Preparación De Un Compuesto De Boro A Partir De Bórax Johana Marcela Feijooa, Katherine Mina b a
[email protected] johana.feijoo@correounivalle. edu.co,,
[email protected] Universidad del Valle, Facultad de Ciencias Naturales !"actas #e$artamento de %u&mica, Cali'Colombia Fecha de reali(aci)n* + mao de -+ Fecha de entre/a* 0 mao de -+ Resumen: se sinteti() se cuantific) 1cido b)rico 23 45647, a $artir del tratamiento de .-- / de b)ra" 2Na5869.+-367, con : m; de 3Cl al -<. !l contenido de 1cido b)rico obtenido fue de -.+9 /, con un $orcentaje de rendimiento del 99.=<. Introducción: ;a obtenci)n de boro, es utili(ado
en $roc $roces esos os de se$a se$ara raci ci)n )n $uri $urififica caci ci)n )n de dif diferen erente tess com$ om$ues uestos tos $rov $roven enie ient ntes es de + salmueras mine minera rale les, s, sien siendo do un $roc $roces esoo im$ort im$ortant antee $ara $ara la obtenc obtenci)n i)n $roduc $roducci) ci)nn de nuev nuevos os com$ com$ue uest stos os como como $or $or ejem ejem$l $loo el carbonato carbonato de litio de elevada elevada $ure(a $ure(a $roveniente $roveniente de mine minera rales les como como el es$o es$odu dume meno no, el cual necesita una acidificaci)n del boro $ara $oderlo se$arar del mineral as& lle/ar a los iones >ue se necesitan $ara la obtenci)n del $roducto deseado. ;a obtenci)n del boro, se reali(a teniendo como mate mateririaa $rim $rimaa el b)ra b)ra"" Na5869.+-36, crista cristall blanco, >ue se disuelve f1cilmente en a/ua $ierde su hidrataci)n al aire libre, convirti?ndose en entincalconita4. !"$erimentalmente, el b)ra", se hace hace reac reacci cion onar ar con con un 1cid 1cidoo fuer fuerte te $ara $ara formar formar 1cido b)rico b)rico 21cido 21cido d?bil7 d?bil7 de leis, el cual se $urifica con a/ua, se seca se $esa, $ara >ue $or medio medio de relaci relacione oness este>u este>uiom iom?tr ?trica icass se obte obten/ n/aa el boro boro >ue >ue cont conten en&a &a la mues muestr tra. a. ;a reacci)n a tener en cuenta se e"$one en la !c +. !s im$ortante $ara el desarrollo de la $r1ctica, dete determ rmin inar ar al/un al/unas as cond condic icio iones nes $ara $ara >ue >ue la reacci)n reacci)n trascurra trascurra eficiente eficientemente mente.. !s $or esta ra()n, >ue es necesario ase/urarse >ue el medio en donde se realice la reacci)n sea 1cido, $ara >ue la reacci)n $or el $rinci$io de ;e Chatelier tien tienda da haci haciaa la form formac aci) i)nn de los los $rod $roduc ucto tos. s. Adem Adem1s 1s,, es im$o im$ort rtant ante, e, tene tenerr en cuen cuenta ta la tem$eratura a la >ue se someta el 1cido, a >ue a altas tem$eraturas el 1cido b)rico se deshidrata hasta la formaci)n del 5 como elemento libre. Montaje experimental:
Be $es) .-- / de b)ra", en un vaso de $reci$itados de - m;, al cual, se le aadi) +m; de a/ua se calent) hasta ebullici)n. Al a/ua en ebullici)n, se le aadi) : m; de 3Cl al -<. Be si/ui) la ebullici)n, durante unos minutos. A la a$arici)n de un $reci$itado, se filtr) la soluci)n en un embudo c)nico, $reviamente calentado con a/ua. ;a soluci)n resultante, se reco/i) en un vaso de $reci$itados, se enfri) e"teriormente $ara la cristali(aci)n del 1cido b)rico. ;os cristales obtenidos, se lavaron con +- m; de a/ua a -DC en un embudo 5uschner, lue/o se secaron se $esaron. Datos:
A cont contin inuac uaci) i)nn se mues muestr tran an los los resu resultltad ados os e"$erimentales obtenidos en base a la s&ntesis de 1cido b)rico. Tabla 1 resultados experimentales de la síntesis
Com$uesto 5)ra"
Masa 2/7 .--
Ecido b)rico -,+9 !n la si/uiente tabla se encuentran consi/nadas las observaciones en base a la $rueba anal&tica Tabla 2. prueba analítica
Boluci)n Ecido b)rico 2solo7 Ecido b)rico manitol
$3 2ran/o 7 4'8 '4
A cont contin inuac uaci) i)nn se mues muestr tran an las las reac reacci cion ones es >u&micas >ue intervienen s&ntesis del 1cido b)rico,
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as& as& como como tamb tambi? i?nn en la dete determ rmin inac aci) i)nn del del rendimiento del $roducto obtenido. N a2 B 4 O7 ∙ 10 H 2 O+ 2 HCl → 2 NaCl + 4 H 3
2+7
+¿ −¿ + H ¿ ¿ OH ¿ 4
H 3 B O3+ ¿
27
H 2 O → B ¿
Gara determinar el rendimiento del 1cido b)rico sinteti(ado, se toma como $unto de $artida >ue esto estoss se sint sintet eti( i(an an a $art $artirir de una una solu soluci ci)n )n,, concentrada de 1cido clorh&drico a fin de /aranti(a el m1"imo rendimiento $osible. Gor tanto utili(ado los datos de la tabla + la relaci)n este>uiom?trica descrita descrita $or la !c +, se tiene >ue* >ue* 5.0025 g de
bórax ∗1 moldebórax 381.37 g bórax bórax
4 mol mol de H 3 B O 3
¿
∗61.8330 gdeH 3 B O 3 1 molde bórax bórax mol H 3 B O3 1 mol H -.488 / de
H 3 B O3
I utili(ando la !c 4, el valor e"$erimental de la masa del 1cido b)rico sinteti(ado se tiene* rendimiento =
masa exp . ( sal sal de Mohr Mohr ) ∗100 masaTeo masaTeo . ( sal sal de Mohr Mohr ) 247
rend =
0,2517 gdeH 3 B O3 0.3244 gdeH 3 B O3
∗100
H 77.59 rendimeinto
!m$&r !m$&rica icamen mente, te, se mostr) mostr) las caract caracter& er&sti sticas cas 1cido'base de los boratos la s&ntesis de estos com$uestos, a $artir del $rinci$io termodin1mico de ;e Chatelier. !l com$uesto sinteti(ado, fue el 1cido b)rico, el cual se obtuvo a $artir de la rea reacci) cci)nn de .-.-- / de b)ra b)ra"" con 1cid 1cidoo clorh&drico al -<. Al reaccionar estos dos, se dio la formaci)n del 1cido d?bil de la sal NaCl. !l $rimero, corres$onde a la formaci)n de un enlace covalente, $or $arte del boro, el cual se rodea de tres tres o"&/ o"&/en enos os los los enla enlace cess de hidr hidr)/ )/en enoo se aco$lan a los /ru$os 56 4 con hibridaci)n s$ /eometr&a tri/onal $lanar mientras el se/undo es la formaci)n de una sal a $artir de interacciones electrost1ticas de dos iones.
!s im$ortante, tener en cuenta el car1cter no met1lico o semi'met1lico del boro >ue com$arado con los dem1s elementos del /ru$o +4, es el elemento de menor tamao, $or lo >ue $osee una alta alta ener ener/& /&aa de ioni ioni(a (aci ci)n )n de esta esta form formaa dete determ rmin inaa >ue >ue su esta estado do de o"id o"idac aci) i)nn m1s m1s estable estable sea 247 es $or esta ra()n, >ue el cati)n cati)n 4 5 es demasiado $olari(ante como $ara e"istir como tal forma enlaces covalentes en donde se da la com$artici)n de electrones $ara as& obtener como resultado el 1cido b)rico8. !l 1cido 1cido b)rico b)rico,, es un com$ue com$uest stoo li/era li/eramen mente te 1cid 1cido, o, >ue >ue e"is e"iste te en form formaa cris crista talilina na >ue >ue se disuelven f1cilmente en a/ua forma un e>uilibrio con la misma >ue auda a re/ular el $3 de la soluci)n este com$ortamiento se observa, /racias a >ue este 1cido no se disocia en soluciones acuosas como un 1cido de 5ronsted. No obstante el 34564, interacta con el a/ua como un 1cido de leis dando como resultado iones tetrahidro"iborato, >ue sirve $ara el desarrollo de diferentes reacciones. !n el estado s)lido , estas mol? mol?cu cula lass se or/a or/ani ni(a (ann en ca$a ca$ass medi median ante te enlaces de hidr)/eno. !l calentamiento del 1cido b)rico, $roduce la deshidrataci)n $arcial $ara dar
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reversibilidad de deshidrataci)n.
las
reacciones
da
Gor otro lado, este com$uesto, en a/ua fr&a es $oco soluble $ero se disuelve f1cilmente en a/ua caliente, alcohol o /licerina. !s $or esta ra()n >ue en el momento de los lavados de los cristales de 1cido b)rico, se reali(a con a/ua $reviamente enfriada $ara as& $urificar el $roducto obtenido del NaCl. !"$erimen !"$erimentalme talmente nte se determi determin) n) >ue el 1cid 1cidoo b)ri b)rico co,, obte obteni nido do fue fue de -.+ -.+99 / >ue >ue com$ar com$arado ado con el valor valor te)ric te)rico, o, -.-488 -.-488// del 1cido, se evidenci) un error sistem1tico en la determinac determinaci)n i)n del mismo, mismo, corres$ondi corres$ondiente ente a una $?rdida de reactivo al momento de la filtraci)n de los cristales al $oco tiem$o de cristali(aci)n del 34564. No obstante el $orcentaje de rendimiento de la reacci)n fue de 99.= <, corres$ondiente a una determinaci)n en el ran/o de error $ermitido. Gre/untas*
los +, o +,4 dioles,, es decir >ue la $resencia del manit anitol ol en e"ces "cesoo $rov rovoca oca >ue la diso isociac iaci)n i)n del 1cido b)ric rico sea m1s cuantitativ cuantitativaa de modo modo se com$orta com$orta como como un 1cido mucho m1s fuerte.
Fi/ura +. eacci)n 1cido b)rico con dioles
A7 Justif Justifi>u i>uee el result resultado ado obten obtenido ido en en la $rueba anal&tica
Gor>ue es necesario enfriar con hielo lavar con a/ua a -DC
!l 1cid 1cidoo b)ric b)ricoo no se diso disoci ciaa en solu soluci ci)n )n acuosa como un 1cido de 5ronsted, $ero es un 1ci 1cido de ;e ;eis >ue >ue inte intera ract cta a con las las mol? mol?cu cula lass de a/ua a/ua $ara $ara form formar ar ion iones tetrahidro"iborato, tal como lo describe la !c , la cual cual desc descriribe be el $rod $roduc ucci ci)n )n del del ani) ani)nn
!s necesario enfriar con hielo lavar con a/ua a -DC a fin de disminuir la solubilidad del 1cido b)rico des$ des$la la(a (arr el e>ui e>uililibr brio io de la !c haci haciaa la i(>uierda 2formaci)n de $reci$itado7, $uesto >ue ha un aumento de la solubilidad de este con la tem$ tem$er erat atur uraa de la solu soluci ci)n )n >ue >ue indu induce ce a la formaci)n de $art&culas coloidales >ue afectan el rendimiento del $roducto sinteti(ado.
−¿ ¿ OH ¿ 4 B¿
H 3 B O3
de mod modo >ue >ue la mo mol?cula no e"iste realmente en soluci)n
evidenciando una d?bil concentraci)n de iones 3 tal como como lo describe describe la tabla , $or otro lado la 1cido b)rico se com$orta como un 1cido mono$r)tico d?bil 2K a H :.8L+- +-7, el cual en $resencia $resencia de de ciertos ciertos com$uesto com$uestoss or/1nicos or/1nicos $olihidro"ilados, tales como manitol, /lucosa, −
Gor >u? no se $uede secar el 1cido b)rico $or calentamiento Al secar el 1cido b)rico $or calentamiento este se descom$one $uesto >ue a tem$eratura su$erior a los los --- DC el tri) tri)"i "ido do de boro boro $arc $arcia ialm lmen ente te deshidratado se funde da una sustancia v&trea >ue >ue aun aun reti retien enee cant cantid idad ades es a$re a$reci ciab able less de humedad, en cambi) si se usa una t?cnica es$ecial de secado como una $istola secadora >ue no e"ceda los -- DC se evita la fusi)n se obtiene un
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Fi/ura . !fecto del calor en el 1cido b)rico eniendo en cuenta la lectura recomendada Natural occurre occurrence nce of boron'c boron'cont ontain ainin/ in/ com$oun com$ounds ds in $lants, al/ae and microor/anisms >ue $ro$iedades del boro cree usted >ue le $ermiten encontrarse en $lanta al/as, micror/anismo •
amao at)mico Ge>ueo
•
;a ener/&a de alta ioni(aci)n
•
5aja electrone/atividad.
•
/erm /ermin inac aci) i)n, n, re/u re/ula laci ci)n )n horm hormon onal al,, etc?tera. c7 !st1 st1 rela relaci cion onad adoo con el trans rans$o $ort rtee de a(cares en $lanta. Facilitar&a el $aso de la mol?cula de a(car a trav?s de la membrana. d7 !n bas base a la inf influen luenci ciaa del del 5 sobre obre el metabolismo de 1cidos nucleicos, se ha demo demost stra rado do >ue >ue la defi defici cien enci ciaa en 5 interrum$e el desarrollo maduraci)n de las c?lulas, se/unda fase del desarrollo celular. e7 Gresen Gresenta ta cier cierta ta inter interacc acci)n i)n en en la abso absorci rci)n )n metabolismo de los cationes, sobre todo del Ca, en la absorci)n del a/ua.
Gro$iedades Gro$iedades intermedias intermedias de metales metales no metales
O#e >u? forma acta el boro como inhibidor de en(imas >ue contienen M/ en su sitio activoP Ecido Ecido b)rico b)rico en e"ceso e"ceso $uede interf interferir erir con la dis$onibilidad de M/ en las en(imas, mediante la uni)n a sustratos o com$lejos de sustrato de estas, debido a >ue el boro tiene $ro$iedades intermedias las de los metales no metales >ue le $ermiten interferir en la re/ulaci)n o inhibici)n la funci)n de ciertas en(imas mediante la uni)n a sustratos o com$lejos de sustrato de la en(ima. : OGor >u? se dice >ue el boro acta como re/ulador de $rocesos bil)/icosP !l boro es un micronutriente esencial en al/unos $roce $roceso soss biol biol)/ )/ic icos os $ues $uesto to >ue >ue $ara $ara al/u al/una nass $lantas su$eriores* a7 !l =< =< del del 5 se suel suelee enco encont ntra rarr en las las $aredes celulares 2indicando >ue tiene un im$ortante $a$el estructural7.
Conclusiones:
;a s&ntesis de 1cido b)rico a $artir de b)ra" es m?todo efica(, $uesto >ue el $roducto /enerado es de alto rendimiento. Ecido b)rico es un com$uesto mu $oco soluble a bajas tem$eraturas lo >ue facilita su obtenci)n en s&ntesis. !l 1cido b)rico no se disocia en soluci)n acuosa como un 1cido de 5rQnsted, $ero es un 1cido de ;eis >ue interacta con las mol?culas de a/ua $ara formar iones Referencias: [1! [" # [$ Grocess for obtainin/ boron from natural or
industrial andRor mineral brines that com$rise boron, usin/ an inor/anic e"tractant for e"tractin/ the boron -+. #is$onible en *RRorldide.es$acenet.comR$ublicat *RRorldide.es$acenet.comR$ublication#etailsRori/ ion#etailsRori/inal# inal# ocumentP CCHS6TNH-+-9=+0A+TKCHA+TFH#TN#HTda teH-+-:+T#5HTlocaleHen!G [% # [& %u&mica descri$tiva de los /ru$os $rinci$ales, %u&mica inor/1nica , !.J. [' #!M5BKI #!M5BKI,, Valer M., et al. Natural occurrence of
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