تحقیق در مورد اسید بوریک

اسید بوریک
تهیه اسید بوریک از بوراکس

اسید بوریک (اسید ارتوبوریک) اسیدی بسیار ضعیف است که از بوراتها و یا هیدرولیز هالیدهای بور با هیبریداسیون sp2 به دست می آید. این اسید به صورت بلورهای سفید سوزنی شکل است که در آن واحدهای B(OH)2 از طریق پیوند های هیدروژنی به یکدیگر متصل شده اند و لایه های نامحدودی( با فاصله 18/3 انگستروم ) با تقارن تقریبا شش ضلعی تشکیل می دهند.
اسید بوریک در آب تا حدودی حل شده و انحلال پذیری آن با افزایش دما زیاد می شود. این اسید تک بازی است.

روش کار
12گرم بوراکس را در25 میلی لیتر آب مقطر گرم حل کرده و محلول حاصل را با اسید کلریدریک25 % خنثی کنید. محلول را به آرامی سرد کرده و جسم بلورین حاصل را با استفاده از قیف بوخنر صاف کنید. اسید بوریک را بروی کاغذ صافی خشک کنید و محلول زیرین را جهت گرفتن مابقی اسید، تغلیظ نمائید.
بور و ترکیبات گوناگون آن دارای کاربردهای بسیار وسیع، استراتژیک و مهمی در صنایع مختلف کوچک و بزرگ کشاورزی، دارویی و پزشکی می باشند. به دلیل عدم وجود عناصر و مواد جایگزین آن بعضی از شاخه های صنعتی وابسته به این عنصر متوقف مانده و یا با مشکلاتی اساسی و جدی روبروست. امروزه بوراتها دارای مصارف بسیار زیادی در ساخت فایبرگلاس، سرامیک، رساناها، اسیدبوریک، کاشی سازی، شوینده ها (صابون سازی، مواد پاک کننده و…) (10%)، پارچه بافی، صنعتی کشاورزی (32%)، کود شیمیایی، پربوراتها، صنایع شیشه، پشم شیشه، مینا کاری، کمک ذوب، چسب، مهار آتش سوزی، گدازآور در صنایع فلزگری، در تهیه چسب و حلالها، در راکتورهای اتمی، صنایع الکتریکی، در کاغذ سازی، در ترکیب ضد یخ، چرم سازی، جوشکاری، لحیم کاری و عکاسی مورد استفاده قرار می گیرند.
مصرف بور در غرب از سال 1970 تا سال 1989 دارای رشد نسبی 4/1 درصد در سال و از سال 1989 تا 1999 دارای رشد نسبی 2 درصد در سال بوده است. عنصر بور در رژیم غذایی انسانها وارد می شود و هم اکنون تحقیقات زیادی در این زمینه در حال انجام است. گیاهان بور را از آب و خاک می گیرند و بدون آن نمی توانند زنده بمانند.
عنصر بور و ترکیبهای گوناگون آن، دارای کاربردهای بسیار وسیع و مهمی در صنایع مختلف کوچک و بزرگ کشاورزی، دارویی و پزشکی می باشند. به گونه ای که می توان گفت به دلیل عدم وجود عناصر و مواد جایگزین آن فعالیت بعضی از شاخه های صنعتی وابسته به این عنصر، متوقف می ماند و یا مشکلاتی اساسی و جدی روبرو می شوند.
در فاصله بین دو جنگ جهانی، شیشه هایی به بازار عرضه می شد که از سیلیکاتهای بور تهیه می شدند. این شیشه ها دارای خواصی چون مقاومت در برابر انبساط، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر شوکهای حرارتی بودند. در مدت جنگ جهانی دوم بهمراه رشد سریع صنایع الکترونیک و نیاز به ساخت شیشه های بور و سیلیکات به میزان تقاضای اینگونه شیشه ها افزوده شد و کارخانجات عرضه کننده درصدد رفع نیاز بازار بور آمدند.
شیشه بورات: با اکسیدهای لانتان و تانتال ولی بدون سیلیس برای شیشه های عدسی های عکاسی، هواپیما و چشمی های با زاویه دید وسیع به کار بورده می شود. اینگونه شیشه ها دارای ضریب شکست نور زیاد و پاشندگی کم هستند.

شیشه های اکسید بوریا شیشه های بوراکس
اشعه ماوراء بنفش را عبور می دهند. شیشه معروف به شیشه نامریی، شیشه بوراکس است که سطح آن با لایه نازکی از فلوئوروسدیم پوشیده شده است که 6/99 درصد کلیه اشعه مرئی را عبور می دهد، و فقط بازتاب کمی داشته و حالت نامرئی بودن را به وجود می آورد. شیشه های معمولی سدیک و پتاسی نور ماوراء بنفش را عبور نمی دهند. شیشه محتوی 2 الی 4 درصد اکسید سدیک اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند و برای سپرهای اشعه ایکس نیز به کار برده می شود. شیشه ای که بتواند اشعه ایکس پر انرژی و اشعه گاما را جذب کند ممکن است محتوی فسفات تنگستن باشد، در حالی که شیشه ای که برای جذب نوترونهای کند در نیروگاهای اتمی به کار برده می شود. محتوی بورسیلیکات کادمیم همراه با فلوئورورها است.
همچنین از اسید بوریک و بوراکس بعنوان مواد خام مورد نیاز در صنعت شیشه سازی استفاده فراوان می شود. البته انتخاب مواد خام حاوی بور بیشتر تابعی است از اندازه و نوع تجهیزات کارخانه ذوب شیشه، برای مثال در ساخت شیشه تجاری Eutal (نام دیگر آن E-gladd است) احتیاج به کوره های بزرگ گاز سوز با کوره های پیش گرم کننده هوا مورد نیاز است. با این حال در بعضی از موارد جایگزین کردن این مواد خام با یکدیگر عملی می باشد.
امروزه از کلمانیت بجای سنگ آهک و اسید بوریک جهت افزایش سرعت ذوب شیشه استفاده می گردد. این افزایش باعث بیشتر شدن مقدار تولید کوره در هر شیفت کاری می گردد. اولکسیت نیز معمولاً جایگزین خوبی برای بوراکس محسوب می شود، هر چند که کلمانیت مراحل ذوب را سریعتر از اولکسیت پشت سر می گذارد بهمین دلیل هنگام مصرف اولکسیت مقداری (Soda Ash) Na2CO3 به آن اضافه می کنند. در شیشه های که نیاز به خلوص و رنگ با کیفیت بالا وجود دارد ترجیح داده می شود از اسید بوریک و یا بوراکس خالص استفاده شود، کلمانیت و الکسیت هر دو به اندازه کافی دارای ناخالصی اکسید آهن و سولفات می باشند.
وجود بور در شیشه علاوه بور کاهش انبساط حرارتی باعث افزایش دوام شیمیایی شیشه، اصلاح خواص اپتیکی و همچنین اصلاح خواص الکتریکی شیشه، می گردد بورای تهیه شیشه هایی که درصد بالایی از سلیس (High-Silica-glass) در ترکیبات آنها وجود دارد، از بوراتها بعنوان کمک ذوب بجای اکسیدهای قلیایی استفاده می شود.
شیشه های معروف به شیشه های ضد اسید نیز ترکیبی از بور و سلیس هستند که درصد مواد قلیایی در آنها بسیار پایین می باشد. در سخت کردن پلاستیکها و در ساخت تانکهای ذخیره زیر زمینی که احتیاج به مقاومت کشش و مدول الاستیسیته بالا دارد، از الیاف شیشه ای استفاده می گردد که این الیاف از جنس سیلیس و بور می باشند. در جداول زیر درصد مواد تشکیل دهنده بعضی از شیشه های حاوی اکسید بور و همچنین مصارف مهم کانی های بوراته آورده شدهاست.
جدول 5: مصارف مهم و عمده کانی های بورات

برای بالا بردن ضد سوختگی چوب و درب چوبی و چهار چوبهای فلزی و چوبی برای جلوگیری در امر آتش سوزی و بخصوص راه پله های فرار ساختمانها و درب آنها از ترکیبات بور استفاده می شود.
بکارگیری این محصولات در اروپا اجباری می باشد لذا بیش از 10% تولید جهانی بور برای بالا بردن درجه ضد سوختگی چوب بکار می رود.

ساخت اسید بوریک
درصد خلوص کانسارهای بور به وسیله حل شدن و تبخیر بالا می رود. بخارات سیستم های ژئوترمال قبل از استفاده در تولید قدرت (برق) حاوی مواد شیمیایی دارای بور بوده که بصورت اسید بوریک قابل تفکیک می باشد. از این نوع تکنولوژی در کشور ایتالیا استفاده می شود.
کانیهای بور در شرایط خشک پایدار بوده اسید بوریک یکی از محصولات مهم بور در شرایط معمولی پایدار بوده ولی اگر حرارت داده شوند ابتدا به اسید متابوریک (HBO2) و با حرارت بیشتر سپس به اکسید بور B2O3 تبدیل می شود.

ساخت فایبرگلاس ها
ماده اصلی فایبرگلاس از بور و سیلیس با ترکیبات قلیایی کمتر، می باشد مصارف زیادی یافته است.
یکی از مصارف اصلی بور در ساخت فایبرگلاسهای مختلف می باشد. از آنجائی که در صنعت فایبر گلاس پارچه تکنولوژی جایگزین استفاده از بور اخیراً کشف شده است، می توان تا حدودی کندی حرکت استفاده از عنصر بور در ساخت این نوع فایبرگلاسها را پیش بینی نمود.

مصارف هسته ای
ترکیبات بور در ساخت پایگاه های پرتاب موشک دارای کاربرد استراتژیک می باشند.

مصارف کشاورزی
کانی های بور نقش مهمی در ساختن بسیاری از کودهای شیمیایی دارند. مصرف مقادیر زیادی بور در کودهای شیمیایی ممکن بورای گیاهان و محصولات کشاورزی مضر باشد.

مصارف متالورژیکی
ترکیبات بور در تولید استیل و فلزات غیر آهنی، آلیاژها، مغناطیس های کمیاب و فلزات بی شکل مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بور این برای جوشکاری، ساخت بعضی از روکشها، بعنوان کمک ذوب آهن و فلزات غیر آهنی استحصال بعضی از مواد معدنی و پوشهای ضد زنگ نیز استفاده می شود.
بوراتها بسادگی با اکسیدهای فلزی آغشته شده تا در درجه حرارتهای کاملاً پایین بتوان از به هدر رفتن فلزات قیمتی در هنگام استحصال جلوگیری کند. همچنین از فلزات بی شکل حاوی ترکیبات بور برای از دست رفتن انرژی در ترانسفور ماتورها استفاده می گردد. ترکیب بور، آهن و روی در ساخت آلیاژهای ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت استفاده می گردد.

مصارف آتشباری
مواد منفجره آمونیوم در مناطقی که مس استخراج می شود بخاطر اثرات سولفیدهای مس بر روی آنها در شرایط خاصی پایدار نمی ماند، لذا با پاشیدن محلول های بورات آمونیوم بر روی چاله های حفاری در جایی که مواد منفجره قرار می گیرند این مواد را پایدار نگه می دارند.

مصارف مغناطیسی
فرو بردن Ferro Boron برای ساخت پودرهای آهن رباهای خیلی قوی مورد استفاده می گردد.

مصارف جوشکاری
تقریباً تمامی جوش دهنده های خشک حاوی ترکیبات بور بوده که بورای زنگ نزدن و اتصال خوب و محکم محل جوی، مورد استفاده قرار می گیرد.

مصارف پوششی
بوراتها بصورت آلیاژ با نیکل در کنترل کردن PH در زمان الکترولیز و پوشش دادن، بکار می رود.

مصارف دیگر
دیگر مصارف عنصر بور عبارتند از:
ماده شیمیایی بور برای تنظیم خواص قلیایی و اسیدی (خنثی کننده) بعضی ترکیبات شیمیایی نقش اساسی دارد.
کنترل کننده غلظت رنگها
ثابت نگه داشتن PH مواد منفجره
ساخت فیلم ها
مقاوم کردن سطح شیشه ها در برابر حرارت و مواد شیمیایی
ساخت صفحه های ظریف LCD
ساخت سرامیک های زیبا
آلیاژ بور و آهن برای جلوگیری از زنگ زدگی
مخلوط روی و بور برای پوشش کابلهای الکتریکی
جذب اشعه نوترون
محفظ های هسته ای
ساخت ضد باکتری
ساخت مواد آرایشی
معالجه سرطان و…

از آمار واقعی مصرف جهانی بور اطلاع دقیقی در دست نیست. معمولا آمارهای مصرف به صورت مصرف ظاهری بیان می گردد. میانگین مصرف ظاهری جهانی بور در این دوره ( 1997-2001) 5/4608 هزارتن بوده که از 4688 هزارتن در سال 1997 به 7/4577 هزارتن در سال 1999 و 7/4609 هزارتن در سال 2001 کاهش یافته است(جدول6).

جدول 6- میزان مصرف ظاهری جهانی بور در سال های 2001-1997 (هزار تن)

شکل 3- مصرف ظاهری جهانی بور در سالهای 2001-1997

طبق آمار حاصله کشورهای ترکیه، ایالات متحده آمریکا، روسیه، آرژانتین و شیلی جزء 5 کشور پر مصرف بور جهان هستند. در این میان نرخ رشد مصرف کشور ترکیه منفی بوده که بیشترین کاهش نرخ رشد را در بین کشورهای عمده مصرف کننده داراست. کشور آرژانتین هم با نرخ رشدی معادل 30 درصد جزء بیشترین مصرف کنندگان بور در جهان بشمار می رود. در شکل 2 نمودار مصرف جهانی بور رسم گردیده است.
از نمودار موردنظر این چنین استنباط می گردد که روند مصرف ظاهری ثابت نبوده و طی سال های مذکور دارای کمینه مصرفی معادل 4/4 میلیون تن در سال 2000 بوده است.

اسید بوریک………………………………………………………………………………….  13