硼酸

硼酸 (Boric acid)
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

硼酸是一種含硼的弱酸，常用來當防腐劑、殺蟲劑、阻燃劑（flame retardants）、核能電廠中的中子吸收劑，以及製造其他化合物的前驅物。它以無色透明結晶或白色粉末的方式存在，可溶於水。硼酸的分子式為H₃BO₃，有時也可寫成B(OH)₃。以礦物的形式存在者稱為天然硼酸（sassolite）。

自然界中游離存在的硼酸常發現在某些特定的火山區如義大利的托斯卡納（Tuscany）及利帕里群島（Lipari Islands）與美國的內華達州（Nevada）等。在海水中也蘊含許多硼酸與其鹽類。在陸生植物裡，幾乎每種水果都含有硼酸。

威廉霍姆貝格（Wilhelm Homberg）（1652－1715）是史上最早製得硼酸的人，他將無機酸（mineral acids）和硼砂反應而製得並將其命名為霍氏鎮靜鹽（sal  sedativum Hombergi）。因此後來硼酸的製備方式如下：

Na₂B₄O₇•10H₂O + 2 HCl → 4 B(OH)₃ [or H₃BO₃] + 2 NaCl + 5 H₂O

硼酸的性質：

• 硼酸可溶於沸騰的水中，但加熱到170°C就會行脫水反應產生偏硼酸（metaboric acid）（HBO₂）其反應式如下：

H₃BO₃ → HBO₂ + H₂O

• 偏硼酸是白色的立方晶體微溶於水，偏硼酸熔點大約236°C，此時若繼續加熱到300°C就有可能進一步的脫水成四硼酸（tetraboric acid）或焦硼酸（pyroboric acid）（H₂B₄O₇）其反應式如下：

4 HBO₂ → H₂B₄O₇ + H₂O

• 若繼續加熱的則變成三氧化二硼

H₂B₄O₇ → 2 B₂O₃ + H₂O

• 硼酸在水溶液無法解離出H+，因此它不是布洛酸（Brønsted acid），但我們使用拉曼光譜（Raman spectroscopy）可觀察到它可與水分子作用產生[B(OH)₄]⁻，因此它是路以士酸（Lewis acid）。

B(OH)₃ + H₂O  B(OH)₄⁻+ H⁺ (Ka = 5.8×10−10 mol/l; pKa = 9.24)

晶體結構：
硼酸晶體是由氫鍵相連的 B(OH)₃ 單元組成的片層結構，相鄰兩層間的距離為318皮米（pm）。

左圖：硼酸的單位晶格；右圖：硼酸的分子間是由氫鍵（虛線）所連接。

毒物學（Toxicology）：
在十三版的默克索引（Merck Index）中指出硼酸對老鼠的口服半致死劑量（LD50）為5.14 g/kg，而對成人的半致死劑量為5到20 g/kg，相較於氯化鈉對老鼠的口服半致死劑量（LD50）為3.75 g/kg而言它的毒性不大，但長期暴露在硼酸的環境下的影響是較受人們關注的，因為它會引起腎功能受損最後導致腎衰竭。雖然依目前的研究它沒有明顯的致癌 性，但若將狗類暴露在32mg/kg的環境下連續90天會導致睪丸萎縮（testicular atrophy）的症狀。

用途（Uses）：
硼酸可以用來當防腐劑做成敷藥、軟膏等藥品用來治療較小範圍的割傷與燒傷。含1.5％硼酸的無菌水可以用來清洗眼睛。硼酸是唯一知道對眼睛有益的酸，尤其 可紓緩因長時間在含氯游泳池游泳後所引起的眼睛不適。硼酸也可當殺蟲劑對蟑螂、白蟻、火蟻、跳蚤、蠹魚等昆蟲有相當好的功效。此外硼酸也可用在核能發電用 途上，它可控制核分裂速率，自然界有硼-10（20％）與硼-11（80％）兩種同位素，而硼-10就是一種很會吸收熱中子的原子，但這個方法只能用在壓 水式核能反應爐上。

參考資料:
1. Boric_acid。檢索日期 2011.5.2，http://en.wikipedia.org/wiki/Boric_acid.
2. 李安榮、鄒台黎（1989），最新藥物學，永大書局，p.373。