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| 名前 | |||
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| IUPAC名
ホウ酸[1]
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| その他の名前
オルトホウ酸、ホウ酸、サソライト、ボロファックス、トリヒドロキシボラン、ボラントリオール、ホウ酸水素、アシダム ボリカム
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| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.030.114 | ||
| EC番号 |
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| E番号 | E284 （防腐剤） | ||
| ケッグ |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |||
| ホウ素H3O3 | |||
| モル質量 | 61.83 グラムモル−1 | ||
| 外観 | 白色結晶固体 | ||
| 密度 | 1.435グラム/ cm3 | ||
| 融点 | 170.9 °C (339.6 °F; 444.0 K) | ||
| 沸点 | 300 °C (572 °F; 573 K) | ||
| 2.52 g/100 mL (0 °C) 4.72 g/100 mL (20 °C) 5.7 g/100 mL (25 °C) 19.10 g/100 mL (80 °C) 27.53 g/100 mL (100 °C) | |||
| 他の溶媒への 溶解性 | 低級アルコールに可溶、 ピリジン に中程度に可溶、アセトンに極めてわずかに可溶 | ||
| ログP | -0.29 [2] | ||
| 酸性度（p Ka） | 9.24 (最初の陽子)、 12.4（秒）、 13.3 (完了) | ||
| 共役塩基 | ホウ酸 | ||
磁化率（χ）
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-34.1·10 −6 cm 3 /モル | ||
| 構造 | |||
| 三角平面 | |||
| 0 日 | |||
| 薬理学 | |||
| S02AA03 ( WHO ) D08AD ( WHO ) | |||
| 危険 | |||
| GHSラベル: | |||
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| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |||
| 引火点 | 不燃性 | ||
| 致死量または濃度（LD、LC）： | |||
LD 50 (平均投与量)
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2660 mg/kg、経口（ラット） | ||
| 関連化合物 | |||
関連化合物
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三酸化ホウ素 ホウ砂 | ||
| 補足データページ | |||
| ホウ酸（データページ） | |||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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ホウ酸、より具体的にはオルトホウ酸は、ホウ素、酸素、水素の化合物で、化学式はB(OH) 3です。オルトホウ酸水素、三水酸化ホウ素、ホウ酸とも呼ばれます。[3]通常、無色の結晶または白色の粉末として見られ、水に溶け、自然界では鉱物サソライトとして存在します。これは弱酸で、さまざまなホウ酸 アニオンや塩を生成し、アルコールと反応してホウ酸エステルを形成します。
ホウ酸は、防腐剤、殺虫剤、難燃剤、中性子吸収剤、または他のホウ素化合物の前駆体としてよく使用されます。
「ホウ酸」という用語は、メタホウ酸HBO 2や四ホウ酸H 2 B 4 O 7などのホウ素のオキソ酸全般を指すためにも使用されます。
歴史
オルトホウ酸は、ウィルヘルム・ホンベルク（1652-1715）がホウ砂から鉱酸の作用で初めて調製し、 sal sedativum Hombergi（「ホンベルクの鎮静塩」）と名付けられました。しかし、ホウ酸とホウ酸塩は、古代ギリシャの時代から、洗浄、食品の保存、その他の活動に使用されていました。[4]
分子と結晶構造
3つの酸素原子はホウ素の周りに三角形の平面構造を形成している。BO結合長は136 pm、OH結合長は97 pmである。分子点群はC 3hである。[5]
オルトホウ酸には、空間群P 1 の三斜晶系と空間群P3 2の三方晶系の2つの結晶形態が知られています。前者が最も一般的です。後者は熱力学的にもう少し安定しており、特別な調製方法で得ることができます。[6]
ホウ酸の三斜晶系は、水素結合で結びついたB(OH) 3分子の層で構成され、O...O 間隔は 272 pm です。隣接する 2 つの層間の距離は 318 pm です。 [7]三斜晶系の層は、γ = 119.76°、a = 701.87 pm、b = 703.5 pmとほぼ三方晶系ですが(三方晶系ではa = 704.53(4) pm )、三斜晶系では層の積み重ねがややずれており、α = 92.49°、β = 101.46°です。三斜晶系ではc = 634.72 pmで、三方晶系ではa = 956.08(7) pmです。[8] [9]
準備
ホウ酸は、ホウ砂（四ホウ酸ナトリウム十水和物）と塩酸などの鉱酸を反応させることによって製造することができます。
- Na 2 B 4 O 7 ·10 H 2 O + 2 HCl → 4 B(OH) 3 + 2 NaCl + 5 H 2 O
また、三ハロゲン化ホウ素とジボランの加水分解の副産物としても生成される：[10]
- B 2 H 6 + 6 H 2 O → 2 B(OH) 3 + 6 H 2
- BX 3 + 3 H 2 O → B(OH) 3 + 3 HX (X = Cl, Br, I)
反応
熱分解
加熱すると、オルトホウ酸は 3 段階の脱水反応を起こします。報告されている遷移温度は情報源によって大きく異なります。[要出典]
140℃以上に加熱すると、オルトホウ酸は水分子を1つ失ってメタホウ酸（HBO 2 ）を生成する： [11] [12]
- B(OH) 3 → HBO 2 + H 2 O
メタホウ酸を約180℃以上に加熱すると、もう一つの水分子が除去され、ピロホウ酸（H 2 B 4 O 7）とも呼ばれる四ホウ酸が形成される。[11] [12]
- 4 HBO 2 → H 2 B 4 O 7 + H 2 O
さらに加熱すると（約530℃まで）三酸化ホウ素になる：[13] [11] [12]
- H 2 B 4 O 7 → 2 B 2 O 3 + H 2 O
水溶液
オルトホウ酸を水に溶かすと、部分的に解離してメタホウ酸になります。
- B(OH) 3 ⇌ HBO 2 + H 2 O
酸のイオン化により溶液は弱酸性になります。
- B(OH) 3 + H 2 O ⇌ [BO(OH) 2 ] − + H 3 O +
- HBO 2 + H 2 O ⇌ [BO 2 ] − + H 3 O +
しかし、強アルカリ溶液のラマン分光法では[B(OH) 4 ] −イオンの存在が示されており[14]、酸性は水からのOH −の抽出のみによるものであるという結論に至っている。[14]
- B(OH) 3 + HO − ⇌ B(OH)−4
同様に、
あるいは、もっと正確に言えば、
- B(OH) 3 + 2 H 2 O ⇌ B(OH)−4+水+
この反応は2段階で起こり、中間体として中性錯体アクアトリヒドロキシボロンB(OH) 3 (OH2 )が存在します。 [15]
- B(OH) 3 + H 2 O → B(OH) 3 (OH 2 )
- B(OH) 3 (OH 2 ) + H 2 O → [B(OH) 4 ] − + H 3 O +
この反応は、ブレンステッド酸性ではなく、HO −に対するホウ素のルイス酸性として特徴付けられる可能性がある。[16] [17] [18]しかし、いくつかの化学反応に対するホウ素の挙動は、ブレンステッド・ローリーの意味での三塩基酸でもあることを示唆している。
ホウ酸はホウ砂 Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O（より正確にはNa 2 B 4 O 5 (OH) 4 ·8H 2 O）と重量比4:5で混合すると水に非常に溶けやすくなりますが、別々に溶解するとそれほど溶けません。[19]
硫酸溶液
ホウ酸は無水硫酸にも溶解し、その溶解度は次の式で表されます。[7]
- B(OH) 3 + 6 H 2 SO 4 → [B(SO 4 H) 4 ] − + 2 [HSO 4 ] − + 3 H 3 O +
この生成物は非常に強い酸であり、元の硫酸よりもさらに強力である。[7]
エステル化
ホウ酸はアルコールと反応してホウ酸エステルB(OR)3（Rはアルキルまたはアリール）を形成する。この反応は通常、濃硫酸などの脱水剤によって促進される：[20]
- B(OH) 3 + 3 ROH → B(OR) 3 + 3 H 2 O
ビシナルジオール
ホウ酸溶液の酸性度は、グリセロールやマンニトールなどのシス-ビシナルジオール（隣接する炭素原子に同様の配向をしたヒドロキシル基を含む有機化合物、 ( R 1 ,R 2 )=C(OH)−C(OH)=(R 3 , R 4 )）の存在下で大幅に増加する。[21] [7] [22]
溶解時に形成されるテトラヒドロキシボレートアニオンは、これらのジオールと自発的に反応して、1つまたは2つの5員環-B-O-C-C-O-を含む比較的安定したアニオンエステルを形成する。例えば、中央の2つのヒドロキシルがシス配向しているマンニトールH(HCOH) 6 Hとの反応は、次のように表される。
- B(OH) 3 + H 2 O ⇌ [B(OH) 4 ] − + H +
- [B(OH) 4 ] − + H(HCOH) 6 H ⇌ [B(OH) 2 (H(HCOH) 2 (HCO−) 2 (HCOH) 2 H)] − + 2 H 2 O
- [B(OH) 2 (H(HCOH) 2 (HCO−) 2 (HCOH) 2 H)] − + H(HCOH) 6 H ⇌ [B(H(HCOH) 2 (HCO−) 2 (HCOH) 2 H) 2 ] − + 2 H 2 O
全体的な反応を示す
- B(OH) 3 + 2 H(HCOH) 6 H ⇌ [B(H(HCOH) 2 (HCO−) 2 (HCOH) 2 H) 2 ] − + 3 H 2 O + H +
これらのマンニトホウ酸エステルアニオンの安定性により、平衡が右にシフトし、純粋な酸化ホウ素に比べて溶液の酸性度が5桁増加し、p Kaが9から4未満に低下してマンニトールが十分に濃縮されます。[21] [7] [22]得られた溶液はマンニトホウ酸と呼ばれています。
マンニトールをホウ酸または単純なホウ酸塩を含む中性溶液に加えると、そのpHが十分に低下し、自動化された電位差滴定装置を含むNaOHなどの強塩基で滴定できるようになります。この特性は分析化学において水溶液中のホウ酸塩含有量を決定するために使用されます。たとえば、燃料交換作業中に化合物が中性子毒として添加された場合、軽水炉の一次回路の水中の中性子によるホウ酸の減少を監視するために使用されます。[7]
毒物学
哺乳類の半数致死量（LD 50）は体重1kgあたり2,660 mgであり、ホウ酸は大量に摂取または吸入した場合にのみ有毒です。メルクインデックス第14版によると、ラットに経口投与した場合のホウ酸のLD 50は5.14 g/kgであり、5～20 g/kgで成人の死因となっていることが示されています。体重70kgの成人の場合、下限の5 g/kgで、350 gで人間が死亡する可能性があります。比較のために、メルクインデックスによると、塩のLD 50はラットで3.75 g/kgと報告されています。毒性物質疾病登録局によると、「摂取したホウ素（ホウ酸として）の最小致死量は、乳児で2〜3 g、小児で5〜6 g、成人で15〜20 gと報告されています。[...] しかし、ホウ酸（10〜88 g）による784人の中毒の調査では、死亡例は報告されておらず、症例の88％は無症状でした。」[23]
ホウ酸への長期暴露は、腎臓損傷や最終的には腎不全を引き起こす可能性があり、より懸念される（以下のリンクを参照）。発がん性はないと思われるが、イヌの研究では、 90日間32 mg/(kg⋅day)に暴露した後に精巣萎縮が報告されている。このレベルが同様の用量で人間に適用された場合、70 kgの成人で90日間で202 gの累積用量に相当し、上記のLD50とそれほど変わらない。 [ 24]
ポーランドのウッチ化学物質管理局が発行したホウ酸に関するCLH報告書によると、高用量のホウ酸はウサギ、ラット、マウスの胎児に重大な発達毒性と催奇形性を示し、心血管障害、骨格変異、軽度の腎臓病変も示す。 [25]その結果、2008年8月のEU指令67/548/EECの第30回ATPで、欧州委員会は分類を生殖毒性カテゴリー2に修正し、リスクフレーズR60（生殖能力を損なう可能性がある）およびR61（胎児に害を及ぼす可能性がある）を適用することを決定した。 [26] [27] [28] [29] [30]
2010年の欧州診断薬製造協会（EDMA）会議では、化学物質の登録、評価、認可および制限に関する規則2007（REACH）に関連して、非常に懸念される物質（SVHC）候補リストへのいくつかの新しい追加が議論されました。REACHの一環として完了した登録とレビューに続いて、ホウ酸CAS 10043-35-3 / 11113-50-1の分類は、2010年12月1日からH360FD（生殖能力を損なう可能性があります。胎児に損傷を与える可能性があります）となっています。[31] [32]
用途
産業
ホウ酸の主な工業用途は、通常繊維ガラスと呼ばれるモノフィラメントガラス繊維の製造です。繊維ガラス繊維は、ボートから工業用配管、コンピューター回路基板まで、さまざまな用途でプラスチックを強化するために使用されます。[33]
宝飾業界では、ホウ酸は変性アルコールと組み合わせて使用されることが多く、焼鈍やはんだ付け作業中に金属の表面酸化やファイヤースケールの形成を減らすために使用されます。[34] [35]
ホウ酸はLCD フラットパネルディスプレイのガラスの製造に使用されます。[36] [37]
電気めっきでは、ホウ酸はいくつかの独自の処方の一部として使用されています。1つの既知の処方では、HとHの比率が約1対10です。
3ボ
3NiSOへ
4、ラウリル硫酸ナトリウムのごく少量とHの少量
2それで
4。
オルトホウ酸とホウ砂を4:5の割合で混ぜた溶液を含浸させることで木材の難燃剤として利用される。[38]
また、誘導炉のライニングやセラミックの製造に使用されるシリカ含有微粉末であるラミングマスの製造にも使用されます。
ホウ酸はホウ砂に添加され、鍛冶屋によって溶接 フラックスとして使用されます。[39]
ホウ酸はポリビニルアルコール（PVA）またはシリコーンオイルと組み合わせてシリーパテの製造に使用されます。[40]
ホウ酸は、ペンシルバニア州のマーセラス頁岩の水圧破砕（フラッキング）に使用される化学添加物のリストにも含まれています。 [41]ホウ酸は、高圧で坑井に注入されるフラッキング流体の粘度とレオロジーを制御するための架橋剤およびゲル化剤として、グアーガムと組み合わせて使用されることがよくあります。水圧が解放された後にガス抽出を容易にするために頁岩の亀裂を十分に開いた状態に保つことを目的とした補強剤の粒子を長距離輸送中に懸濁状態に保つために、流体の粘度を制御することが重要です。[42] [43] [44]ホウ酸架橋グアーガムハイドロゲルのレオロジー特性は、主にpH値に依存します。[45]
ホウ酸は、一部の放出型電気ヒューズで脱イオン化/消火剤として使用されています。[46]放出型ヒューズの電気故障時には、可溶体が崩壊し、バネ仕掛けで急速に分離することでプラズマアークが発生します。可溶体は通常、ヒューズアセンブリ内の圧縮されたホウ酸の塊を通過する特殊な金属棒です。高温プラズマにより、ホウ酸は急速に水蒸気と無水ホウ酸に分解され、次に、蒸発生成物がプラズマを脱イオン化し、電気故障を遮断するのに役立ちます。[47]
医学
ホウ酸は、軽い火傷や切り傷の消毒剤として使用でき、ホウ酸リントなどの軟膏や包帯に使用されることもあります。ホウ酸は非常に薄い溶液で洗眼剤として塗布されます。ホウ酸膣坐薬は、非アルビカンスカンジダによる再発性カンジダ症に対して、従来の治療が失敗した場合の第二選択治療として使用できます。 [48] [49]全体的に従来の治療よりも効果が低いです。[48]ホウ酸は、膣内の乳酸菌をほとんど残しません。 [50] TOL-463として、外陰膣カンジダ症の治療のための膣内薬として開発中です。[51] [52] [53]
抗菌化合物であるホウ酸は、ニキビ治療にも使用できます。また、靴下やストッキングに粉末を入れて水虫の予防にも使用されます。さまざまな製剤が、人間と動物の両方で外耳炎（耳の感染症）のいくつかの種類の治療に使用できます。[54]英国の尿サンプルボトルの防腐剤はホウ酸です。 [55]
洗眼液や擦り傷の皮膚に使用されるホウ酸溶液は、特に繰り返し使用した場合、特に乳児にとって有毒であることが知られています。これは、排出速度が遅いためです。[56]
ホウ酸は、反応性フッ化水素酸（HF）が誤って皮膚に接触した場合にその有害な影響を打ち消すために最も一般的に使用される物質の1つです。この物質は、遊離のF-アニオンを不活性なテトラフルオロホウ酸アニオンに押し込むことで作用します。このプロセスにより、フッ化水素酸の極めて強い毒性、特に血清からイオン性カルシウムを隔離する能力が打ち消されます。このイオン性カルシウムは心停止や骨の分解を引き起こす可能性があります。このような事象は、HFとのわずかな皮膚接触でも発生する可能性があります。[57] [検証失敗]
殺虫剤
ホウ酸は、1948年に米国で初めて、ゴキブリ、シロアリ、ヒアリ、ノミ、シミ、その他多くの昆虫の駆除用殺虫剤として登録されました。この製品は、家庭の台所でゴキブリやアリを駆除するために使用しても安全であると一般に考えられています。ホウ酸は胃毒として作用して昆虫の代謝に影響を及ぼし、乾燥した粉末は昆虫の外骨格を研磨します。[58] [59] [60]ホウ酸は、「殺し続ける贈り物」としても知られています。軽く散布した場所を横切るゴキブリはすぐには死なず、ガラスの破片で切り裂かれるような効果があるからです。これにより、ゴキブリは巣に戻ってすぐに死んでしまうことがよくあります。ゴキブリは共食いをする性質があり、ホウ酸との接触や摂取によって殺された他のゴキブリを食べ、死んだゴキブリに閉じ込められた粉末を食べて彼らも殺します。[要出典]
ホウ酸はシロアリ対策として木材処理にも広く使用されています。そのメカニズムの複雑さは完全には解明されていませんが、用量依存的な死亡率を引き起こすことに加え、ホウ酸は東部地下シロアリの腸内細菌叢の異常を引き起こし、死亡率に寄与する可能性のある昆虫病原体の日和見的な増加につながります。[61]
保存
ホウ酸は殺虫剤としての使用と併せて、木材の湿潤腐朽や乾燥腐朽を防止し、破壊します。エチレングリコールキャリアと組み合わせて使用することで、外部木材を菌類や昆虫の攻撃から保護することができます。湿気や水分が集まり、滞留することが知られているドリル穴から木材に挿入するためのホウ酸含浸ロッドを購入することができます。木材を交換することなく腐朽した木材を治療するためのゲル状および注入可能なペースト状で入手できます。ホウ酸ベースの治療剤の濃縮物は、海洋環境でも粘液、菌糸、藻類の成長を防ぐために使用できます。[要出典]
ホウ酸は、牛皮、子牛皮、羊皮の加工の際に塩に加えられます。これは細菌の増殖を抑制し、害虫の駆除に役立ちます。[要出典]
pH緩衝液
ホウ酸は共役塩基であるホウ酸イオンと平衡状態にあり、スイミングプールの主要または補助的な pH 緩衝システムとして広く使用されています (濃度範囲 50～100 ppm ホウ素当量) 。ホウ酸は弱酸で、p Ka (遊離酸とホウ酸イオンの濃度が等しいため緩衝作用が最も強くなる pH) は 25 °C の純水中で 9.24 です。しかし、スイミングプールや海水中では溶液中のさまざまな他の分子との相互作用により、見かけの p Kaは大幅に低くなります。塩水プールでは約 9.0 になります。どのような形態の可溶性ホウ素が追加されるかに関係なく、スイミングプールの pH とホウ素濃度の許容範囲内では、添付の図に示すように、水溶液ではホウ酸が主な形態となります。ホウ酸 - ホウ酸塩系は、pH 7.5～8.2 の作動範囲から pH が上昇する傾向がある塩水塩素発生器を備えたプールにおいて、主要な緩衝系（一般的な塩水プール条件下では p Ka 1 = 6.0およびp Ka 2 = 9.4 の重炭酸塩系の代替）として有用である。添付のグラフに示されているように、緩衝容量は pH の上昇（ pKaが約 9.0 に向かう）に対して大きくなる。この濃度範囲でホウ酸を使用すると、プールの衛生管理に必要な遊離HOCl濃度を低下させることはできないが、プール全体の溶質組成に応じて、シアヌル酸の光保護効果をわずかに高め、腐食防止作用や知覚される水の軟化を通じて他の利点をもたらす可能性がある。[62]
潤滑
石油や植物油に溶解したホウ酸ナノ粒子のコロイド懸濁液は、セラミックや金属表面に優れた潤滑剤を形成します[63]。滑り摩擦係数は圧力の増加とともに0.10～0.02の範囲に減少します。自己潤滑性B(OH) 3膜は、湿潤環境下で水分子とB 2 O 3コーティングとの間の自発的な化学反応によって生成されます。バルクスケールでは、摩擦係数と負荷によって誘発されるヘルツ接触圧力との間に逆相関関係が存在します。[要出典]
ホウ酸はキャロムボードやノバスボードの潤滑剤として使用され、より速いプレイを可能にします。[64]
原子力
ホウ酸は、一部の原子力発電所で中性子毒として使用されています。ホウ酸に含まれるホウ素は、一部の熱中性子を吸収することで、熱核分裂の確率を低下させます。核分裂連鎖反応は、一般に自由中性子が核分裂を起こす確率によって促進され、原子炉の材質と形状特性によって決まります。天然のホウ素は、約 20% のホウ素 10 同位体と 80% のホウ素 11 同位体で構成されています。ホウ素 10 は、低エネルギー (熱) 中性子を吸収する断面積が大きいです。原子炉冷却材中のホウ酸濃度を高めることで、中性子が核分裂を引き起こす確率が低下します。ホウ酸濃度の変化によって、原子炉内で起こる核分裂の速度を効果的に制御できます。通常の出力運転中、ホウ酸は加圧水型原子炉(PWR) でのみ使用されるが、沸騰水型原子炉(BWR)では制御棒パターンと冷却材流量を使用して出力を制御する。ただし、BWR では制御棒が挿入できない場合の緊急停止システムとして、ホウ酸とホウ砂または五ホウ酸ナトリウムの水溶液を使用できる。ホウ酸は、使用済み燃料要素を保管する使用済み燃料プールに溶解している可能性がある。濃度は中性子の増殖を最小限に抑えるのに十分な高さである。ホウ酸は、メルトダウン後にチェルノブイリ原子力発電所の 4 号炉に投棄され、新たな反応が起こらないようにした。[要出典]
花火
ホウ素は、アルミニウムと硝酸塩の間のアミド形成反応を防ぐために花火に使用されます。アルミニウムと反応する可能性のあるアルカリ性アミドを中和するために、少量のホウ酸が組成物に添加されます。
ホウ酸は、火を緑色にする着色剤として使用できます。たとえば、メタノールに溶かすと、硫酸銅よりもはるかに強い深緑色の炎を作り出すために、火芸師や火回し師によって広く使用されています。[65]
農業
ホウ酸は植物のホウ素欠乏症の治療や予防に使用されます。また、米や小麦などの穀物の保存にも使用されます。[66]
参考文献
- ^ 「ホウ酸」。
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さらに読む
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズのホウ酸に関連するメディア- ホウ酸の技術ファクトシート – 国立農薬情報センター
- ホウ酸に関する一般的なファクトシート – 国立農薬情報センター
- 国際化学物質安全性カード 0991
- 米国EPA農薬再登録適格性決定
- 国家汚染物質目録 – ホウ素および化合物
- ChemicalLand21のホウ酸
- 欧州化学物質庁 (ECHA)「非常に懸念される 8 つの潜在的物質に関する新たなパブリック コンサルテーション」 – ホウ酸を含む。2010 年 4 月 22 日に終了
- ChemSub Online: ホウ酸