Метаборат натрия
Метаборат натрия

Мономер метабората натрия

Тример метабората натрия
Имена
Название ИЮПАК
Метаборат натрия
Идентификаторы
  • 7775-19-1 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:75227
Информационная карта ECHA100.028.992
Номер ЕС
  • 231-891-6
CID PubChem
  • 145326
Номер RTECS
  • ED4640000
УНИИ
  • Z6Q395A23R проверятьИ
  • DTXSID2034386
  • InChI=1S/BO2.Na/c2-1-3;/q-1;+1
    Ключ: NVIFVTYDZMXWGX-UHFFFAOYSA-N
  • В(=О)[О-].[Na+]
Характеристики
NaBO2​
Молярная масса65,80  г·моль −1
ПоявлениеБесцветные кристаллы.
ЗапахБез запаха
Плотность2,464 г/см 3 (безводный) [1]
Температура плавления966 °C (1,771 °F; 1,239 K)
Точка кипения1,434 [2]  °C (2,613 °F; 1,707 K)
16,4 г/(100 мл) (0 °C)
28,2 г/(100 мл) (25 °C)
125,2 г/(100 мл) (100 °C)
Растворимостьнерастворим в эфире , этаноле
Структура
треугольный
Термохимия
65,94 Дж/(моль·К)
73,39 Дж/(моль·К)
−1059 кДж/моль
Опасности
Смертельная доза или концентрация (ЛД, ЛК):
2330 мг/кг (крыса, перорально)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Химическое соединение

Метаборат натрия — это химическое соединение натрия , бора и кислорода с формулой NaBO2 . [3] Однако в безводном твердом веществе ион метабората является тримерным , поэтому более правильная формула — Na3B3O6 или (Na + ) 3 [ B3O6 ] 3− . Формула может быть записана также как Na2O · B2O3 , чтобы подчеркнуть связь с основными оксидами натрия и бора. [ 2] Это название также применяется к нескольким гидратам , формулы которых можно записать как NaBO2 · nH2O для различных значений n .

Безводные и гидраты — бесцветные кристаллические твердые вещества. Безводная форма гигроскопична . [ 4]

Гидраты и растворимость

Из растворов соответствующего состава в различных температурных диапазонах кристаллизуются следующие гидраты : [5]

  • тетрагидрат NaBO 2 ·4H 2 O от −6 до 53,6 °C
  • дигидрат NaBO2 · 2H2O от 53,6 °C до 105 ° C
  • полугидрат NaBO2 · 0,5H2O от 105 °C до точки кипения .

Ранние сообщения о моногидрате NaBO2 ·H2O не были подтверждены . [ 5 ]

Структура

Безводный

Твердый безводный метаборат натрия имеет гексагональную кристаллическую систему с пространственной группой . Фактически он содержит шестичленные кольца с формулой [B 3 O 6 ] 3− , состоящие из чередующихся атомов бора и кислорода с одним отрицательно заряженным дополнительным атомом кислорода, прикрепленным к каждому атому бора. [6] [1] Все девять атомов лежат на плоскости. [4] Шесть атомов кислорода равномерно распределены по двум различным структурным позициям с различными длинами связей B–O : B–O (внешняя) 128,0 пм и B–O (мостиковая) 143,3 пм. [6] Плотность составляет 2,348 ± 0,005 г / см 3 . [4] Приблизительные размеры гексагональной ячейки составляют a = 1275 пм, c = 733 пм. [4] Однако истинная элементарная ячейка является ромбоэдрической и имеет размеры: a r = 776 пм, α = 110,6°, Z = 6 (5,98) молекул KB0 [4] Р 3 ¯ с {\displaystyle R{\bar {3}}c}

Дигидрат

Дигидрат NaBO2 · 2H2O кристаллизуется в триклинной кристаллической системе , но является почти моноклинной , с углами α и γ , очень близкими к 90°. Параметры ячейки: a = 678 пм, b = 1058A пм, c = 588 пм, α = 91,5°, β = 22,5°, γ = 89°, Z = 4, плотность 1,905 г/см3 . Показатели преломления при 25°C и длине волны 589,3 нм составляют α = 1,439, β = 1,473, γ = 1,484. Дисперсия сильная, больше в красном, чем в фиолетовом. [7]

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

Пар

Инфракрасная спектроскопия паров безводного метабората натрия, нагретого до температуры от 900 °C до 1400 °C, показывает в основном изолированные кластеры с формулой NaBO 2 и некоторые их димеры. [8] Исследования электронной дифракции Акишина и Спиридонова показали структуру O=B−O−Na с линейным анионом O=B−O − и углом B−O−Na 90-110°. Атомные расстояния составляют O=B : 120 пм, B−O : 136 пм, O−Na : 214 пм [9]

Подготовка

Метаборат натрия получают сплавлением карбоната натрия и оксида бора B2O3 [ 1] [ 4] или буры Na2B4O7 . Другой способ получения 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 °C) ниже, чем у оксида бора (1860 °C) и буры (1575 °C). Фактически, в то время как метаборат кипит без изменения состава, бура выделяет пары метабората натрия с небольшим избытком оксида натрия Na2O . [ 2 ]

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

Хотя это и не осуществляется в промышленных масштабах, гидролиз борогидрида натрия Na[BH4 ] 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 тетрагидроксиборат- анион [B(OH) 4 ] − . [11]

Электрохимическое преобразование в буру

Электролиз концентрированного водного раствора 20% [ необходимо разъяснение ] NaBO2 · 4H2O с анионообменной мембраной и инертным анодом (например, золотом , палладием или легированным бором алмазом) преобразует метаборат-анион в тетраборат B4O . 2−7, а натриевая соль последнего ( бура ) выпадает в осадок в виде белого порошка. [12]

БО2−2+ 2 ОН − → В 4 О2−7+ H 2 O + 4 e − [ требуется разъяснение ]

Восстановление до борогидрида натрия

Метаборат натрия может быть преобразован в борогидрид натрия несколькими способами, включая реакцию с различными восстановителями при высоких температурах и давлении [12] или с гидридом магния MgH2 путем измельчения в шаровой мельнице при комнатной температуре с последующей экстракцией Na[BH4 ] изопропиламином . [ 13] [10 ]

NaBO 2 + 2 MgH 2 → Na[BH 4 ] + 2 MgO

Другим методом является электролитическое восстановление концентрированного раствора метабората натрия [10] , а именно

БО−2+ 6 ЧАС 2 О + 8 е - → [BH 4 ] - + 8 ОН -

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

4 ОН − → 2 Н 2 О + О 2 + 4 е −

Нанофильтрационные мембраны могут эффективно отделять борогидрид от метабората. [11]

Реакция со спиртами

Безводный метаборат натрия, кипящий с метанолом , дает соответствующий тетраметоксиборат натрия (температура плавления: 253-258 °C, номер CAS : 18024-69-6 [14] ): [15]

Na + BO−2+ 4 CH 3 OH → Na + [B(OCH 3 ) 4 ] − + 2 H 2 O

Аналогичная реакция с этанолом дает тетраэтоксиборат натрия. [15]

Использует

Текущие и предлагаемые области применения метабората натрия включают:

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Fang, Ссу-Миен (1938). «Кристаллическая структура метабората натрия Na 3 (B 3 O 6 )». Zeitschrift für Kristallographie - Кристаллические материалы . 99 (1–6): 1–8. дои :10.1524/zkri.1938.99.1.1.
  2. ^ abc Cole, Sandford S.; Taylor, Nelson W. (1935). «СИСТЕМА Na 2 O-B 2 O 3 , IV Давление паров оксида бора, метабората натрия и дибората натрия между 1150°C и 1400°C». Журнал Американского керамического общества . 18 (1–12): 82–85. doi :10.1111/j.1151-2916.1935.tb19358.x.
  3. ^ Страница вещества "Метаборат натрия" на сайте Chemister. Доступ 28.06.2022.
  4. ^ abcdef Zachariasen, WH (1937). "Кристаллическая структура метабората калия, K3(B3O6)". Журнал химической физики . 5 (11): 919–922. doi :10.1063/1.1749962.
  5. ^ ab Nies, Nelson P.; Hulbert, Richard W. (1967). «Изотермы растворимости в системе оксид натрия-оксид бора-вода. Пересмотренные кривые растворимости-температуры борной кислоты, буры, пентабората натрия и метабората натрия». Journal of Chemical & Engineering Data . 12 (3): 303–313. doi :10.1021/je60034a005.
  6. ^ ab Marezio, M.; Plettinger, HA; Zachariasen, WH (1963). «Длины связей в структуре метабората натрия». Acta Crystallographica . 16 (7): 594–595. Bibcode :1963AcCry..16..594M. doi :10.1107/S0365110X63001596.
  7. ^ ab Krc, John (1951). «Кристаллографические данные. 44. Дигидрат метабората натрия». Аналитическая химия . 23 (5): 806. doi :10.1021/ac60053a043.
  8. ^ Альфред Бюхлер и Эдвард П. Маррам (1963). «Газообразные метабораты. II. Инфракрасные спектры паров щелочных метаборатов». Журнал химической физики . 39 : 292. doi : 10.1063/1.173424439 (неактивен 1 ноября 2024 г.).{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  9. ^ Акишин, П.А.; Спиридонов, В.П. (1962). «Исследование структуры молекул метаборатов LiBO2 и NaBO2 в парообразном состоянии методом электронной дифракции». Журнал структурной химии . 3 (3): 251–253. doi :10.1007/BF01151477.
  10. ^ abc Kong, Lingyan; Cui, Xinyu; Jin, Huazi; Wu, Jie; Du, Hao; Xiong, Tianying (2009). «Механохимический синтез борогидрида натрия путем переработки метабората натрия». Energy & Fuels . 23 (10): 5049–5054. doi :10.1021/ef900619y.
  11. ^ abc Atiyeh, H.; Davis, B. (2007). «Разделение метабората натрия от борогидрида натрия с использованием нанофильтрационных мембран для хранения водорода». Международный журнал водородной энергетики . 32 (2): 229–236. Bibcode : 2007IJHE...32..229A. doi : 10.1016/j.ijhydene.2006.06.003.
  12. ^ ab Park, E.; Ukjeong, S.; Hojung, U.; Kim, S.; Lee, J.; Woonam, S.; Hoonlim, T.; Junpark, Y.; Hoyu, Y. (2007). «Переработка метабората натрия в буру». Международный журнал водородной энергетики . 32 (14): 2982–2987. Bibcode : 2007IJHE...32.2982P. doi : 10.1016/j.ijhydene.2007.03.029.
  13. ^ Li, ZP; Liu, BH; Arai, K.; Morigazaki, N.; Suda, S. (2003). «Протидные соединения в системах хранения водорода». Журнал сплавов и соединений . 356–357: 469–474. doi :10.1016/S0925-8388(02)01241-0.
  14. ^ "Продукт". sigmaaldrich.com .
  15. ^ ab Kemmitt, T.; Gainsford, GJ (2009). «Регенерация борогидрида натрия из метабората натрия и выделение промежуточных соединений». Международный журнал водородной энергетики . 34 (14): 5726–5731. Bibcode : 2009IJHE...34.5726K. doi : 10.1016/j.ijhydene.2009.05.108.
  16. ^ "BareSpot Monobor-Chlorate". Паспорт безопасности продукта на веб-сайте компании BareSpot. Дата обращения 28.06.2022.
  17. ^ Чэнь, Фучжэнь; Цзян, Ханьцяо; Бай, Сяоху; Чжэн, Вэй (2013). «Оценка эффективности метабората натрия как новой щелочи в щелочном/поверхностно-активном/полимерном заводнении». Журнал промышленной и инженерной химии . 19 (2): 450–457. doi :10.1016/j.jiec.2012.08.029.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Метаборат_натрия&oldid=1254972962"