Тетраборат натрия

Существуют многочисленные минералы, содержащие тетраборат натрия. К ним относятся:

• бура (боракс, тинкал) — минерал состава ${\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O}}}$ — декагидрат тетрабората натрия;
• кернит — тетрагидрат тетрабората натрия — ${\displaystyle {\ce {Na2B4O7.4H2O}}}$;
• многочисленные минералы класса боратов, в которых помимо оксидов натрия и бора содержатся другие металлы, — кальций, магний, железо и др.;
• кристаллогидраты тетрабората натрия выпадают в осадок при пересыхании некоторых бессточных, сезонно пересыхающих солёных озёр, например, в озере Серлс, расположенном в пустыне Мохаве в США, и некоторых озёр в Турции.

Имеет две метастабильные модификации: β и γ. β-модификация является ромбической с температурой плавления 664 °C, γ-модификация — моноклинная с температурой плавления 710 °C. Температура кипения — 1575 °C. При быстром охлаждении расплава образуется аморфная стекловидная масса с плотностью 2,36 г/см^3[2]. При медленном охлаждении образуется α-форма (ромбические кристаллы)^[3].

Растворимость в воде составляет 3,2 г /100 мл (при 25 °C), 10,5 г / 100 мл (при 50 °C), в этаноле — 0,05 г / 100 г (при 25 °C), ацетоне — 0,006 г / 100 г (при 25 °C), не растворим в диэтиловом эфире и глицерине. Реагирует с метанолом при растворении с образованием бороорганических соединений^[2].

Образует несколько кристаллогидратов с разным содержанием воды. Эти кристаллогидраты и безводный тетраборат натрия ${\displaystyle {\ce {Na2B4O7}}}$ обычно называют «бура́». Примеры кристаллогидратов:

• пентагидрат (${\displaystyle {\ce {Na2B4O7.5H2O}}}$), так называемая «ювелирная бура», используется при пайке ювелирных изделий;
• декагидрат (${\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O}}}$).

Однако наиболее часто «буро́й» называют декагидрат ${\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O}}}$. Эта соль представляет собой прозрачные кристаллы с молярной массой 381,43 г/моль, имеющие хорошую растворимость в тёплой воде^[4]. При нагревании свыше 400 °C полностью теряет кристаллизационную воду.

Так как тетраборат натрия является солью слабой кислоты и сильного основания, в воде гидролизуется. Водный раствор тетрабората натрия имеет щелочную реакцию.

Взаимодействует с сильными кислотами, образуя соответствующую соль и борную кислоту:

${\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O + 2 HCl -> 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O}}}$.

Многие соли металлов борной кислоты нерастворимы в воде и при взаимодействии в растворе их растворимых солей с тетраборатом натрия образующиеся бораты выпадают в осадок. На этом основано применение буры для «умягчения» воды:

${\displaystyle {\ce {Ca^2+_{(aq)}\ + Na2B4O7_{(aq)}-> CaB4O7_{(s)}\ + 2 Na^+_{(aq)}}}}$,

${\displaystyle {\ce {Mg^{2}+_{(aq)}\ +Na2B4O7_{(}aq)->MgB4O7_{(s)}\ +2Na_{(aq)}^{+}}}}$.

С оксидами многих переходных металлов бура при сплавлении образует разнообразно окрашенные соединения — бораты «перлы буры». По цвету перлов можно судить о качественном химическом составе пробы.

Соединение окрашивает пламя горелки в зелёный цвет (характерная реакция на соединения бора)^[4].

Десятиводную соль ${\displaystyle {\ce {Na2B4O7.10H2O}}}$ получают из природных минералов, например, буры или кернита, осуществляя их перекристаллизацию. Также для этой цели применяют химическое взаимодействие некоторых природных боратов (ашарита и улексита) с карбонатом или гидрокарбонатом натрия^[2].

Может быть получен реакцией карбоната натрия и борной кислоты при нагреве, пропусканием углекислого газа через раствор метабората натрия^[2].

Тетраборат натрия применяется:

• как сырьё для получения борной кислоты и различных соединений бора^[2];
• в производстве эмалей, глазурей, оптических и цветных стёкол, различных керамик^[2];
• при пайке и плавке металлов в составе флюса^[2];
• при ковке металлов;
• в бумажной и фармацевтической промышленности;
• в производстве строительных материалов как компонент антисептика для изготовления целлюлозного утеплителя «Эковата»
• как дезинфицирующее и консервирующее средство^[2];
• для приготовления буферных растворов;
• в аналитической химии:
  • как стандартное вещество для определения концентрации растворов кислот;
  • для качественного определения оксидов металлов (по цвету перлов);
• в фотографии — в составе медленно действующих проявителей в качестве слабого ускоряющего вещества^[4];
• как компонент моющих средств^[2];
• как компонент косметики;
• как инсектицид в отравленных приманках для уничтожения тараканов;
• используется в слаймах.

В 1977 году мировое производство тетрабората натрия составило 1,5 млн тонн^[2].

Вещество малотоксично для теплокровных животных, ЛД50 для крыс 2,66 г/кг. Пыль может вызывать раздражение слизистых оболочек и неблагоприятно влияет на органы дыхания.

Имеются сведения, что вещество снижает фертильность. По нормам Европейского союза (ЕС) вещества и смеси, импортируемые в ЕС и содержащие буру, с июля 2015 года должны быть маркированы предупреждениями «Может нанести ущерб фертильности» и «Может нанести вред нерожденному ребёнку»^[5].

Также указывается, что длительное, в течение 10—15 лет потребление буры в виде пищевых добавок может провоцировать онкологические заболевания^[6].