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Borsäure: Verwendung, pH-Wert, Insektizid und mehr

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Borsäure: Verwendung, pH-Wert, Insektizid und mehr

Chemie

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Lernzettel

Borsäure (H3BO3) ist eine schwache anorganische Säure mit vielfältigen Eigenschaften und Anwendungen.
Sie kommt natürlich in Fumarolen und Mineralien wie Sassolin vor, wird aber hauptsächlich aus Borax gewonnen.
Borsäure hat antiseptische und konservierende Eigenschaften, ist aber auch reproduktionstoxisch.
Wichtige Verwendungen sind in der Glasherstellung, als Konservierungsmittel, Insektizid und in der Kernreaktortechnik.
Ein charakteristischer Nachweis erfolgt durch die grüne Flammenfärbung des Borsäuremethylesters.

3.5.2021

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Fuentes de información

La información presentada sobre la borsäure proviene de diversas fuentes confiables, incluyendo:

Enciclopedias químicas en línea como chemie.de
Wikipedia en alemán
Sitios web educativos de química como chemie-schule.de y chemieunterricht.de
Bases de datos científicas como SpringerLink
Recursos farmacéuticos como pharmawiki.ch

Estas fuentes proporcionan información detallada sobre las propiedades químicas, usos, obtención e historia de la borsäure desde perspectivas científicas y educativas.

Highlight: Es importante consultar fuentes confiables y actualizadas al investigar sobre compuestos químicos como la borsäure.

Ejemplo: El sitio web chemie-schule.de ofrece información educativa sobre la borsäure orientada a estudiantes de química.

Guridh Güther (11/2), 26.06.2020
Borsäure (H3BO3)
Allgemeine Daten
Trivialname: Borsäure, Orthoborsäure
Namensdeutung: einfachste Sauerstoff

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Estructura y nomenclatura de la borsäure

La borsäure tiene las siguientes denominaciones y características estructurales:

Nombre trivial: Ácido bórico (también ácido ortobórico; anteriormente borohidroxido)
Interpretación del nombre: El ácido oxigenado más simple del boro
Nombre sistemático: Trihidrogenoborato
Clase de sustancia: Ácido inorgánico débil
Fórmula: H3BO3

Su estructura molecular consiste en un átomo de boro unido a tres grupos hidroxilo (OH):

OH
 |

HO - B - OH

Definición: Un ácido inorgánico débil es aquel que no se disocia completamente en solución acuosa.

Vocabulario: El trihidrogenoborato es el nombre sistemático de la borsäure según la nomenclatura IUPAC.

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Ocurrencia natural y obtención industrial de la borsäure

La borsäure se encuentra naturalmente en:

Fumarolas (fuentes de vapor de agua) en Italia central, de donde se puede obtener por evaporación formando escamas brillantes.
El mineral sassolina en la Toscana.
Sales de metales alcalinos y alcalinotérreos como:
- Kernita (Na2[B4O6(OH)2] · 3 H2O)
- Bórax (Na2[B4O5(OH)4] · 8 H2O), que actualmente se obtiene principalmente de la kernita

La obtención industrial se realiza principalmente tratando bórax con ácido clorhídrico o sulfúrico:

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

Ejemplo: Las fumarolas en la Toscana, Italia, son una fuente natural de borsäure.

Vocabulario: La kernita es un mineral de borato de sodio hidratado que es una importante fuente de boro y borsäure.

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Propiedades físicas y químicas de la borsäure

La borsäure presenta las siguientes propiedades:

Físicas:

Sólido cristalino, escamoso, brillante e incoloro
Punto de fusión de 171°C
Forma cristales con estructura en capas unidas por puentes de hidrógeno
Inicialmente poco soluble en agua, pero su solubilidad aumenta con la concentración
Soluble en alcohol

Químicas:

Propiedades antisépticas, antibacterianas y antimicóticas
Tóxica para la reproducción
Al calentarse pierde agua formando ácido metabórico y óxido de boro: H3BO3 → HBO2 + H2O 2 HBO2 → B2O3 + H2O
En agua actúa como un ácido monoprótico formando el ion tetrahidroxoborato: H3BO3 + H2O ⇌ [B(OH)4]- + H+

Highlight: La estructura cristalina en capas de la borsäure unida por puentes de hidrógeno influye en sus propiedades físicas.

Ejemplo: La reacción H3BO3 + H2O ⇌ [B(OH)4]- + H+ muestra cómo la borsäure actúa como un ácido monoprótico en solución acuosa.

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Allgemeine Informationen zu Borsäure

Borsäure (H3BO3), auch als Orthoborsäure bekannt, ist die einfachste Sauerstoffsäure des Bors. Sie gehört zur Stoffklasse der schwachen anorganischen Säuren und wird systematisch als Trihydrogenborat bezeichnet.

Vocabulary: Trihydrogenborat ist die systematische Bezeichnung für Borsäure in der chemischen Nomenklatur.

Die chemische Struktur von Borsäure besteht aus einem Boratom, das von drei Hydroxylgruppen umgeben ist. Diese Struktur verleiht der Verbindung ihre charakteristischen Eigenschaften und Reaktivität.

Highlight: Die Kristalle der Borsäure bilden eine Schichtstruktur aus, wobei sich zwischen den einzelnen Molekülen Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden.

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Geschichte und Nachweisexperiment für Borsäure

Die Geschichte der Borsäure reicht bis ins frühe 18. Jahrhundert zurück. Wilhelm Homberg stellte sie 1702 erstmals aus Borax mittels Schwefelsäure dar und nannte sie "Sedativsalz". Weitere wichtige Beiträge zur Erforschung der Borsäure lieferten Nicolas Lémery, Theodor Baron Scheele und Antoine Lavoisier.

Ein charakteristisches Nachweisexperiment für Borsäure basiert auf der Veresterung mit Methanol. Dabei entsteht Borsäuretrimethylester, der mit grüner Flamme brennt:

H3BO3 + 3 CH3OH → (CH3)3BO3 + 3 H2O

Example: Dieses Experiment dient auch zur Unterscheidung von Ethanol und Methanol, da der Borsäuretriethylester mit gelber Flamme und grünem Saum brennt.

Die grüne Flammenfärbung des Borsäuremethylesters ist ein eindeutiger Nachweis für die Anwesenheit von Borsäure und wird oft in der qualitativen chemischen Analyse eingesetzt.

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Vorkommen und Gewinnung von Borsäure

Borsäure kommt in der Natur auf verschiedene Weise vor. Sie findet sich in Fumarolen, also Wasserdampfquellen, besonders in Mittelitalien. Dort kann sie durch einfaches Eindampfen in Form glänzender Plättchen gewonnen werden. Auch als Mineral Sassolin ist Borsäure in der Toskana anzutreffen.

Von größerer wirtschaftlicher Bedeutung sind jedoch die Alkali- und Erdalkalisalze der Borsäure. Dazu gehören Kernit (Na₂[B4O6(OH)₂] · 3 H₂O) und das bekanntere, aber seltenere Borax (Na₂[B4O5(OH)4] · 8 H₂O). Borax wird heutzutage überwiegend aus Kernit gewonnen.

Die industrielle Gewinnung von Borsäure erfolgt hauptsächlich durch die Behandlung von Borax mit Salz- oder Schwefelsäure. Die Reaktionsgleichung lautet:

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

Example: In dieser Reaktion wird Borax mit Salzsäure umgesetzt, wobei Borsäure, Natriumchlorid und Wasser entstehen.

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Nachweisexperiment für Borsäure

Ein charakteristisches Nachweisexperiment für Borsäure basiert auf der Veresterung mit Methanol. Dabei entsteht Borsäuretrimethylester, der mit einer charakteristischen grünen Flamme brennt:

H3BO3 + 3 CH3OH → (CH3)3BO3 + 3 H2O

Diese Reaktion dient auch zur experimentellen Unterscheidung von Ethanol und Methanol, da der Borsäuretriethylester mit gelber Flamme und grünem Saum brennt.

Example: Die Borsäure Methanol Reaktionsgleichung zeigt die Bildung des Borsäuretrimethylesters: H3BO3 + 3 CH3OH → (CH3)3BO3 + 3 H2O

Highlight: Die grüne Methanol Flamme beim Verbrennen des Borsäuretrimethylesters ist ein charakteristischer Nachweis für Borsäure.

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Eigenschaften und Verwendung von Borsäure

Borsäure präsentiert sich als fester, schuppiger, glänzender und farbloser kristalliner Stoff. Sie besitzt antiseptische, antibakterielle und antimykotische Eigenschaften, ist jedoch auch als reproduktionstoxisch eingestuft. Der Schmelzpunkt liegt bei 171 °C.

Eine bemerkenswerte Eigenschaft der Borsäure ist ihre anfängliche schlechte Wasserlöslichkeit, die sich jedoch mit steigender Konzentration beschleunigt. In Alkohol ist sie gut löslich. Beim Erhitzen spaltet Borsäure Wasser ab und bildet zunächst Metaborsäure (HBO2) und schließlich Dibortrioxid (B2O3).

Die Verwendungsmöglichkeiten von Borsäure sind vielfältig:

Als Zwischenprodukt zur Herstellung von Borosilikatglas, Porzellan und Emaille
In 3-%iger Lösung zur Neutralisation bei Laugenverätzungen
Als Konservierungsmittel (E 284)
Als Bleichmittel in Spülmitteln
Als Fungizid und Insektizid
Als Beizmittel und Flammschutzmittel
Zur Schimmelprävention
Als Neutronenabsorber in Druckwasser-Kernreaktoren
In der Pyrotechnik

Highlight: Die Verwendung von Borsäure als Insektizid und zur Schimmelprävention unterstreicht ihre vielseitige Einsetzbarkeit in verschiedenen Bereichen.