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2-OBTENCIÓN DE ÁCIDO BÓRICO.

INTRODUCCIÓN

El boro es el primer elemento del grupo 13. Se encuentra en la naturaleza en forma de los

minerales bórax, Na2B4O7.10H2O, y kernita, Na2B4O7.4H2O. Se puede considerar en elemento

raro ya que su abundancia en la Tierra es cercana al 0,0003%. El boro elemental se obtiene por

reducción de B2O3 con magnesio, con una pureza entre 95 y 98%.

En estado elemental tiene propiedades que corresponden a una posición intermedia entre

un metal y un no-metal. Es semiconductor (y no un conductor metálico como los elementos de

su grupo), es duro y de punto de fusión muy elevado (2352,2 K); químicamente se debe

clasificar como un no metal.

En general, la química del boro se parece más a la del silicio que a la de los demás

elementos de su grupo. Por ejemplo el boro forma oxoaniones que, como los del silicio, tienden

a la condensación con formación de especies polímeras aniónicas discretas, cadenas, láminas y

redes tridimensionales.

Los usos industriales y domésticos del boro son muy amplios. Entre el 30 y 35% se utiliza,

en la forma de borosilicatos (minerales que contienen boro, silicio y oxígeno), para la

fabricación de vidrios resistentes al calor y fibras de vidrio. De un 15 a 20% se utiliza en

detergentes, jabones y agentes ablandadores del agua. El ácido bórico se suele utilizar como un

retardante del fuego. Algunos compuestos de boro se utilizan como herbicidas y fertilizantes

sintéticos. Pequeñas cantidades de boro se necesitan para la vida de las plantas aunque es tóxico

en grandes concentraciones. Las aplicaciones más recientes tienen su origen en la extremada

dureza, inercia química y carácter refractario de los boruros de titanio, circonio y cromo.

OBJETIVOS

1.-Estudio de algunos compuestos de boro: boratos, ácido bórico, etóxidos de boro.

2.-Síntesis del ácido bórico, propiedades ácido-base y valoración ácido-base.

CUESTIONES PREVIAS

1. Haz un diagrama de flujo o esquema de lo que vas a hacer en el procedimiento

experimental.

2. Escribe la fórmula del ácido bórico y su estructura de Lewis. Escribe la reacción química

que explica su acidez. Busca su constante de acidez.

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3. Describe la estructura del bórax. Escribe y ajusta la reacción del bórax con el agua para

dar ácido bórico (hidrólisis básica).

4. La síntesis del ácido bórico se realiza añadiendo ácido al bórax. Justifica la adición de

ácido aplicando el principio de Le Châtelier a la reacción de la cuestión 3. Escribe y ajusta la

reacción entre el bórax y el HCl.

5. Calcula el número de moles de bórax y de ácido clorhídrico empleados en la síntesis.

¿Qué reactivo está en exceso?

6. ¿Qué cantidad de ácido bórico se obtendría si el rendimiento de la reacción fuese del

100%? Justificar las posibles causas de un rendimiento menor.

7. Indica un ensayo para detectar la presencia de cloruros en disolución.

8. Busca la fórmula de la manita (o manitol) y su reacción con el ácido bórico.

9. Busca en la bibliografía la formación de trialcóxidos de boro (boratos de alquilo) y sus

propiedades.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Material Reactivos

Vaso de precipitados de 100 mL Bórax

Probetas HCl 6 M

Embudo buchner Hielo

Sistema de filtración a vacío Disolución de AgNO3

Matraz kitasatos de 250 mL Manita

Matraz aforado de 50 mL Etanol

Pipeta de 5 mL Fenolftaleína

Bureta de 10mL Papel indicador

Papel de filtro H2SO4 concentrado

Erlenmeyer de 100mL NaOH 0,05M

Mechero, trípode y rejilla

Cápsula de porcelana

Papel indicador

A) Obtención del ácido bórico

Se pesan 8 g de bórax y se introducen en un vaso de 100 mL limpio y seco. Se añaden 20 mL

de agua destilada y se calienta suavemente hasta que se disuelve el precipitado por completo.

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Se mide el pH de la disolución con papel indicador. Se continúa calentando la disolución

sin que llegue a ebullición y se añaden poco a poco 12 mL de HCl 6 M con agitación.

Se deja enfriar el vaso hasta temperatura ambiente y a continuación se introduce en un

baño de hielo. El precipitado se filtra en un embudo Buchner, se escurre bien y se lava con un

poco de agua fría (a 0 ºC) hasta que en el lavado no se observe la presencia de cloruros. Los

cristales obtenidos se dejan secar al aire sobre un papel de filtro y se pesan. Calcular el

rendimiento.

Gestión de residuos: Introducir las disoluciones que contengan Ag+ en la garrafa de residuos

correspondiente.

B) Ensayos y caracterización

1. Se pesan 0,16 g de ácido bórico (con una precisión de 0.0001g) y se disuelven en agua

enrasando a 50 mL con un matraz aforado. Se toman dos porciones de unos 2 mL de esta

disolución (probeta) y se introducen en sendos tubos de ensayo. A uno de ellos se le añaden 0.2

g de manita y se mide el pH de ambas disoluciones con papel indicador.

2.- Se toman 5 mL de la disolución del matraz aforado con una pipeta y se vierten en un

erlenmeyer de 100 mL diluyendo a continuación hasta 50 mL con agua destilada. Se adicionan

0,5 g de manita y unas gotas de disolución de fenolftaleína y se procede a valorarla con una

disolución de NaOH 0,05 M. Una ligera tonalidad rosa indica el punto final. Repetir el proceso

con objeto de determinar con precisión la concentración de ácido bórico y a continuación su

pureza.

3. Se toman 5 mL de la disolución del matraz aforado con una pipeta y se vierten en un

erlenmeyer de 100 mL diluyendo a continuación hasta 50 mL con agua destilada. Se añaden

unas gotas de disolución de fenolftaleína y se procede a valorarla con una disolución de NaOH

0,05 M. Una ligera tonalidad rosa indica el punto final.

Gestión de residuos: Introducir las disoluciones resultantes de los ensayos y la valoración en el

envase etiquetado como “residuos de la valoración”.

4. Pesar 0,5 g de ácido bórico, introducidlos en una cápsula de porcelana y añadid 2 mL de

ácido sulfúrico concentrado. Una vez esté bien homogeneizada la mezcla anterior añadid 3 mL

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de etanol. Calentad la cápsula suavemente en la vitrina hasta la inflamación de los vapores que

se desprenden (si esto no ocurre espontáneamente, prended fuego con una cerilla).

Gestión de residuos: Verter los restos de la cápsula en el envase de residuo etiquetado como:

”ac bórico/sulfúrico”.

CUESTIONES ADICIONALES

1. En la síntesis del ácido bórico, ¿por qué es necesario enfriar con hielo y lavar con agua a

0 ºC?.

2. Busca en la bibliografía qué le sucede al ácido bórico cuando se calienta. A partir de ahí,

razona por qué no se puede secar el ácido bórico calentando en la estufa.

3. Razona la diferencia en el pH del ensayo 1 y por qué se añade manitol para poder valorar

una disolución de ácido bórico.

4. Calcula el grado de pureza del ácido bórico obtenido a partir de los datos de la valoración

con el manitol.

5. Calcula el rendimiento de la síntesis del ácido bórico y haz la corrección correspondiente

teniendo en cuenta el grado de pureza. Discute el resultado.

6. Interpreta los resultados del ensayo 4.