протидные соединения в системах хранения водорода». Журнал сплавов и соединений , тома 356–357, страницы 469–474. два : 10.1016/S0925-8388(02)01241-0

[sigmaaldrich-14] "Продукт" . sigmaaldrich.com .

[kemm2009-15] Перейти обратно: ^а ^б Т. Кеммитт и Г. Дж. Гейнсфорд (2009): «Регенерация борогидрида натрия из метабората натрия и выделение промежуточных соединений» Международный журнал водородной энергетики , том 34, выпуск 14, страницы 5726-5731. doi : 10.1016/j.ijhydene.2009.05.108

[MonoBor-16] " BareSpot Монобор-Хлорат ". Паспорт безопасности продукта на веб-сайте компании BareSpot. Проверено 28 июня 2022 г.

[chen2013-17] Фучжэнь Чен, Ханьцяо Цзян, Сяоху Бай, Вэй Чжэн (2013): «Оценка эффективности метабората натрия как новой щелочи при заводнении щелочью / поверхностно-активным веществом / полимером». Журнал промышленной и технической химии , том 19, выпуск 2, 25 марта, страницы 450-457. дои : 10.1016/j.jiec.2012.08.029

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]