Кислородные соединения бора

Кислоты и борный ангидрид Как и в химии кремния, здесь почти нет соответствия между строением кислот и солей, поэтому вопрос «какой кислотой образована эта соль?» обычно не имеет смысла. Составы и структуры боратов очень разнообразны, но из водных растворов любых боратов пр подкислении выделяется только одна кислота — ортоборная В (ОН)3. Это молекулярное вещество, но из-за сильных межмолекулярных водородных связей она малолетуча. Валентный угол НОВ около 120 подтверждает, что у атома кислорода лишь одна неподеленная пара, а вторая вовлечена всвязь. О том же говорит и плоская форма молекулы — вращение вокруг связи В-О затруднено, т.к. это не простаясвязь.

Борная кислота легко дает эфиры с спиртами: В (ОН)3 + 3HOR B (OR)3 + 3 H2O, где R — углеводородный радикал. Хотя эти молекулы гораздо тяжелее, чем В (ОН)3, они более летучи, так как нет водородных связей. Летучие соединения бора окрашивают пламя в зеленый цвет, но бораты нелетучи и не окрашивают пламя, кислота слабо окрашивает, а если смешать борат с конц. серной кислотой и спиртом, то окраска пламени очень хорошо видна.

В (ОН)3 — очень слабая кислота. Если бы молекула отщепила протон, то на атоме О остался бы заряд -1, который не может делокализоваться (в отличие от угольной или азотной кислоты). Поэтому такая диссоциация практически не идет. Вместо этого присоединяется гидроксил:

В (ОН)3 + 2 Н2О = Н3О+ + В (ОН)4-. Таким образом, В (ОН)3 в водном растворе — слабая одноосновная кислота. Сила кислоты резко повышается в результате комплексообразования с многоатомными спиртами, например, с глицерином:

В (ОН)3 + 2 СН2ОНСНОНСН2ОН = [B (O2C3H5OH)2]- + H3O+ + 2 H2O.

В полученном анионе нет концевых атомов О, протону некуда присоединяться. Демонстрация: в водном растворе глицерин не меняет окраску метилоранжа, борная кислота — почти не меняет, а их смесь дает розовую окраску индикатора. В полученном анионе нет концевых атомов О, протону некуда присоединяться. Эта реакция применяется для количественного анализа борной кислоты: сама она не титруется щелочью, т.к. почти не проявляет кислотных свойств, а в присутствии глицерина (или маннита) титруется как довольно сильная кислота. В практикуме Спицына написано «добавить серной кислоты». Не надо. Комплекс малолетуч, интересен кислотными свойствами, а серная кислота мешает их наблюдать. Иногда рисуют три сложноэфирные связи с одной молекулой глицерина, но это совершенно невероятно, т.к. получаются очень невыгодные валентные углы.

Хотя борная кислота в растворе слабая, в безводных системах при повышенных температурах она может вытеснять более летучие (даже «сильные») кислоты из их солей, например:

В (ОН)3 + NaCl HCl + H2O + NaBO2 (кроме метабората, возможны и другие соли). В растворе, естественно, реакция пойдет в обратном направлении.

При нагревании В (ОН)3 теряет воду с образованием сначала метаборной кислоты НВО2, а затем борного ангидрида В2О3. КЧ бора при этом остается тем же (или даже повышается), а количество атомов кислорода уменьшается, значит КЧ кислорода непременно растет, появляются мостиковые атомы О, то есть идет поликонденсация и возрастает связность. Известны три формы метаборной кислоты: циклическая (КЧ бора 3), цепочечная (КЧ бора 3) и каркасная (КЧ бора 4). Запишите их формулы с учетом координации бора и кислорода и связности, нарисуйте структуры. В В2О3 КЧ бора тоже 3 и 4, следовательно, КЧ кислорода 2 и 3, все они мостиковые и структура полимерна в трех измерениях. Поэтому при нагревании борной кислоты образуется очень вязкая жидкость, которая при охлаждении не кристаллизуется, а дает стекло. В2О3, как и SiO2 — хороший стеклообразователь благодаря разветвленной сети прочных связей. Но все же связей меньше чем в силикатных стеклах, т.к. среднее КЧ бора меньше (а при том же КЧ связи слабее), поэтому боратные стекла по сравнению с родственными силикатными плавятся ниже, менее прочны механически и менее устойчивы к воде и кислотам.