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Solución:
Solución 1:
Los siguientes esquemas de reacción están adaptados de [1, pp. 76–77]. bórax amorfo $ceNa2B4O7$ forma tetrahidroxoborato en solución concentrada de hidróxido de sodio:
$$ceNa2B4O7 + 7 H2O + 2 NaOH → 4 Na[B(OH)4]$$
Tras la fusión se forma metaborato de sodio:
$$ceNa2B4O7 + 2 NaOH →[pu700-750 °C] 4 NaBO2 + H2O$$
Para formar peroxoborato, se debe introducir un peróxido en primer lugar, por ejemplo, usando peróxido de hidrógeno (ver también Preparación de peroxoborato de sodio):
$$ceNa2B4O7 + 2 NaOH + 4 H2O2 + 11 H2O → 2 Na2[B2(O2)2(OH)4] * 6H2O$$
Referencias
- RA Lidin, VA Molochko y LL Andreeva, Reactividad de sustancias inorgánicas, 3.ª ed.; Jimia: Moscú, 2000. (en ruso)
Solución 2:
Andselisk ha dado una respuesta más satisfactoria a esta pregunta, que ha sido aceptada. Sin embargo, me gustaría dar algunos datos interesantes y puntos de vista sobre el bórax, si algunos lectores están interesados.
El nombre bórax se deriva de la palabra persa borak, que significa blanco. El nombre IUPAC del bórax es tetraborato de sodio decahidratado ($ceNa2B4O7.10H2O$). También tenga en cuenta que, después de analizar su estructura cristalina, el bórax se formula más correctamente como $ceNa2[B4O5(OH)4].8 H2O$ y dado su nombre sistemático 2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonano-3,7-diolato, sal de sodio, hidrato (1:2:10), según corresponda.
Cuando se disuelve en agua, el bórax se disocia completamente y luego se hidroliza a ácido ortobórico ($ceB(OH)3$) y $ceOH-$ aniones, produciendo un $mathrmpH$ de alrededor de 9,13 según la ecuación:
$$ceNa2[B4O5(OH)4].8 H2O (s) -> 2Na+ (aq) + B4O5(OH)4^2- (aq) + 8H2O (l)$$
$$ce 2Na+ (ac) + B4O5(OH)4^2- (ac) + 5H2O (l) <=> 2Na+ (ac) + 4B(OH)3 (ac) + 2 OH- (ac)$$
Por lo tanto, el bórax reacciona con soluciones de ácidos fuertes. Por ejemplo:
$$ce 2Na+ (aq) + B4O5(OH)4^2- (aq) + 2 HCl (aq) + 5H2O (l) -> 4B(OH)3 (aq) + 2Na+ (aq) + Cl-(aq)$$
el liberado $ceB(OH)3 (ac)$ actúa como un ácido de Lewis en $ceOH-$ iones de la autoionización del agua y, por lo tanto, en equilibrio con el agua:
$$ce B(OH)3 (aq) + 2H2O (l) <=> B(OH)4- (ac) + H3O+ (ac)$$
Por lo tanto, también puede valorarse por retroceso con soluciones alcalinas como $ceNaOH$. Sin embargo, tenga en cuenta que el ácido bórico es un ácido monoprótico débil ($K_mathrma aprox. 6,4 times 10^-10$). Por lo tanto, no se puede valorar directamente con un álcali estándar con fines analíticos. Sin embargo, mediante la adición de un compuesto polihidroxílico orgánico como el 1,2- o 1,3-diol, se convierte en un ácido mucho más fuerte, que se puede valorar con fenolftaleína. Esto se debe a la formación de complejos entre el ion borato hidratado y el 1,2 o el 1,3 diol (ver ilustración en el diagrama):
Cabe señalar que algunos químicos analíticos suelen utilizar la combinación de estas dos reacciones para estandarizar sus soluciones ácidas/básicas.
Ahora, considere las siguientes dos reacciones:
$$ce 2Na+ (aq) + B4O5(OH)4^2- (aq) + 5H2O (l) -> 2Na+ (aq) + 4B(OH)3 (aq) + 2 OH- (aq) $$$$ce 4B(OH)3 (ac) + 8H2O (l) <=> 4 B(OH)4- (ac) + 4 H3O+ (ac)$$
Si los sumas, obtendrías:
$$ce B4O5(OH)4^2- (aq) + 9 H2O (l) -> 4B(OH)4- (aq) + 2 H3O+ (aq)$$
Cancelar $ce2H3O+ (aq)$agregar $ce2NaOH (ac)$ a ambos lados. Ahora, obtendrías:
$$ce 2Na+ (aq) + 2OH- (aq) + B4O5(OH)4^2- (aq) + 5 H2O (l) -> 2Na+ (aq) + 4B(OH)4- (aq ) $$
Ahora, compare la ecuación que Andselisk escribió en su respuesta para la reacción del bórax con soluciones alcalinas fuertes. Por ejemplo, $ce2NaOH (ac)$:
$$ce Na2B4O7 + 7H2O + 2 NaOH -> 4NaB(OH)4 $$
Ambas son formaciones iónicas y condensadas aceptables, respectivamente.
Peroxoborato de sodio ($ce{Na2[(OH)2B(O-O)2B(OH)2]ps), por otro lado, se puede preparar por la oxidación del metaborato de sodio ($ceNaBO2$) utilizando peróxido de hidrógeno ($ceH2O2$):
$$ce2NaBO2 + 2H2O2 -> Na2[(OH)2B(O-O)2B(OH)2]$$
El peroxoborato de sodio se puede precipitar del agua como hexahidrato: $ceNa2[(OH)2B(O-O)2B(OH)2].6H2O$. metaborato de sodio ($ceNaBO2$) se puede preparar calentando bórax y $ceNaOH$ juntos:
$$ce 2NaOH + Na2B4O5(OH)4.8H2O -> 4 NaB(OH)4 + 3H2O -> 4 NaBO2 + 11 H2O$$
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