ホウ酸塩

ウィキペディアから、無料の百科事典
ナビゲーションにジャンプ 検索にジャンプ

ホウ酸塩はホウ素-酸素化合物であり、ホウ素 オキシアニオンを形成します。これらは、構造が三方晶または四面体である場合があります。または、より緩く、いずれかの説明のホウ酸アニオンを含む化学混合物で構成される場合があります。ホウ素元素は、ほとんどの場合、ホウ酸塩鉱物ホウケイ酸塩などのホウ酸塩として自然界に存在します。

構造

ホウ酸塩は、三角形の平面BO3または四面体のBO4構造単位で構成され、共有酸素原子を介して結合され[1]構造が環状または線形の場合があります。

ホウ酸の構造、三角形の平面分子構造を示す

最も単純なホウ酸アニオンであるオルトホウ酸(3-)イオン[BO 3 ] 3-は、固体状態で知られています。たとえば、Ca 3(BO 32[2]では、ほぼ三角形の平面構造を採用しています。 。これは、炭酸アニオン[CO 3 ] 2-の構造類似体であり、等電子的です。単純な結合理論は、三角形の平面構造を示しています。原子価結合理論の観点から、結合はsp2 ハイブリッド軌道を使用して形成されますホウ素について。オルトホウ酸塩と呼ばれる化合物の中には、必ずしも三角形の平面イオンを含まないものもあります。たとえば、オルトホウ酸ガドリニウムGdBO3はポリホウ酸塩[B3O 9 ] 9-イオンが含まれますが、高温型には平面[BO3 ] 3-が含まれます[3]

ホウ酸

テトラヒドロキシボレートアニオンの構造。

すべてのホウ酸塩は、ホウ酸、B(OH)3の誘導体と見なすことができますホウ酸は、ブレンステッド酸の意味では弱いプロトン供与体(p K a〜9)ですルイスです。つまり、電子対を受け入れることができます。水中では、ルイス酸として振る舞い、水の自動プロトン分解によって生成されたヒドロキシルイオンの電子対を受け入れます。

B(OH)3は、からのOH-と反応し、テトラヒドロキシボレート錯体[B(OH)4 ] -を形成し、水の自動プロトン分解によって残された対応するプロトンを放出するため、酸性です[ 4]

B(OH)3 + 2 H2O⇌[B(OH)4 ] + [H 3 O] + (p K a = 8.98)[5 ]

マンニトールソルビトールグルコースグリセリンなどシスビシナルジオールの存在下では、ホウ酸溶液の酸性度が増加し、十分なマンニトールが添加されれば、 pKaは約4に低下する可能性があります。[6]

マンニトール濃度が異なると、B(OH) 3のpKは5桁(9から4)になります。[7] Greenwood and Earnshawn(1997)[8]は5.15のpK値を参照していますが、3.80のpK値もVogelの本で報告されています。[9]

1つのB(OH)3分子と2つのマンニトール(C 6 H 14 O 6)分子(マンニトボレート、マンニトボリン酸の共役塩基、p Kと呼ばれることもある)間の複合体(より正確には、実際にはエステル)の形成a = 3.80)、次のように水中で3つの水分子と1つのプロトンを放出します。

(マンニトボリン酸)ホウ酸B(OH)3+ 2マンニトールC 6 H 14 O 6 マニトボレート複合体[B(C 6 H 8 O 2(OH)42 ] + 3 H 2 O + H +
(マンニトール濃度に応じて、p K aは4から9の範囲)

錯化/エステル化反応後に得られた溶液(そこからのプロトンの放出も含み、マンニトボリン酸の古代の名前)は、NaOHなどの強塩基で滴定されるのに十分な酸です。次に、水溶液中に存在するホウ酸塩含有量を分析するために、自動滴定装置を使用した電位差滴定によって等量点を決定することができます。この方法は、軽水炉の一次回路の水中のホウ素含有量を測定するためによく使用されます。この方法では、燃料補給サイクルの早い段階で過剰な中性子を吸収することによって炉心の反応度を制御するために、ホウ酸が中性子毒として追加されます。反応度が低下すると、臨界を維持するためにホウ酸が原子炉冷却材からゆっくりと除去されます。

高分子イオン

四ホウ酸塩(ホウ砂)イオン構造:ピンク、ホウ素; 赤、酸素; 白、水素。この四面体ホウ素構造は、1つの共通の酸素原子を共有し、他の酸素によって三方晶配置で存在する他の2つのホウ素原子に結合した四面体構造の2つのホウ素原子を含みます。3つのサイクルも表示されます。2つは3つのホウ素原子を持ち、もう1つは4つのホウ素原子を持ちます。

中性pHでは、ホウ酸は縮合反応を起こし、高分子オキシアニオンを形成します。よく知られているポリボレートアニオンには、トリボレート(1-)、テトラボレート(2-)、およびペンタボレート(1-)アニオンが含まれます。テトラボレート(2-)を形成するための凝縮反応は次のとおりです。

2 B(OH)3 + 2 [B(OH)4 ] −⇌ [B 4 O 5(OH)4 ] 2− + 5 H 2 O

テトラボレートアニオン(テトラマー)は、融合した二環式構造で対称的に組み立てられた2つの四面体および2つの三角のホウ素原子を含みます。2つの四面体ホウ素原子は共通の酸素原子によって互いに結合されており、それぞれがそれらに横方向に結合した補助的なOH-基によってもたらされる負の正味電荷も担っていますこの複雑な分子アニオンは、3つのリングも示します。2つの融合した歪んだ六角形(ボロキソール)リングと1つの歪んだ八角形リングです。各リングは、交互のホウ素原子と酸素原子の連続でできています。ボロキソール環は、ポリホウ酸イオンの非常に一般的な構造モチーフです。

四ホウ酸アニオンは、ミネラルホウ砂(四ホウ酸ナトリウム八水和物)で式Na 2 [B 4 O 5(OH)4 ]・8H 2 Oで発生します。ホウ砂の化学式は、通常、 Na2Bとしてよりコンパクトな表記で記述されます。4 O 7・10H 2 O.ホウ酸ナトリウムは高純度で得られるため、滴定分析の標準溶液を作成するために使用できます。[10]

多くの金属ホウ酸塩が知られている。それらは、ホウ酸またはホウ素酸化物を金属酸化物で処理することによって生成されます。以下の例には、[1] 2、3、または4つの三角BO 3構造単位の線形鎖が含まれ、それぞれが隣接する単位と1つの酸素原子のみを共有します。

  • ジボレート[B2O 5 ] 4- Mg 2 B 2 O 5スアナイト)に含まれ、
  • トリボレート[ B3O 7 ] 5-、CaAlB 3 O 7ジョハチドライト)に含まれ、
  • ホウ酸塩[B4O 9 ] 6-Li 6 B 4O9に含まれています

LiBO 2などのメタボレートには、三方晶のBO 3構造単位の鎖が含まれ、それぞれが隣接する単位と2つの酸素原子を共有しますが、 NaBO2とKBO2は環状[B3 O6 ] 2-イオンが含まれます。[11]

ホウケイ酸塩

パイレックスとしても知られるホウケイ酸ガラスは、いくつかの[SiO4 ]4-ユニット[BO4 ]5-中心置き換えられ、Si( IV)およびB(III)。この置換により欠陥が生じるため、材料は結晶化が遅く、熱膨張係数の低いガラスを形成します。したがって、ソーダガラスとは異なり、加熱しても割れにくくなります。

を使用します

ホウ砂の結晶

一般的なホウ酸塩には、メタホウ酸ナトリウム(NaBO 2)とホウ砂が含まれます。ホウ砂は水溶性であるため、鉱床は降雨量が非常に少ない場所でのみ発生します。大量の堆積物がデスバレーで発見され、1883年から1889年まで20ミュールのチームと共に出荷されました。1925年、堆積物はカリフォルニア州ボロンモハーベ砂漠の端で発見されましたチリアタカマ砂漠には、採掘可能なホウ酸塩濃度も含まれています。

メタホウ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、または両方の混合物は、 XRFAASICP-OES、およびICP-MSによる分析用のさまざまなサンプルのホウ酸塩融合サンプル調製に使用できます汚染土壌の分析には、ホウ酸塩融合と偏光励起によるエネルギー分散型蛍光X線分析が使用されてきました。[12]

八ホウ酸二ナトリウム四水和物(一般にDOTと略される)は、木材防腐剤または殺菌剤として使用されます。ホウ酸亜鉛は難燃剤として使用されます。

ホウ酸エステル

ホウ酸エステル有機化合物であり、ホウ酸とアルコールの化学量論的凝縮反応によって便利に調製されます。

混合陰イオン化合物

一部の化学物質には、ホウ酸塩に加えて別の陰イオンが含まれています。これらには、ホウ酸塩塩化物ホウ酸塩炭酸塩ホウ酸塩硝酸塩ホウ酸塩硫酸塩ホウ酸塩リン酸塩が含まれます。

より複雑なアニオンは、ホウ酸塩の三角形または四面体を他のオキシアニオンと縮合させて、ボロ硫酸塩、ボロセレン酸塩、ボロテルル酸塩ボロアンチモネート、ボロリン酸塩またはボロセレナイトなどの材料を生成することによって形成できます

薄膜

金属ホウ酸塩薄膜は、液相エピタキシー(例:FeBO 3[13] β- BaB2O 4 [ 14 ])、電子ビーム蒸着(例:CrBO 3[15] β )を含むさまざまな技術によって成長してきました。 ‐BaB 2 O 4 [16])、パルスレーザー蒸着(例:β‐BaB 2 O 4[17]  Eu(BO 23 [18])、および原子層堆積(ALD)。ALDによる成長は、前駆体を使用して達成されましたトリス(ピラゾリル)ボレート 配位子と、酸化剤としてオゾンまたは水のいずれかで構成され、CaB 2 O 4[19] SrB 2 O 4[20] BaB 2 O 4[21] Mn 3(BO 32[22]およびCoB 2 O4 [ 22]フィルム。

も参照してください

参照

  1. ^ a b Wiberg E. and Holleman AF(2001)Inorganic Chemistry、Elsevier ISBN  0-12-352651-5
  2. ^ ベガス、A。(1985)。「 Ca3(BO 32構造の新しい説明」 。ActaCrystallographicaセクションC。41(11):1689–1690。土井10.1107/S0108270185009052ISSN0108-2701_ 
  3. ^ レン、M .; リン、JH; ドン、Y .; ヤン、LQ; スー、MZ; あなた、LP(1999)。「 GdBO3の構造と相転移」。材料の化学11(6):1576–1580。土井10.1021/cm990022oISSN0897-4756_ 
  4. ^ アトキンス; etal。(2010)。無機化学(第5版)。オックスフォード大学出版局。p。334. ISBN 9780199236176
  5. ^ Ingri N.(1962)ActaChemスキャンしました。 16、439
  6. ^ メンダム、J .; デニー、RC; バーンズ、JD; Thomas、MJK(2000)、Vogel's Quantitative Chemical Analysis(6th ed。)、New York:Prentice Hall、p。357、ISBN 0-582-22628-7
  7. ^ NIST特別刊行物合衆国政府印刷局。1969年。
  8. ^ グリーンウッド、ノーマンN .; アーンショー、アラン(1997)。元素の化学(第2版)。バターワース・ハイネマンISBN 978-0-08-037941-8
  9. ^ メンダム、J .; デニー、RC; バーンズ、JD; Thomas、MJK(2000)、Vogel's Quantitative Chemical Analysis(6th ed。)、New York:Prentice Hall、p。357、ISBN 0-582-22628-7
  10. ^ メンダム、J .; デニー、RC; バーンズ、JD; Thomas、MJK(2000)、Vogel's Quantitative Chemical Analysis(6th ed。)、New York:Prentice Hall、p。316、ISBN 0-582-22628-7
  11. ^ グリーンウッド、ノーマンN .; アーンショー、アラン(1997)。元素の化学(第2版)。バターワース・ハイネマンp。205. ISBN 978-0-08-037941-8
  12. ^ Hettipathirana、Terrance D.(2004)。「ホウ酸塩融合と分極励起によるエネルギー分散型蛍光X線分析を使用した、100万分の1レベルのCr、As、Cd、Pb、および低レベルの汚染土壌中の主要元素の同時測定」。Spectrochimica ActaパートB:原子吸光法59(2):223–229。Bibcode2004AcSpe..59..223H土井10.1016/j.sab.2003.12.013
  13. ^ Yagupov、S .; Strugatsky、M .; Seleznyova、K .; Mogilenec、Yu .; Milyukova、E .; Maksimova、E .; ナウハツキー、I .; Drovosekov、A .; Kreines、N.(2016年11月)。「ホウ酸鉄フィルム:合成と特性評価」(PDF)磁性と磁性材料のジャーナル417:338–343。Bibcode2016JMMM..417..338Y土井10.1016/j.jmmm.2016.05.098
  14. ^ 劉、Junfang; 彼、シャオミン; Xia、Changtai; 周、郭清; 周、Shengming; 徐、6月; 八尾、呉; Qian、Liejia(2006年7月)。「液相エピタキシーによるSr2 +をドープしたアルファバリウムボレート基板上での結晶性ベータバリウムボレート薄膜の調製」。薄い固体フィルム510(1–2):251–254。Bibcode2006TSF...510..251L土井10.1016/j.tsf.2005.12.205
  15. ^ ジャ、メナカ; Kshirsagar、Sachin D .; Ghanashyam Krishna、M .; Ganguli、Ashok K.(2011年6月)。「ホウ酸クロム薄膜の成長と光学的性質」。固体科学13(6):1334–1338。Bibcode2011SSSci..13.1334J土井10.1016/j.solidstatesciences.2011.04.002
  16. ^ マイア、LJQ; Feitosa、CAC; De Vicente、FS; マステラーロ、VR; Li、M。Siu; ヘルナンデス、AC(2004年9月)。「電子ビーム蒸着によって成長させたベータホウ酸バリウム薄膜の構造的および光学的特性評価」。Journal of Vacuum Science&Technology A:真空、表面、およびフィルム22(5):2163–2167。Bibcode2004JVST...22.2163M土井10.1116/1.1778409ISSN0734-2101_ 
  17. ^ Xiao、R.‐F .; Ng、LC; うん。; ウォン、GKL(1995-07-17)。「パルスレーザー堆積による結晶性ベータバリウムボレート(β - BaB2O 4)薄膜の調製」AppliedPhysicsLetters67(3):305–307。Bibcode1995ApPhL..67..305X土井10.1063/1.115426ISSN0003-6951_ 
  18. ^ Aleksandrovsky、AS; クリロフ、AS; Potseluyko、AM; セレドキン、バージニア州; Zaitsev、AI; Zamkov、AV(2006-02-09)。Konov、Vitaly I .; Panchenko、Vladislav Y .; 杉岡浩二; Veiko、Vadim P.(編)。「ホウ酸ユーロピウムガラス膜のパルスレーザー堆積とそれらの光学的および磁気光学的特性」光光学計測技術者協会(Spie)会議シリーズ6161:61610A–61610A–7。Bibcode2006SPIE.6161E..0AA土井10.1117/12.675020S2CID136530746_ 
  19. ^ Saly、Mark J .; Munnik、Frans; 冬、チャールズH.(2010)。「非常に熱的に安定なホウ素およびカルシウム源としてビス(トリス(ピラゾリル)ボレート)カルシウムを使用したCaB2O4膜の原子層堆積」。Journal ofMaterialsChemistry20(44):9995 . doi10.1039/c0jm02280bISSN0959-9428_ 
  20. ^ Saly、Mark J .; Munnik、Frans; 冬、チャールズH.(2011年6月)。「熱的に安定な前駆体ビス(トリス(ピラゾリル)ボレート)ストロンチウムを使用したSrB 2O4膜の原子層堆積」。化学蒸着17(4–6):128–134。土井10.1002/cvde.201006890
  21. ^ Saly、Mark J .; Munnik、Frans; ベアード、ロナルドJ .; 冬、チャールズH.(2009-08-25)。「非常に熱的に安定なトリス(ピラゾリル)ボレートベースの前駆体からのBaB 2O4薄膜の原子層堆積成長」。材料の化学21(16):3742–3744。土井10.1021/cm902030dISSN0897-4756_ 
  22. ^ a b Klesko、Joseph P .; ベロー、ジェームスA .; Saly、Mark J .; 冬、チャールズH .; ジュリン、ジャッコ; Sajavaara、Timo(2016年9月)。「マンガンビス(トリス(ピラゾリル)ボレート)とオゾンからのホウ酸マンガン膜の原子層堆積における異常な化学量論制御」Journal of Vacuum Science&Technology A:真空、表面、およびフィルム34(5):051515。Bibcode2016JVSTA..34e1515K土井10.1116/1.4961385ISSN0734-2101_ 

外部リンク