BORİK ASİT ve SODYUM PEROKSOBORAT SENTEZİ. Boraks kullanarak Borik Asit ve Sodyum Peroksoborat Elde edilmesi

Transkript

1 DENEY ADI BORİK ASİT ve SODYUM PEROKSOBORAT SENTEZİ AMAÇ Boraks kullanarak Borik Asit ve Sodyum Peroksoborat Elde edilmesi TEORİK BİLGİ Boraks Hakkında Bilgiler Kimyasal Bileşimi, Na 2 B 4 O 7.10H 2 O Kristal Sistemi, Monoklinik Kristal Biçimi, Kısa prizmatik kristalli, bazen levhamsı İkizlenme, { 100} yüzeyinde nadiren Sertlik, Özgül Ağırlık, Dilinim, { 100} mükemmel Renk ve Şeffaflık, Renksiz; beyaz, grimsi, yeşilimsi, mavimsi; şeffaf-yariseffaf Çizgi Rengi, Beyaz Parlaklık, Camsı, bazen toprağımsı Ayırıcı Özellikleri, Kristal şekli, düşük özgül ağırlığı, suda çözünebilirliği Bulunuşu, Boraks, evaporitik ortamlarda oluşan bir mineraldir. Tuzlu göl sularının evaporasyonu ile oluşur. Karbonatlar, sülfatlar ve halit gibi diğer evaporasyon mineralleri ile birlikte bulunur. Kullanım Alanları Cam, porselen ve seramik eşya sanayii Yanmaz, daha yerinde deyimiyle, geç alevlenir eşya yapımı (itfaiye giysileri, elektrik kabloları, fren balataları, atom reaktörleri vb sistemlerde soğutucu ya da ısınmayı geciktirici, yüksek enerjili yağ) Cam yünü (ve onun kullanıldığı yüzlerce alan) Tekstil kimyasalları, deri giysileri Fotoğraf kimyasalları Mobilya ve benzeri ahşap eşyayı koruyan sıvılar Yapay gübre katkı maddesi Kağıt sanayii ürünleri, yapıştırıcılar Böcek öldürücüler Krem, pudra ve deodoran (koku giderici) gibi kozmetikler Diş macunu, merhem, deri ve göz hastalıkları antiseptikleri gibi ilaçlar, ve Sabun, çamaşır ve bulaşık tozları.

2 Cam sanayii Seramik sanayii Temizlik sanayii Ahşap sanayii Isıya karşı dayanıklılık, yüzey sertliği ve dayanıklılık gibi özelliklerin istendiği özel camların üretiminde borik asit ve boraks kullanılmaktadır. Pencere camı, şişe camı sanayilerde ender olarak kullanılır. Yanmayı Önleyici Maddeler ve boratlar selülozik maddelerin, ateşe karşı dayanıklılığını sağlarlar. Tutuşma sıcaklığına gelmeden selülozdaki su moleküllerini uzaklaştırırlar ve oluşan kömürün yüzeyini kaplayarak daha ileri bir yanmayı engellerler. Yer karoları gibi seramiklerin yüzeylerindeki kaplamalar emaye fritten yapılır. Bu emayelerin akışkanlıklarını arttırıp, yoğunluklarını ve doygunlaşma ısılarını düşürmek için boraks ve borik asit kullanılır. Tarım Bitki örtüsünün geliştirilmesi için gübre sanayiinde, borik asit ve boraksın bileşiminden elde edilen oktaborat yapımında, veya istenmeyen otların temizlenmesi için tarım ilacı yapımında kullanılır. Sabun ve deterjanlara mikrop öldürücü ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle, % 10 boraks ve toz deterjanlara da beyazlatıcı etkisini arttırmak için % arasında sodyum perborat katılır. Metalurji sanayii Bor bileşkleri, elektrolit kaplama sanayiinde, elektrolit elde edilmesinde kullanılmaktadır. nikel kaplamada, fluoboratlar ve fluoborik asitler ise, kalay, bakır, nikel gibi demir dışı metaller için elektrolit olarak, Çeliğin sertliğinin arttırılmasında ise ferrobor kullanılır. Ahşap malzemelerin kullanım sürelerinin uzatılması için, borik asit ve borakstan elde edilen % 30 luk sodyum oktaborat çözeltisi ile muamele görmiş ahşap malzemeler yavaş yavaş kurutulduğunda, bozulmadan ve çürümeden uzun süre kullanılabilir. Borik Asit beyaz yaprakçıklar halinde kristallenen bir katıdır. Antiseptik özelliği vardır. Suda az, sıcak suda daha çok çözünür. Bu özelliği ile suda yeniden kristallendirmekle arıtılır. Çok zayıf bir asittir. H 2 SO 4 : ortamda su çekici olarak H 2 SO 4 bulunması halinde alkollerle borat esterlerini oluşturur. B(OH) 3 + 3CH 3 OH B(OCH3)3 + 3H2O (Borik Asit) (Alkol ) (Borat Esterleri) Borik Asidin suda iyonlaşma reaksiyonu aşağıdaki gibi olur. B(OH)3 + 2 H2O H3O + + [B(OH)4]

3 Boraks Üretimi Bor cevherlerinden boraks genel olarak kristallendirme yöntemi ile elde edilmektedir. Boraks, genel olarak doğada Tinkal (Na 2 O.2B 2 O3.10H 2 O) ve Tinkalkonit (Na 2 O. 2B 2 O 3.5H 2 O) şeklinde bulunmaktadır. Türkiye de boraks üretimi tinkal den yapılamaktadır. Yaklaşık 10 mm boyutundaki konsantre tinkal su ile birlikte reaktore beslenir ve yaklaşık 100 C da çözme sağlanır. Tinkalde bulunan kil kolloidal halde olduğundan, uygun bir çöktürücü ile çöktürülerek çözeltiden ayrılır. Bu çökelek slam olarak adlandırılmaktadır. Boraks çözeltisi ise bir filtreperesten geçirilerek, kristalizatore verilir. 40 C da kristallendirilen boraks, bir santrifüje verilerek %5 nem ihtiva edecek şekilde alınır. Daha sonra 60 C da kurutularak depolanır (Şekil 3, Şekil 4). Boraksların en önemlileri: sodyum tetraborat dekahidrat (Na 2 B 4 O 7.10H 2 O) boraks pentahidrat (Na 2 B 4 O 7.5H 2 O ) susuz boraks (Na 2 B 4 O 7 ) tır. Doğada tinkal minerali olarak bulunan boraks dekahidrat 50 C da ısıtıldığında boraks pentahidrat ı vermektedir. Boraks pentahidrat C da boraks dihidrata, C da boraks mono hidrata ve C da de susuz boraksa dönüşür. Na 2 B 4 O 7.5H 2 O Na 2 B 4 O 7.2H 2 O ( C) Na 2 B 4 O 7.5H 2 O Na 2 B 4 O 7.H 2 O ( C) Na 2 B 4 O 7.5H 2 O Na 2 B 4 O 7 ( C) Ayrıca boraks kolemanitten de elde edilebilmektedir. Bunun için iyice öğütülmüş cevher (20 g) stokiyometrik olarak %50 daha fazla sodyum karbonat ve sodyum bikarbonat ile reaksiyona sokulur. Reaksiyon 368 K civarında yaklaşık 30 saat manyetik karıştırıcı ile karıştırılarak gerçekleştirilir. Karışım sıcak olarak süzülüp oluşan kalsiyum borat çamuru ayrılır. Süzüntü ise buharlaştırılarak 100 ml hacme indirilir. Bir gece kendi halinde bırakılır. Oluşan boraks kristalleri süzülerek çözeltiden ayrılır. Ca 2 B 6 O 11.5H 2 O + 4NaHCO 3 + Na 2 CO 3 3 Na 2 B 4 O 7.5H 2 O + 2H 2 O + 4CaCO 3 + CO 2

4 Borik Asit Üretimi Bor minerallerinden borik asit sülfürik asit ve nitrik asit kullanılarak elde edilir. En çok kullanılan sülfürik asittir. Üretim reaksiyonlarından bazıları görüldüğü gibidir. Na 2 B 4 O 7.10H 2 O + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 4H3BO3 + 5H 2 O Tinkal Na 2 B 4 O 7.5 H 2 O Sodyum pentaborat + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 4H3BO3 Ca 2 B 6 O 11.5H 2 O + H 2 SO 4 + 6H 2 O 2CaSO 4.2H 2 O Kolemanit + 6H3BO3 Ca 2 B 6 O 11.5H 2 O + 4HNO 3 + 2H 2 O 6H3BO3 + 2Ca(NO 3 ) 2 Kolemanit Ülkemizde borik asit kolemanitten üretilmektedir. Kolemanit çeneli kırıcılarda mm ye ve sonra çekiçli kırıcıda 10 mm ye kadar kırılarak, bilyeli değirmende 1 mm ye kadar öğütülür. Karıştırıcılı bir reaktörde %92,5 lik H 2 SO 4 le 95 C de reaksiyona girer. Reaktörden alınan reaksiyon karışımı filtreden süzülerek, oluşan jips süzüntüden ayrılır. Derişik süzüntü, kristallendiricide 30 C ye kadar soğutulup, kristallendirilir. Magma santrifüjlenerek, çözeltiden ayrılır. Çözelti reaktöre pompalanırken, santrifüjden alınan nemli kristaller kurutucuda kurutulur. Diğer bir üretim şekli ise boraksın HCl ile muamelesi sonucu üretilmesidir. Na 2 B 4 O 7.5H 2 O + 2HCl 4 H3BO3 + 2NaCl Boraks pentahidrat sıcak suda çözüldükten sonra üzerine stokiyometrik olarak yeterli miktarda %25 lik HCl yavaş, yavaş karıştırılarak ilave edilir. Karışım bir gün kendi haline bırakıldıktan sonra süzülür. Su ile yıkandıktan sonra kristallendirilir.

5 DENEYİN YAPILIŞI Boraks dan Borik Asit Eldesi: 1,25 gr Boraks alınarak üzerine 5 ml su ilave edilir. Karışımdaki Boraks çözününceye kadar yavaş yavaş ısıtılır ve karıştırılır. Çözeltinin bazik olup olmadığına turnusol kağıdı ile bakılır. Derişik 1,0 ml HCl ilave edilir. Çözelti soğutulur. Çöken Borik Asit kristalleri süzülerek kurutulur. Boraks Na 2 B 4 O 7.10H 2 O şeklinde bulunur. Reaksiyonun denklemi aşağıdaki gibi olur. Na 2 B 4 O 7 + 2HCl + 5H 2 O 4H3BO3 + 2NaCl Na 2 B 4 O 7. 10H 2 O = 382 gr/mol 4H3BO3 = 248 gr/mol Reaksiyona göre edilmesi gereken borik asit miktarı; 382 gr Boraks dan 248 gr elde edilirse 1,25 gr Boraks dan X gr X = 0,81 gr Borik Asit elde edilmelidir. Deney sonucu elde ettiğimiz Borik Asit miktarı = 0,57 gr Verim = % 70,2

6 Sodyum Peroksoborat ve Sodyum Perborat Eldesi: Sodyum Peroksoborat Perboratlar renk giderici olarak kullanılır.pamuk, keten, kenevir gibi elyafların beyazlaştırılmasında ve deterjan sanayinde kullanılır. Sodyum Peroksoborat Na 2 [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ].6H 2 O Sodyum Perborat NaBO 3.4H 2 O 1 gr Boraks %3,3 lük NaOH içinde (6,6 ml) su banyosunda ısıtılarak çözülür. Çözelti buzda soğutulur ve % 6 lık H 2 O 2 (6,6 ml) çözeltisi yavaşça eklenir. Kristallenme tamamlanıncaya kadar yaklaşık 20 dk karıştırılır. Elde edilen ürün süzülür ve kurutulur. Na 2 B 4 O 7. 10H 2 O + 4 H 2 O NaOH Na 2 [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ].6H 2 O + 3H 2 O Na 2 B 4 O 7. 10H 2 O = 382 gr/mol Na 2 [B 2 (O 2 ) 2 (OH) 4 ]. 6H 2 O = 308 gr/mol 382 gr Boraks dan 308 gr peroksoborat elde edilirse 1 gr Boraks dan X gr X = 0,81 gr peroksoborat elde edilmeli Reaksiyona göre elde edilmesi gereken peroksoborat miktarı = 0,81gr Deney sonucu elde ettiğimiz Sodyum Peroksoborat Miktarı = 1,3 gr Verim = % 40