اسید بوریک یک ماده شیمیایی با فرمول H3BO3 و یا B(OH)3 است که به صورت جامد بلوری یافت می‌شود. اسید بوریک با نام‌های دیگری همچون هیدروژن بورات، ارتوبوراسیک اسید، بوراسیک اسید، اورتوبوریک اسید و اسید لوئیس بور نیز شناخته شده است.
بلورهای اسید بوریک به دو صورت بی رنگ و سفید رنگ می‌باشد. این ماده شیمیایی بدون بو است و مزه ای تلخ دارد. اسید بوریک در آب انحلال پذیر است و در آب جوش به خوبی حل می‌شود. این ماده معدنی در دمای 236 ذوب و در دمای معادل 300 هیدراته می‌شود و تترا بوریک اسید یا پیروبوریک اسید تشکیل می‌شود. این ماده شیمیایی نسبت به شعله مقاومت بسیار خوبی دارد و اشتعال زا نیست. شکل (1) نشان دهنده ساختار مولکولی اسید بوریک است.
شکل (1): ساختار مولکولی اسید بوریک
اسید بوریک اسید ضعیفی است و درصد خلوص آن نمی تواند با تیتراسیون ساده با استفاده از سدیم هیدروکسید تعیین شود. درصد خلوص این اسید می‌تواند با تیتراسیون با محلول استاندارد سدیم هیدروکسید در حضور مواد شیمیایی الکل های پلی هیدریک مانند گلیسرول تعیین شود. اسید بوریک گلیسرول به عنوان یک اسید قوی عمل کرده و تیتراسیون آن با سدیم هیدروکسید در حضور یک شناساگر فنل فتالئین برای تعیین درصد خلوص موثر واقع می‌شود. درصد خلوص این محصول از اسید بوریک، % 90 می‌باشد.
فرآیند تولید اسید بوریک
این ترکیب در طبیعت به صورت کانی ساسولیت موجود بوده و مجاور آتشفشان ها و چشمه های آب گرم به صورت ماده ای جامد سفید یا زرد رنگ یافت می‌شود.
بوریک اسید و در حالت آزاد در برخی مناطق آتشفشانی مثل ناحیه توسکانی در ایتالیا و لیپاری در ایسلند وجود دارد که در این مناطق این ماده همراه با بخار در شکاف‌های زمین یافت می‌شود.
در تهیه این اسید از کانی های معدنی، از سنگ‌هایی چون کلمانیت یا هولیت استفاده می‌شود. به این منظور کانی مورد نظر را با اسید سولفوریک وارد واکنش می‌کنند تا ترکیبات حاوی بور از کانی‌ها جدا گردد.
محلول حاوی ترکیبات بور را از سایر مواد جامد معلق در سوسپانسیون جدا کرده و سپس به محلول مذکور سولفید هیدروژن را اضافه می‌کنند تا ناخالصی های آرسنیک و آهن موجود در محلول رسوب دهند.
روش سنتز اسید بوریک
دو روش کلی برای سنتز بوریک اسید وجود دارد.
فرآیند اول:
این فرآیند در واقع همان واکنشی است که ویلهم برای تولید ارتوبوریک اسید استفاده کرد. در این روش از واکنش بوراکس با اسیدهای معدنی مانند هیدروکلریک استفاده می‌شود تا تحت شرایط خاصی بوریک اسید تولید شود.
در شرایط آزمایشگاهی ابتدا مقدار دوازده گرم بوراکس را در 25 میلی لیتر آب مقطر گرم حل می‌کنند. محلول تهیه شده را با هیدروکلریک اسید 25% خنثی کرده و می‌گذارند محلول به آرامی خنک شود. پس از تشکیل بلور، بلور را با قیف بوخنر صاف می‌کنند. در نهایت اسید بوریک تولید شده روی کاغذ صافی ریخته و می‌گذارند خشک شود. درصد بور در بوریک اسید حدود 18% محاسبه شده است.
Na2B4O7·10H2O + 2 HCl → 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O
فرآیند دوم:
در روش دوم این ترکیب به عنوان محصول جانبی از هیدرولیز بورون تری هالید ها و دی بوران ها تهیه می شود.
B2H6 + 6 H2O → 2 H3BO3 + 6 H2
BX3 + 3 H2O → H3BO3 + 3 HX (X = Cl, Br, I)
بازار جهانی پودر اسیدبوریک
چین و آمریکا جزء کشورهایی هستند که بالاترین میزان مصرف اسید بوریک در آن‌ها گزارش شده است.
منابع سنگ معدن بوراکس به وفور در ترکیه و آمریکا وجود دارد و تولیدکنندگان بزرگ اسید در این دو کشور قرار دارند.در چین به دلیل رشد صنایع نساجی، بردهای الکترونیکی چاپی و کشتی سازی، استفاده از این محصول افزایش پیدا کرده است.
پیش بینی های انجام شده در بازار جهانی اسید بوریک نشان می‌دهد که در طی سال های 2020-2030 بازار این ماده با رشد همراه خواهد بود. شکل (2) نشان دهنده پیش بینی روند افزایشی بازار بوریک اسید تا سال 2030 است.
شکل (2): پیش بینی روند افزایشی بازار بوریک اسید تا سال 2030
عوارض و خطرات بوریک اسید
- زمان استفاده از اسید بوریک باید از دستکش، عینک و ماسک استفاده شود و در درصورت تماس با بدن باید با آب فراوان شست و شو داده شود و در صورت نیاز به پزشک مراجعه شود. هرگز ماده اسید بوریک نباید از طریق دهان، روی زخم های باز و کودکان استفاده شود.
- جهت استفاده برای شست و شوی چشم باید با احتیاط عمل کرده و حتما با پزشک در این مورد مشورت شود.
- علائم مسمومیت با اسید بوریک شامل استفراغ آبی یا سبز رنگ، کما، تشنج خواب آلودگی و فشار خون پایین
- و در مواردی انقباض عضلات است، همچنین اگر در اثر مصرف اسید بوریک تعداد زیادی سوراخ در مری و یا معده ایجاد شود ممکن است باعث مرگ فرد شود.
شکل (3) نشان دهنده لوزی NFPA اسید بوریک است.
شکل (3): لوزی NFPA اسید بوریک
مهم ترین کاربردهای اسید بوریک
از زمانی که یونانیان و رومی ها به منظور ضدعفونی کردن و تمیز کردن از آن استفاده کردند، این ترکیب مصرف عمومی پیدا نمود.
بر اساس منطقه بازار این ترکیب به آسیا-اقیانوسیه، آمریکای شمالی، اروپا، آمریکای جنوبی و امارات متحده عربی تقسیم بندی می شود که در هر یک از این مناطق کاربردهای عمده در زمینه کشاورزی، پزشکی و داروسازی و تحقیقات هسته‌ای تعیین کننده بازار آن هستند. شکل‌های (4) و (5) به ترتیب نشان دهنده چگونگی توزیع مصرف بوریک اسید در مناطق مختلف جهان و چگونگی توزیع مصرف بوریک اسید در صنایع مختلف هستند.
شکل‌های (4): چگونگی توزیع مصرف بوریک اسید در مناطق مختلف جهان
شکل‌های (5): چگونگی توزیع مصرف بوریک اسید در صنایع مختلف
در ادامه مهم ترین کاربردهای اسید بوریک آورده شده است:
تولید حشره کش‌ها
اولین بار از سم اسید بوریک در حشره کش ها برای دفع سوسک ها، موریانه ها، کک و… استفاده شد. این ماده به عنوان یک سم معده روی متابولیسم حشرات تأثیر می‌گذارد و پودر خشک آن برای اسکلت بیرونی حشرات خورنده است. محصول فوق و نمک های سدیم آن مانند بوراکس دکا هیدرات، بوراکس پنتا هیدرات، بوراکس آنهیدروز و غیره می توانند در ساختار آفت کش ها مورد استفاده قرار گیرند.
صنایع کاشی
عمده مصرف و کاربرد اسید بوریک در صنایع شیشه، کاشی و سرامیک و تولید مواد نسوز می‌باشد
اسید بوریک در پزشکی
به عنوان ضدعفونی کننده برای سوختگی یا بریدگی جزئی درمان عفونت های قارچی همچنین در پمادهای سوختگی و یا درمان بریدگی جزئی بسیار موثر است.
نگهدارنده چوب
ترکیب اسید بوریک با حامل اتیلن گلیکول برای جلوگیری از حمله قارچ و حشرات به منظور جلوگیری از آسیب رسیدن به چوب استفاده می‌شود.
تنظیم pH
اسید بوریک با باز مزدوج خود یا همان یون بورات در تعادل بوده و به عنوان یک سیستم بافری به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از موارد استفاده از اسید بوریک به عنوان عامل بافری و تنظیم کننده PH، در زمینه کنترل اسیدیته آب استخر می‌باشد.
کود اسید بوریک در صنایع کشاورزی
از کود اسید بوریک برای جلوگیری از کمبود بور در گیاهان استفاده می‌شود. همچنین برای حفظ غلاتی مانند برنج و گندم کاربرد دارد. این ترکیب یک گندزدای عالی برای از بین بردن باکتری ها و قارچ ها است. این اسید، عنصر بور مورد نیاز درختان پسته را تامین می‌کند.
میزان کافی عنصر بور در خاک برای درختان پسته، باعث رشد بهتر، آفات کمتر و محصول با کیفیت تر می‌شود. البته استفاده زیاد از آن باعث مسمومیت خاک و کاهش رشد گیاه می‌شود.
نیروگاه اتمی
از ماده فوق در برخی نیروگاه های هسته ای به عنوان سم نوترون استفاده می‌شود. بور موجود در در این ترکیب با جذب برخی از نوترون های حرارتی احتمال شکافت گرمایی را کاهش می‌دهد.
روغن کاری
سوسپانسیون های کلوئیدی نانو ذرات اسید ارتوبوریک محلول در روغن می‌تواند خاصیت روان کنندگی قابل توجهی روی سطوح سرامیکی یا فلزی ایجاد کند.
مواد شیمیایی
از اسید بوریک در صنایع شیمیایی برای جلوگیری از واکنش تشکیل آمید بین آلومینیوم و نیترات استفاده می‌شود.
ساخت پارچه فایبرگلاس
از اسید بوریک در زمینه ساخت فایبرگلاس تک رشته ای است که از آن برای تقویت پلاستیک مورد استفاده در حوزه لوله کشی صنعتی، قایق سازی و ساخت صفحه مدار های کامپیوتر استفاده می‌کنند.
صنعت چرم
در چرم سازی با اضافه کردن اسید بوریک به نمک مورد استفاده برای نمک سود کردن و گندزدایی، پوست گاو آسیب دیده را بهبود می بخشند. همچنین از آن جایی که این اسید قادر است رشد باکتری ها را کنترل کرده و کاهش دهد، بنابراین استفاده از آن در صنعت چرم سازی، به دفع حشرات و انواع میکروارگانیسم ها نیز کمک می‌کند.
طلاسازی
در صنعت طلا و جواهر، این اسید به همراه الکل دناتوره یا اتانول برای کاهش اکسیداسیون سطح فلزات و جلوگیری از تشکیل لایه اکسید روی آن ها استفاده می‌شود.
ساخت LCD
این اسید ضعیف در تولید شیشه لازم برای ساخت نمایشگر های تخت و LCD نیز به کار می‌رود.
مکمل های غذایی
بوریک و دیگر بورات ها به طور فزاینده ای در مکمل های غذایی بدون مکمل به عنوان منبع بور استفاده می شوند. تصور می شود که بور دارای ارزش بالقوه درمانی در ارتقاء سلامت استخوان ها و مفصل است و همچنین دارای اثر محدود کننده ای بر علائم آرتروز است. مهم است که توجه داشته باشیم که اثرات بهداشتی آن و مکمل های بور بر اساس مطالعات بسیار جدید و یا بر اساس ادعای تولید کنندگان مکمل ها است.
جلوگیری از انتشار شعله
اسید بوریک از انتشار گازهای قابل احتراق از مواد سولزوئیدی مانند پنبه، چوب و محصولات کاغذی جلوگیری می کند. همچنین باند شیمیایی آب را آزاد می کند تا مانع ایجاد احتراق شود.
صنایع شیشه
اسید بوریک و سایر بورات ها در صنعت شیشه سازی باعث می‌شوند تا مقاومت شیمیایی و مقاومت شیشه در برابر تنش افزایش یابد. مقاومت لامپ های هالوژن، وسایل آشپزی، ظروف مایکروویو، ظروف آزمایشگاهی و بسیاری از موارد شیشه‌ای با افزودن اسید بوریک افزایش می‌یابد.