Bor
''Dieser Artikel behandelt das chemische Element Bor.
- Die Stadt "Bor" in Serbien-Montenegro siehe unter Bor (Stadt).
- Falls der Urriese "Bor" in der germanischen Mythologie gesucht wird, so siehe unter Bör.''
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Allgemein | |||||||||||||||||||
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Name, Symbol, Ordnungszahl | Bor, B, 5 | ||||||||||||||||||
Serie | Halbmetalle | ||||||||||||||||||
Gruppe, Periode, Block | 13 (IIIA), 2, p | ||||||||||||||||||
Dichte, Mohshärte | 2460 kg/m3, 9,3 | ||||||||||||||||||
Aussehen | schwarz | ||||||||||||||||||
Atomar | |||||||||||||||||||
Atomgewicht | 10,811 amu | ||||||||||||||||||
Atomradius (berechnet) | 85 (87)pm | ||||||||||||||||||
Kovalenter Radius | 82 pm | ||||||||||||||||||
van der Waals-Radius | k. A. | ||||||||||||||||||
Elektronenkonfiguration | [He]2s2s22p1 | ||||||||||||||||||
e- 's pro Energieniveau | 2, 3 | ||||||||||||||||||
Oxidationszustände (Oxid) | 3 (leicht sauer) | ||||||||||||||||||
Kristallstruktur | rhomboedrisch | ||||||||||||||||||
Physikalisch | |||||||||||||||||||
Aggregatzustand (Magnetismus) | fest (unmagnetisch) | ||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | 2349 K (2076 °C) | ||||||||||||||||||
Siedepunkt | 4200 K (3927 °C) | ||||||||||||||||||
Molares Volumen | 4,39 · 10-3 m3/mol | ||||||||||||||||||
Verdampfungswärme | 489,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||
Schmelzwärme | 50,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||
Dampfdruck | 0,348 Pa bei 2573 K | ||||||||||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 16,200 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||
Verschiedenes | |||||||||||||||||||
Elektronegativität | 2,04 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||
Spezifische Wärmekapazität | 1,026 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||
Elektrische Leitfähigkeit | 1,0 · 10-4/m Ohm | ||||||||||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 27,4 W/(m · K) | ||||||||||||||||||
1. Ionisierungsenergie | 800,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||
2. Ionisierungsenergie | 2427,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||
3. Ionisierungsenergie | 3659,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||
4. Ionisierungsenergie | 25025,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||
5. Ionisierungsenergie | 32826,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||
Stabilste Isotope | |||||||||||||||||||
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SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt, sofern nicht anders angegeben. |
Bor ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol B und der Ordnungszahl 5.
Das dreiwertige seltene Halbmetall kommt angereichert in einigen abbauwürdigen Lagerstätten vor.
Bor existiert in mehreren Modifikationen. Amorphes Bor ist ein braunes Pulver. Vom kristallinen Bor sind mehrere allotropee Modifikationen bekannt.
Die thermodynamisch stabilste Form ist die β-rhomboedrische Modifikation. Sie hat eine komplizierte Struktur mit 105 Boratomen pro Elementarzelle.
Die einfachste allotrope Modifikation ist die α-rhomboedrische Form des Bors. Sie enthält 12 Boratome pro Elementarzelle.
α-tetragonales Bor, die als erstes dargestellte kristalline Form des Bors, ist tatsächlich abhängig von den Herstellungsbedingungen als B50C2 oder als B50N2 anzusprechen.
Die in den Modifikationen des Bors dominierende Struktureinheit ist der B12-Ikosaeder. Das metallische Bor ist schwarz, sehr hart und bei Raumtemperatur ein schlechter Leiter. Natürlich kommt es nicht vor.
Table of contents |
2 Anwendungen 3 Geschichte 4 Vorkommen 5 Herstellung 6 Vorsichtsmaßnahmen 7 Physiologie 8 Weblinks |
Bemerkenswerte Eigenschaften
Wegen der hohen Ionisierungsenergie sind vom Bor keine B3+-Kationen bekannt. Die komplizierten Strukturen in vielen Borverbindungen und deren Eigenschaften zeigen, dass die Beschreibung der Bindungsverhältnisse als kovalent, metallisch oder ionisch stark vereinfachend sind und durch einen Molekülorbital(MO)-Ansatz ersetzt werden sollten.
Die Elektronenkonfiguration 2s22p1 des Bors zeigt, dass nur drei Elektronen für die Ausbildung von kovalenten Bindungen mit s, px, py und pz-Orbitalen zur Verfügung stehen. Dieser Elektronenmangel wird durch Ausbildung von Mehrzentrenbindungen und Elektronenakzeptorverhalten (Lewis-Acidität) kompensiert.
Bor ist durchlässig für Infrarotlicht. Bei Raumtemperatur zeigt es eine geringe elektrische Leitfähigkeit, die bei höheren Temperaturen stark ansteigt.
Bor besitzt die höchste Zugfestigkeit aller bekannten Elemente sowie die zweithöchste Härte, nur übertroffen von der Kohlenstoffmodifikation Diamant.
Bor besitzt ähnlich wie Graphit gute Schmiereigenschaften. Die Fähigkeit, über kovalente Bindungen stabile räumliche Netzwerke auszubilden sind ein weiterer Hinweis auf die chemische Ähnlichkeit des Bors mit seinen Periodennachbarn Kohlenstoff und Silizium.
Bis 400 °C ist Bor reaktionsträge, bei höheren Temperaturen wird es zu einem starken Reduktionsmittel.
Bei Temperaturen über 700 °C verbrennt es in Luft zu Boroxid B2O3.
Von siedender Salz- und Flusssäure wird Bor nicht angegriffen. Auch oxidierend wirkende, heiße konzentrierte Schwefelsäure greift Bor erst bei Temperaturen über 200 °C an, heiße konzentrierte Phosphorsäure erst bei Temperaturen über 600 °C.
Anwendungen
Die wirtschaftlich wichtigste Verbindung ist Natriumtetraborat (Borax) Na2B4O7 zur Herstellung von Isolierstoffen und Bleichstoffen (Perborate).
Weitere Anwendungen:
Elementares Bor
Borverbindungen
Geschichte
Borverbindungen (arabisch Buraq und persisch burah = borax (lat.) = borsaures Natron) sind seit Jahrtausenden bekannt. Im alten Ägypten nutzte man zur Mumifikation das Mineral Natron, das neben anderen Verbindungen auch Borate enthält. Seit dem 4. Jahrhundert wird Boraxglas in China verwandt. Borverbindungen wurden im antiken Rom zur Glasherstellung verwandt.
Erst 1808 stellten Sir Humphrey Davy, Gay-Lussac und Louis Jacques Thenard unabhängig voneinander durch Elektrolyse von Borsäure verunreinigtes Bor mit 50%iger Reinheit her. 1824 erkannte Jöns Jacob Berzelius den elementaren Charakter des Stoffes. Die Darstellung von reinem kristallisiertem Bor gelang dem amerikanischen Chemiker W.Weintraub im Jahre 1909.
Vorkommen
Bor kommt natürlich nur in sauerstoffhaltigen Verbindungen vor. Große Lagerstätten befinden sich in den USA (Mojave Wüste), Türkei und Argentinien. Staßfurter Kalisalze enthalten geringe Mengen vergesellschaftetes Borazit.
Die größten Boratminen befinden sich in der Nähe von Boron (Kramerlagerstätte) in Kalifornien und Kirka in der Türkei. Abgebaut werden die Mineralien Tinkal, Kernit und Colemanit.
Herstellung
Amorphes Bor wir durch die Reduktion von Bor(III)-oxid, B2O3, mit Magnesiumpulver hergestellt.
Kristallines Bor erhält man durch
- Erhitzen von amorphem Bor auf über 1400°C
- Reduktion von Borchlorid durch Wasserstoff am heißen Wolframdraht
- thermische Zersetzung des Hydrids Diboran
- Schmelzflusselektrolyse von Borsäure
Vorsichtsmaßnahmen
Elementares Bor in geringen Dosen ist nicht giftig.Einige Borverbindungen wie die Borane (Borwassertstoffverbindungen) sind allerdings hochgradig toxisch und müssen mit größter Sorgfalt gehandhabt werden.
Physiologie
Bor ist ein essentielles Spurenelement. Der menschliche Bedarf beträgt etwa 0,2 mg/Tag. Dosen über 100 mg/Tag können Vergiftungserscheinungen hervorrufen.