ホウ酸

ホウ酸
	IUPAC名ホウ酸
	別称オルトホウ酸; サッソライト
識別情報
CAS登録番号	10043-35-3
PubChem	7628
ChemSpider	7346
UNII	R57ZHV85D4
EINECS	233-139-2
	SMILES OB(O)O B(O)(O)O;
	InChI InChI=1S/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H ; Key: KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N InChI=1/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H; Key: KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYAI;
特性
化学式	B(OH)3
モル質量	61.833 g mol−1
外観	White crystalline solid
密度	1.435 g cm−3, 固体
融点	169°C （分解）
水への溶解度	5.7 g/100 cm3 (25°C)
酸解離定数 pKa	9.24
構造
分子の形	平面三角形
双極子モーメント	0
熱化学
標準生成熱 ΔfHo	−1094.33 kJ mol−1
標準モルエントロピー So	88.83 J mol−1K−1
標準定圧モル比熱, Cpo	81.38 J mol−1K−1
危険性
引火点	無し
関連する物質
関連物質	酸化ホウ素; ホウ砂
	特記なき場合、データは常温（25 °C）・常圧（100 kPa）におけるものである。

ホウ酸（ホウさん、硼酸、Boric acid）はホウ素のオキソ酸であり、殺菌剤、殺虫剤、医薬品（眼科領域）、難燃剤、原子力発電におけるウランの核分裂反応の制御、そして他の化合物の合成に使われる弱酸の無機化合物である。化学式はH₃BO₃、時にB（OH）₃とも書く。常温常圧では無色の結晶または白色粉末で、水溶液では弱い酸性を示す。ホウ酸の鉱物は硼酸石（サッソライト）と呼ばれる。

合成 [編集]

ホウ酸は主にホウ酸塩鉱物に硫酸を反応させて作られる。世界最大のホウ酸塩の産出地はトルコのEti Mine Worksである^[1]。

Na₂B₄O₇・10H₂O + H₂SO₄ → 4 H₃BO₃ + Na₂SO₄ + 5H₂O

酸性酸化物である三酸化二ホウ素（B₂O₃）を水に溶解しても生成する。

B₂O₃ + 3 H₂O → 2 H₃BO₃

化学的性質 [編集]

無色の結晶であり、水に対する溶解熱は吸熱で^[2]、温度上昇と伴に溶解度が急増するのはこのためである。

$\rm H_3BO_3(s) \ \overrightarrow\longleftarrow \ H_3BO_3(aq)$ ,　　　 $\mathit{\Delta} H^\circ = 22.01 \mbox{kJ mol}^{-1}$

加熱により順次水を失い、まず130℃付近からメタホウ酸（HBO₂）を生成し、更なる加熱により三酸化二ホウ素となる。メタホウ酸は単純なHBO₂分子ではなく、BO₄四面体を酸素原子が架橋したポリ酸である^[3]。過去にはメタホウ酸から三酸化二ホウ素と変化する過程の中間生成物として四ホウ酸（H₂B₄O₇）が生成すると考えられていたが、これは誤りであることが判明している。四ホウ酸は遊離酸としてはホウ酸溶液中にわずかに存在するのみであり、多くは四ホウ酸ナトリウムなどの塩の形で存在する^[4]。

$\rm H_3BO_3 \ \overset{\Delta}{\longrightarrow} \ HBO_2 + H_2O$

$\rm 2 HBO_2 \ \overset{\Delta}{\longrightarrow} \ B_2O_3 + H_2O$

化学式からは3価の酸と予想されるが、水溶液中ではそのような酸解離は認められず、ルイス酸として働き、水酸化物イオンを受け取り、4配位となる平衡が存在する^[3]。

$\rm H_3BO_3(aq) + H_2O(l) \ \overrightarrow\longleftarrow \ H^+(aq) + B(OH)_4^-(aq)$ , $\mbox{p}K_{a} = 9.24 \,$

酸解離に関する標準エンタルピー変化、ギブス自由エネルギー変化、エントロピー変化の値が報告されており^[2]、解離に伴いエントロピーの減少が起こるのは、電荷の増加に伴い、イオンの水和の程度が増加し、電縮が起こり、水分子の水素結合による秩序化の度合いが増加するからである^[5]。

$\mathit{\Delta} H^\circ$	$\mathit{\Delta} G^\circ$	$\mathit{\Delta} S^\circ$	$\mathit{\Delta} Cp^\circ$
14.12 kJ mol⁻¹	52.71 kJ mol⁻¹	−129.7 J mol⁻¹K⁻¹	−192 J mol⁻¹K⁻¹

水酸化ナトリウム水溶液による中和滴定曲線

酸解離定数が小さいため、中和滴定曲線において当量点は不明瞭となり、塩基による中和滴定は困難であるが、エチレングリコールなどを加えるとエステルを形成し酸解離定数が大きくなり、中和滴定が可能となる^[3]。

$\rm H_3BO_3 + 2 (CH_2OH)_2 \ \overrightarrow\longleftarrow \ H^+ + BO_4(CH_2CH_2)_2^- + 3 H_2O$

また、ホウ酸を純硫酸に溶解すると硫酸水素イオンと錯体を形成し、このものは硫酸中で強酸として働く数少ない物質である^[3]。

$\rm H_3BO_3 + 6 H_2SO_4 \ \overrightarrow\longleftarrow \ 3 H_3O^+ + B(HSO_4)_4^- + 2 HSO_4^-$

毒性 [編集]

ホウ酸を吸い込んだりすると、吐き気・嘔吐・下痢などを引き起こす。ただし致死量は塩化ナトリウムと同程度である。（2000～4000mg/kg）

用途 [編集]

水酸化カリウム水溶液の中和剤としても用いられる。工業用メーカーは、アメリカ合衆国、トルコ、ロシア、チリ、ペルー、アルゼンチン。日本は全量を輸入に依存。用途はホウ酸塩ガラス、ガラス繊維、ホウ素系合金鉄。
ホウ素の高い中性子捕獲能力を利用して、原子炉の核分裂で生成する熱中性子の吸収剤^[6]として利用されることがある。この場合は容易に水溶するホウ酸として利用することが多く、ホウ酸水の場合は冷却材も兼ねる。なお、放射性核種の原子核崩壊は熱中性子がなくても自発的に起こるものであるため、吸収剤としてのホウ素は役に立たない。従って、崩壊熱で原子炉が高温となる状態は、別の手段で冷却を行う必要がある。
小学校5年の理科の実験（物の溶け方）で溶解度の実験を行なう際、食塩（塩化ナトリウム）と並ぶ代表的な試薬。ホウ酸のほうが溶解度が低いため、水に良く溶ける塩化ナトリウムと溶解度を比較したり、水温を上げた場合に両薬品の溶け方がどう変化するかなどの実験で用いられる。
ゴキブリ駆除にホウ酸団子が使用される場合がある。団子として市販品があるほか、タマネギ、米ぬか、ジャガイモをペースト状にして、ホウ酸を混入させることで自作することも可能だが、ペットが誤飲すると死に至る場合がある。誤飲を防止する防護カバーを設けた市販品のホウ酸団子も存在する。
眼科領域においては、洗眼薬として、また目薬の添加物として用いられる。特に、塩基性の薬品が目に入った際の中和剤として用いられる。
ホウ酸は単独では溶解度が低いが、ホウ砂と一定割合で混合すると水への溶解度が大きく増加する。この濃い水溶液は木材用の難燃剤として用いられ、処理した木材は不燃木材として市販されている^[7]。
販売されなかった新聞を繊維状に加工し、ホウ酸を塗したものが、セルロースファイバーとして住宅用断熱材として利用される。日本では数パーセントの住宅に使用されているに過ぎないが、アメリカでは住宅用断熱材として40%前後のシェアを占めている。駆虫性、透湿性、耐水性、防火性、防音性を兼ね備えているが、施工に専用の機材を必要とするなどの欠点もある^[8]。

結晶構造 [編集]

ホウ酸の結晶は水素結合による層状構造からなる。層同士の距離は318ピコメートルである。


ホウ酸の結晶構造	ホウ酸同士の水素結合

脚注 [編集]

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^ http://www.etimaden.gov.tr/en/0_sayfa_ortakSayfa.asp?hangisayfa=4_sayfa_a_1
^ ^a ^b D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982)
^ ^a ^b ^c ^d FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原勝儼訳『コットン・ウィルキンソン無機化学』培風館、1987年、原書：F. ALBERT COTTON and GEOFFREY WILKINSON, Cotton and Wilkinson ADVANCED INORGANIC CHEMISTRY A COMPREHENSIVE TEXT Fourth Edition, INTERSCIENCE, 1980.
^ 千谷利三『新版無機化学（上巻）』産業図書、1959年、369頁。
^ 田中元治『基礎化学選書8 酸と塩基』裳華房、1971年
^ 減速材は中性子のもつエネルギーを低くするためのもので核反応を促進する役割があり、冷却材は発生する熱を吸収する役割のものであり、この場合はいずれとも役割が異なる
^ “不燃木粉ボード”. 露本伊佐男、第３回特許ビジネス市in東京. 2006年2月1日閲覧。
^ 山本順三『無垢材・無暖房の家』 ISBN-10: 4778201167

外部リンク [編集]

ホウ酸　理科ねっとわーく（一般公開版） - 科学技術振興機構

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[1] ttp://www.etimaden.gov.tr/en/0_sayfa_ortakSayfa.asp?hangisayfa=4_sayfa_a_1

[Parker-2] D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982)

[Cotton-3] FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原勝儼訳『コットン・ウィルキンソン無機化学』培風館、1987年、原書：F. ALBERT COTTON and GEOFFREY WILKINSON, Cotton and Wilkinson ADVANCED INORGANIC CHEMISTRY A COMPREHENSIVE TEXT Fourth Edition, INTERSCIENCE, 1980.

[4] 千谷利三『新版無機化学（上巻）』産業図書、1959年、369頁。

[tanaka-5] 田中元治『基礎化学選書8 酸と塩基』裳華房、1971年

[6] 減速材は中性子のもつエネルギーを低くするためのもので核反応を促進する役割があり、冷却材は発生する熱を吸収する役割のものであり、この場合はいずれとも役割が異なる

[7] “不燃木粉ボード”. 露本伊佐男、第３回特許ビジネス市in東京. 2006年2月1日閲覧。

[8] 山本順三『無垢材・無暖房の家』 ISBN-10: 4778201167

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

ホウ酸

目次

合成 [編集]

化学的性質 [編集]

毒性 [編集]

用途 [編集]

結晶構造 [編集]

脚注 [編集]

関連項目 [編集]

外部リンク [編集]

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IUPAC名ホウ酸
別称オルトホウ酸サッソライト
識別情報
CAS登録番号	10043-35-3
PubChem	7628
ChemSpider	7346
UNII	R57ZHV85D4
EINECS	233-139-2
SMILES OB(O)O B(O)(O)O
InChI InChI=1S/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H Key: KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N InChI=1/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H Key: KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYAI
特性
化学式	B(OH)₃
モル質量	61.833 g mol⁻¹
外観	White crystalline solid
密度	1.435 g cm⁻³, 固体
融点	169°C （分解）
水への溶解度	5.7 g/100 cm³ (25°C)
酸解離定数 pK_a	9.24
構造
分子の形	平面三角形
双極子モーメント	0
熱化学
標準生成熱 Δ_fH^o	−1094.33 kJ mol⁻¹
標準モルエントロピー S^o	88.83 J mol⁻¹K⁻¹
標準定圧モル比熱, C_p^o	81.38 J mol⁻¹K⁻¹
危険性
引火点	無し
関連する物質
関連物質	酸化ホウ素ホウ砂
特記なき場合、データは常温（25 °C）・常圧（100 kPa）におけるものである。