硼酸
硼酸（英文名：Boric acid）即正硼酸，也可称为硼酸氢、氢氧化硼，是一种无机化合物，化学式为B(OH)3或H3BO3。晶体结构为黑三棱体或六棱体，三棱体最为常见。硼酸化合物通常为白色结晶性粉末，有滑腻手感，无气味，可溶于水，在自然界中以矿物的形式存在，常存在溶解于某些矿物、火山湖水或温泉。
硼酸主要用于玻璃制造，特别是光学玻璃、耐热玻璃、耐酸玻璃，它可以改善玻璃制品的耐热性和透明性能，提高玻璃的机械强度。硼酸还大量用于制造无碱玻璃纤维，这种纤维可用作建筑材料、绝缘材料、增强材料。硼酸同时经常被用作防腐剂、杀虫剂、阻燃剂、中子吸收剂或其他硼化合物的。
硼酸也可作为药物，常用剂型有洗液剂、软膏剂、溶液剂。其为皮肤科用药，常作冷湿敷用，具有消炎、消肿、抗菌、收敛及清洁创面作用，可用于轻度、小面积、急性皮炎、、褥疮等；同时硼酸溶液可作冲洗剂，用于眼球、等处冲洗。硼酸使用不当容易蓄积中毒，影响多种脏器功能，严重时可引起死亡，故因严格遵医嘱使用。一旦发现中毒应及时使中毒者脱离污染环境，用清水大量冲洗毒物接触部位，洗胃、导泻并及时就医。
发现历史
正硼酸最早是由威廉-霍姆贝格（William Holmberg）通过矿物酸的作用从硼砂中制备的，并被命名为sal sedativum Hombergi（"霍姆贝格的镇静盐"）。
但有资料记载硼酸和硼酸盐自古希腊时代（800B.C.—146B.C.）就被用于清洁、保存食物或其他活动。
物质结构
分子式与相对分子质量
分子式：H3BO3，B(OH)3;
相对分子质量：61.83
二维平面结构如下图：
球棍模型如下图：
晶体结构
三个氧原子在硼的周围形成一个三角平面的几何形状，B-O键的长度为136pm，O-H键为97pm。分子点群为C3h。已知正硼酸有两种结晶形式：三棱体和六棱体。三棱体最常见，六棱体在热力学上更稳定一些，可以通过特殊的制备方法获得。
最常见的晶体形式：三棱体
硼酸的三棱体晶体结构由B(OH)3分子层组成，这些分子层由长度为272pm的氢键固定在一起。相邻两层之间的距离为318pm。
理化性质
物理性状
硼酸为无色微带珍珠状光泽结晶或白色疏松粉末，有滑腻感，无臭，微苦后带甜味，密度为1.435g/cm³，熔点为170.9 °C (339.6 °F; 444.0 K)，沸点为219-220 °C (9.7513 mmHg)。溶于水 (1:20)、乙醇 (1:16)，易溶于沸水 (1:3.6)、丙三醇 (1: 4)，微溶于芳香油，不溶于乙醚。1.9%水溶液与血清等渗。
化学性质
热裂解
正硼酸在加热时，经历了三个步骤的脱水过程。转变温度因来源不同而有很大差异。当加热到140℃以上时，正硼酸产生偏硼酸（HBO电视网2），并失去一个水分子；继续将偏硼酸加热到大约180℃以上，会消除另一个水分子，形成四硼酸，也叫焦硼酸（H2B4O7）；进一步加热（至约530℃）可得到三氧化二硼（B2O3）。
酸性
正硼酸溶于水时，它部分解离，科产生偏硼酸；同时溶液显酸性，后证实该溶液呈弱酸性并非硼酸自身解离出质子，酸度完全是由于从水中提取OH−造成的。
同时没有证据证实硼酸为三元酸，现普遍认为硼酸为一元酸，其解离常数用Ka表示。
硼酸与邻接二醇反应可增加酸度，即硼酸溶液的酸性在顺丁烯二酸二丁酯二醇（相邻碳原子中含有相似方向的羟基的有机化合物，(R1,R2)=C(OH)−C(OH)=(R3,R4)）的存在下大大增加，如丙三醇和甘露醇。
在溶解过程中形成的四羟基硼酸盐阴离子自发地与这些二元醇反应，形成相对稳定的阴离子，含有一个或两个五元的-bocC-O-环。例如，与甘露醇H(HCOH)6H的反应，其两个中间羟基处于顺式方向，总反应为：
B(OH)3+2H(HCOH)6H⇌[B(H(HCOH)2(HCO−)2(HCOH)2H)2]−+3H2O+H+
这些甘露醇酯阴离子的稳定性改变了平衡，因此与纯氧化硼相比，溶液的酸度增加了5个数量级，在甘露醇浓度足够的情况下，pKa从9降低到4以下。由此产生的溶液被称为甘露硼酸。
在最初含有硼酸或简单硼酸盐的中性溶液中加入甘露醇会降低其pH值，使其足以被氢氧化钠等强碱滴定，包括用自动电位滴定仪滴定。这一特性被用于分析化学，以确定水溶液中的硼酸盐含量，例如，在加油作业期间，当化合物作为中子毒剂被添加到轻水反应堆一次回路中时，用于监测中子对硼酸的消耗情况。
酯化作用
硼酸与乙醇反应，形成硼酸酯B(OR)3，其中R是烷基或芳基。该反应通常由脱水剂驱动，如浓硫酸：
B(OH)3+3ROH→B(OR)3+3H2O
硫酸酸化作用
准确称取一定量硼砂溶解于去离子水中，磁力搅拌加热至95℃，完全溶解后，用石英砂漏斗快速过滤，保持滤液温度在85℃左右。水浴恒温继续对滤液加热，当温度达到90℃时，加入硫酸中和，控制反应液温度不超过105℃。反应5-7分钟以后，检测溶液酸度PH为3-4。溶液的结晶采用“分段冷却”降温法，在高温时以0.6-0.7℃每分钟的速度降温至75℃，再以为0.4-0.5℃每分钟的速度降温至60℃，最后0.1℃每分钟的速度降温至35℃恒温冷却，在快速与中速降温阶段采用慢速搅拌。结晶后10小时离心分离，真空吸滤，洗涤，同时用精密试纸检测结晶产品表面PH值至3-4。将晶体置于真空干燥箱中，于50℃干燥样品，烘干后取出即得硼酸粗品。
制备方法
硼酸的生产工艺主要为酸法和氨法。根据中国自身硼矿的特点，开发并实现工业化生产的方法主要有4种。硼砂硫酸中和法、碳氨法、硫酸一步法、 多硼砂一硫酸法。
硼砂硫酸中和法
采用工业硼砂水溶液，加浓硫酸中和，中和液经冷却结晶、离心分离即得硼酸。
优点：工艺流程短、设备简单，工艺条件易于掌握和控制、技术成熟，较硫酸直接分解硼矿耗酸量少，杂质较少。
缺点： 1.就中国目前情况而言，须先用碳碱法 加工硼矿制取硼砂，实际的流程较长，硼的综合回收率较低；
2.制取硼砂过程中需要加碱，相对来说，增加了生产成本。硼砂硫酸中和法生产硼酸的经济效益，主要取决于硼砂价格的高低，而硼砂价格常有波动，故而效益难以掌握。但是当硼砂原料易得、价格较低时，该方法又具有较大的优势。
碳氨法
经过焙烧的硼矿粉在碳酸氢铵的作用下生产硼酸铵，经热分解逸出氨，便可得到硼酸。
优点：可直接加工硼矿生产硼酸；比间接法生产所需的酸、碱消耗少；氨循环使用、消耗量相对减少。
缺点：工艺流程复杂、能耗大；生产实践中，该工艺还存在钙、镁离子含量高，蒸发器易结垢，母液返 回配料结晶率低，晶体细小，质量差等诸多问题。
硫酸一步法
硫酸一步法是从硼镁矿石制取硼酸的主要方法。该法是在一定温度下用硫酸分解硼镁矿石，使矿石中的B2O3，以H3BO3的形式转入液相中，然后在较高温度下将残渣和含硼酸的滤液进行分离，控制滤液中H3BO3，和其他杂质的浓度，利用硼酸的溶解度随温度降低而减小的性质，冷却滤液使硼酸从液相中析出，分离得到硼酸产品。
优点：该工艺具有所需的矿石无需焙烧，工艺技术成熟，流程简单，能耗较低等优点，且副产硫酸镁， 此方法被国内许多硼酸生产厂所采用。
缺点：1.硫酸一步法生产硼酸，尽管所需的硼镁矿不需要焙烧，但是该生产工艺硼镁矿品位与企业经济效益的对应性很强，而且规模愈小愈明显。 一般企业对硼镁矿中B2O3，质量分数要求在20％以 上。由于中国高品位硼矿的产量目前已愈来愈少， 所以该方法的适用性也就越来越受限制。
2.若硼矿中含有硫或硫化物，采用硫酸法生产硼酸时会生成硫化氢，造成环境污染，同时产品中会夹带硫，影响产品质量，并且母液中会残留大量的硫致使母液 无法循环，甚至导致停产。如果直接排放，必将增加废水处理负荷，降低经济性，对环境也是极大的威胁。
3.由于矿石成分的不稳定，加之酸解工序操作 的复杂性，导致生产操作条件的恶劣，操作工人不但劳动强度大，而且受有害气体危害。
4.若采用的原料硼矿中铁含量较高，酸解后Fe2(SO4)3·9H2O、硫酸亚铁会保留在酸解料液中，目前的生产过程中分离除铁还存在着一定的技术难度。
5.虽然目前大多企业已采用浮选工艺，但硼镁分离效果距理想值还相差很远， 硼的损失还很大。对于中高品位的硼镁矿，采用硫酸一步法生产硼酸有一定的优势，但对于低品位硼精粉，还存在着许多实际问题需要解决。
多硼酸钠一硫酸法
多硼酸钠一硫酸法制取硼酸的工艺是建立在硼砂硫酸中和法制硼酸与碳碱法制硼砂工艺的基础上的。因此，该工艺的基本原理与碳碱法制取硼砂和硼砂硫酸中和法制硼酸的生产基本原理相同，生产工艺与碳碱法基本相同，将焙烧好的硼矿粉，加入适量的纯碱溶液，配成料浆，在碳解罐内通入二氧化碳，在一定的温度、压力下进行碳解反应，反应后的 料浆，进行过滤除渣，得到的多硼酸钠滤液经蒸发后，加入硫酸进行酸化，再冷却结晶，分离出硼酸，母液经蒸发，趁热分离出硫酸钠，二次母液返回酸化工艺中。
优点：1.该法综合了碳碱法生产硼砂和硼砂硫酸中和法生产硼酸二种成熟工艺，在矿粉碳解时，碳酸钠用量相对较小，节约了碳酸钠，使得酸解制取硼酸时，硫酸用量大为减少，降低了生产成本。
2.该方法对于硼矿的品位要求并不严苛，可以加工10％左右品位的硼矿，且母液不受硫酸盐含量影响而完全循环使用。
3.该方法可以控制钙镁等离子的转移，为分离过程创造了良好的条件，并使得硼酸产品的品质更优。
缺点：在碳解工序过程中所要求的二氧化碳的浓度相对于普通碳碱法所需的二氧化碳浓度较高。
分布情况
世界硼矿分布于除非洲以外的各大洲，主要集中在环太平洋和地中海构造带内。矿床类型主要有火山沉积变质型和盐类沉积型，其次还有天然水溶液、火山喷发和残积等类型。全球硼矿床主要分布于太平洋沿岸与地中海沿岸，集中在土耳其、美国、俄罗斯、智利和中国等国家。据USGS数据，2021年全球硼储量13.43亿t，其中美国4000万t，土耳其120000万t，智利3500万t，中国2400万t，俄罗斯4000万t，这五个国家硼矿资源储量占全球硼资源总量的99%以上。中国硼矿物十分稀散，具有工业价值的高品位硼矿藏又很少，但中国仍然是世界上硼资源较丰富的国家，截至2023年左右硼矿探明储量4.91亿吨，地质储量位居世界第5位，中国硼矿主要分布于辽宁省、青海省、西藏自治区以及吉林地区。
应用领域
工业领域
玻璃和玻纤制造
硼酸目前主要应用于玻璃行业，主要用于硼硅酸盐玻璃、纺织纤维玻璃、绝缘玻璃纤维、光学玻璃、耐热玻璃、耐酸玻璃的制造方面。在光学玻璃、玻璃仪器、耐热玻璃中加入硼酸，可以有效降低粘度，改善玻璃制品的热膨胀性、阻止失透、提高耐温、耐压性能、化学稳定性、机械强度及透光率，同时缩短熔化时间，提高玻璃的抗机械冲击和热冲击能力。氧化硼在低钠高铝的情况下表现为良好的助熔性，在要求钠含量较低的玻璃生产中，硼酸常常与钠硼酸盐混合使用以调节玻璃中的钠硼比。另外，硼酸在玻璃纤维上的应用也颇受到注意，在成分中加入一的氧化硼，有助于融化、抑制反玻璃化，并提高最终产品的耐水性。硼酸被大量用来制造无碱玻璃纤维，在玻纤生产中可降低熔融温度从而有助于拔丝。这种纤维用作建筑材料、绝缘材料、增强材料，可用在空间技术和原子能技术方面。国内玻璃纤维研究工作者已成功研制了无碱玻璃纤维低镁配方，通过加入少量硼酸来补无碱玻璃中不足的氧化硼。此工艺在经济上优越，已经在球窑法生产无碱玻璃纤维中使用。玻璃丝纤维绝热材料主要应用在新建筑项目上，是硼酸盐应用量大的终端用户，将来也是建筑工业应用的主要绝热材料。
核工业
硼酸作为中子吸收剂在压水堆的一回路中用来控制过剩的中子流。在冷却剂中通过调节硼酸浓度，可以对核反应堆的反应性进行补偿，对发生功率进行控制，确保反应堆在启动，功率改变，停堆和维持一定的功率水平时安全可控运行。相比其他水溶性的中子吸收剂，硼酸具有许多重要的优点，如易溶于水、减轻腐蚀作用等；但由于硼酸本身具有的酸性，也会带来一定水化学问题，如造成的腐蚀以及腐蚀物质的沉积，除杂过程复杂化，以及增加反射性废液的产生与排放等。
日用化工
在轻工业和日用化工工业中，硼酸主要作为洗涤用品添加剂、杀菌剂、木材防腐剂及其他化合物原料。硼酸可作为肥皂、洗涤剂等日用化工产品的添加剂，添加硼酸生产的硼酸皂或含硼洗涤剂，具有保护头发、去污力强、无污染等性能。与硼砂混合以调节缓冲溶液的值，作为交联剂乳化石蜡，可用作抑菌剂通过交联键轻基改善湿胶强度，是制造瓦楞纸粘结剂的成份之一，同时也是制造酪蛋白和糊精粘结剂的胶溶剂，硼酸通过交联键轻基极大地改善了湿胶强度。硼酸可用作木材防腐剂和防火纤维的绝缘材料。硼酸盐在一的浓度时是一种阻燃剂，例如加入赛璐璐材料中的硼酸盐可改变其氧化反应，促进“碳化”的形成，因此可阻燃。硼酸单独或者与硼砂一起使用，对减少赛璐璐绝缘材料、木器、床垫中的棉花胎的可燃性有特殊的效果。硼酸具有防腐杀菌能力，可用于木材的防腐。当硼酸质量分数达到一时有一定的防腐效果，且不会使木材着色，可用水溶液处理，因而是一种很好的木材防腐剂。此外，硼酸还可用作漂洗剂、媒染剂、后整理剂、染料稳定剂、用于皮革处理、照相、人造宝石、耐热防火织物及化妆品香料制造。
搪瓷陶瓷工业
在搪瓷和陶瓷工业中，硼酸是釉药及颜料的成份之一，主要用于上釉、珐琅、瓷釉。对于陶瓷、搪瓷釉料，氧化硼是很好的助熔剂和网络形成体，用于增强产品的光泽和坚牢度，也是釉药及颜料的成分之一。低温时，它可形成玻璃，提高坯釉适应性、降低粘度和表面张力、提高折射率、提高机械强度、耐久性及耐磨性。高硼熔块熟化快，形成光滑釉面的速度快，有利于着色。在快速烧成釉面砖熔块中，以硼酸引入，以保证低钠含量的要求。
阻燃剂
硼酸盐中硼酸锌作为一种环保无机化合物阻燃剂具有无毒、无污染、阻燃及抑烟的优良性能，特别是上世纪70年代低水合硼酸锌作为商品在美国面世后，人们对其认识不断加深。在各工业化国家作为阻燃材料逐步得到应用，硼酸锌与其他阻燃剂（三氧化二锑、氢氧化铝等)复配使用可显著地提高其抑烟、阻燃性能。
农业领域
硼肥
碳酸氢铵处理硼镁矿粉或用硫酸中和硼砂等方法制成可制为硼肥。化学式为HBO3。含硼量(B)17.5%。白色结晶或白色粉末，溶于水，呈弱酸性，不吸湿。可作基肥、追肥、种肥施用。但以用于根外追肥较为经济有效。作根外追肥的喷施浓度为0.1%～0.2%，溶液用量以喷湿叶片正反面为度。作拌种用时，每500 g种子只需用硼酸0.2～0.5 g；浸种用的硼酸溶液浓度为0.01%～0.05%。
杀虫剂
1948年，硼酸首次在美国注册为杀虫剂，用于控制蜚蠊目、白蚁、红火蚁、跳蚤、银鱼和许多其他昆虫。普遍认为该产品是安全的，可以在家庭厨房中消灭蟑螂和蚂蚁，因为它作为一种胃毒会影响昆虫的新陈代谢，而且干粉对昆虫的外骨骼有研磨作用。
医学领域
外用冲洗和湿敷
硼酸溶液常作冷湿敷用，具有消炎、消肿、抗菌、收敛及清洁创面作用。硼酸为微弱的消毒防腐剂。有较弱的抑细菌、抑真菌作用，对皮肤、粘膜刺激性小。硼酸溶液常用于眼、喉、口腔及膀胱等炎症的冲洗；亦用于洗涤创口；皮肤湿敷用于急性湿疹；稀释的硼酸可以用作阴道冲洗剂，治疗因碱性过高而引起的细菌性阴道病，在很大程度上可以保护阴道内的乳酸杆菌，以及治疗其它阴道炎如因念珠菌病引起的念珠菌病和滴虫性阴道炎。
局部外用
硼酸其衍生的各种制剂还可用于治疗人类和动物的某些类型的外耳道疖肿（耳部感染）。作为一种抗菌化合物，硼酸还可用于治疗痤疮及它预防香港脚，方法是在袜子或丝袜中塞入粉末。其软膏用于皮肤溃疡、褥疮及干裂等；也可配成散剂，用做皮肤撒布剂。
生理作用
硼酸的药用作用机制
硼酸呈酸性, 对真菌及细菌有不同程度的抑制作用, 且刺激性小，虽不易穿透完整皮肤，但可从损伤皮肤、伤口和黏膜等处吸收。硼酸抑菌具体作用机制尚未明确，推测可能与抑制线粒体酶活性，影响能量代谢有关，亦有研究表明，硼酸可导致病原菌细胞壁渗透增加，并破坏细胞膜，抑制细胞膜的形成等。
毒理机制及治疗
中毒机制
硼酸、硼砂或硼酸钠均可引起硼酸中毒, 硼酸能从胃肠道、浆膜腔及有损伤的皮肤迅速吸收，故可因内服或局部应用而发生中毒，特别易被损伤皮肤吸收引起中毒。口服影响神经中枢、上呼吸道、消化器官及肝脏等，严重时导致死亡。中毒机制不明。
中毒表现
工业生产中，仅见引起皮肤刺激、结膜炎、支气管炎，一般无中毒发生。
①急性中毒：口服引起急性中毒，主要表现为胃肠道症状，出现头痛、头晕、恶心、呕吐、腹部绞痛、腹泻，继之发生脱水、休克、昏迷或急性肾衰竭，可有高热、肝肾损害和惊厥，重者可致死，个别有肌无力、肌肉震颤、抽搐，呕吐物及粪便常带血液，或呈蓝绿色。皮肤出现广泛鲜红色疹，1~2天后脱皮，偶发生剥脱性皮炎，黏膜也可有充血和剥脱现象；皮疹可以波及咽部及鼓膜。
②慢性中毒：长期由胃肠道或皮肤小量吸收，可发生轻度消化道症状、皮炎、脱发以及肝肾损害。
治疗
无特效解毒剂。一般采用支持疗法，维持体内水盐代谢平衡，纠正酸中毒，利尿。有条件时，可以考虑腹膜透析。对惊厥除应用镇静剂外，并酌用10%葡萄糖酸钙加入葡萄糖液内缓慢静注。皮肤接触者脱去污染的衣着，用大量温肥皂水冲洗皮肤染毒处，就医。眼睛接触者提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗，就医吸入者脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难，给输氧、就医。食入者用饮足量温水、催吐，重者活性炭洗胃之后，服用盐类导泻剂洗胃、导泻、就医。
安全事宜
硼酸毒性
硼酸具有毒性，对动物与人体组织有害，但对于鱼类以及鸟类则是几乎无毒的。误食硼酸会影响神经中枢、上呼吸道、消化器官及肝脏等。经常吸入硼酸，会出现体重减轻、食欲不振、胃部感到胀满沉重、恶心呕吐、头部沉重、疼痛、腹痛腹泻、虚脱及发红等症状。
预防
接触硼酸时密闭操作，加强通风，避免产生粉尘，操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜，穿防毒物渗透工作服，戴橡胶手套。操作避免与碱类、钾接触。搬运时轻装轻卸，保持包装完整，防止洒漏，配备泄漏应急处理设备。泄漏时隔离泄漏污染区，限制出入。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆盖一收集回收或运至废物处理场所处置。
储存
储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与碱类、钾分开存放，切忌混储。储罐区应备有合适的材料收容泄漏物。
参考资料
Boric acid.pubchem.2023-03-23
Orthoboric acid.chemsrc.2023-03-23