ホウ酸は、不斉水素結合した B(OH)3 ユニットからなる層状構造を持ち、層間間隔は 318 ピコメートルです。{0}水、アルコール、グリセロール、エーテル、エッセンシャルオイルに溶けます。その水溶液は弱酸性です。ホウ酸の水への溶解度は温度の上昇とともに増加し、水蒸気とともに揮発する可能性があります。水溶液中では、ホウ酸は主に非イオン化 B(OH)3 モノマーとして存在しますが、B(OH)3 分子のごく一部が水中で OH- イオンと錯体を形成し、溶液がわずかに酸性になります。
ホウ酸は単塩基性の非常に弱い酸です。その酸性度はプロトンの供与によって生じたものではありません。ホウ素は電子欠損原子であるため、水分子から水酸化物イオンを付加して陽子を放出することができます。-この電子欠乏特性-は、ポリヒドロキシ化合物(グリセロールやグリセロールなど)を添加して安定な錯体を形成し、それによって酸性度を高めることによって利用されます。
ホウ酸の酸性度 (pKa=9.25) の理由:
しかし、溶液中の物質は実際にはそれほど単純ではありません。ホウ酸は希薄溶液中に存在することが報告されています(<0.025 mol/L) in the forms of B(OH)3 and [B(OH)4]-. However, at higher concentrations, the acidity of the solution increases significantly. Through pH and conductivity studies, it is believed that a stronger triboronic acid (pKa = 6.84) is formed in more concentrated boric acid solutions. Its anion structure is a cyclic triboronic acid with a hydroxyl group added.
テトラボロン酸 H2B4O7 (pKa1 〜 4、pKa 2 〜 9) も生成されています。また、ホウ酸とホウ酸塩の混合溶液中には三ホウ酸イオンの存在が確認されています。もちろん、ポリボロン酸とポリボレートの存在と形態に関しては多くの理論があります。ただし、最も一般的なポリホウ酸イオンは HB2O4-、H4B3O7-、B4O72-、HB4O7-、および B5O8- であり、その中で最も有力なのは三ホウ酸イオンです。
ホウ酸にグリセロールを添加するとエステル化が起こり、ホウ酸イオン濃度が低下してホウ酸のイオン化が促進され、溶液の酸性度が高まります。グリセロールに加えて、ホウ酸とそのホウ酸塩は、他のポリオールおよび-ヒドロキシカルボン酸と主に1:1、場合によっては1:2で安定したキレートを迅速に形成できます。ホウ酸の酸性度は、ポリオールの統合効果によって大幅に強化されます。たとえば、マンニトールの存在下では、ホウ酸のイオン化定数は 104 倍(pKa=9.25 から 5.15 まで)増加します。これは、分析化学におけるマンニトールの存在下での NaOH 溶液によるホウ酸の滴定の基礎です。
ホウ酸は水溶液中でフッ化水素酸と反応して直ちにトリフルオロホウ酸を形成し、その後ゆっくりとテトラフルオロホウ酸に変換します。
一連の中間生成物が存在し、完全な反応シーケンス、H[B(OH)4]、H[BF(OH)3]、H[BF2(OH)2]、H[BF3(OH)]、および H[BF4] が形成されます。これらのうち、モノフルオロホウ酸 H[BF(OH)3] だけが一時的な中間体です。他の 3 つのフルオロ酸は安定しており、個別に調製できます。
