Bor

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Emissionsspektrum von Bor

Bor ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol B und der Ordnungszahl 5. Im Periodensystem steht es in der 3. Hauptgruppe, bzw. der 13. IUPAC-Gruppe, der Borgruppe, sowie der zweiten Periode. Das dreiwertige, seltene Halbmetall kommt in Form seiner Sauerstoffverbindungen als Borax und Kernit angereichert in einigen abbauwürdigen Lagerstätten vor. Bor existiert in mehreren Modifikationen. Amorphes Bor ist ein braunes Pulver. Vom kristallinen Bor sind mehrere allotrope Modifikationen bekannt.

Allgemeines

Borverbindungen finden vielfältige Anwendungen in verschiedenen Industriezweigen. Die Waschmittelindustrie verwendet Borverbindungen wie Natriumperborat im großtechnischen Maßstab als Bleichmittel. Die Glasindustrie nutzt Bor in Form seiner Boraxverbindungen für die Produktion von Gläsern und Keramiken mit hoher Chemikalienresistenz und Temperaturwechselbeständigkeit. Elementares Bor wird in der Halbleiterindustrie zur Dotierung verwendet. Borpolymere und -keramiken spielen eine Rolle für die Herstellung hochfester Leichtbau- und feuerfester Materialien. Borcarbid weist eine hohe Härte auf und wird als Schleifmittel verwendet. Zum Hartlöten werden Borverbindungen als Flussmittel genutzt. In der Hydroborierung dienen Borreagenzien der Synthese organischer Feinchemikalien. Natürliches Bor besteht aus zwei stabilen Isotopen, von denen 10Bor als Neutronenabsorber geeignet ist.

Borate haben geringe Toxizität für Säugetiere, sind aber giftig für Gliederfüßer und werden als Insektizide verwendet. Borsäure wirkt schwach antimikrobiell; es sind natürliche, Bor enthaltende Antibiotika bekannt. Bor ist möglicherweise ein essentielles Spurenelement. In der Landwirtschaft verbessert Bordüngung die Stabilisierung der pflanzlichen Zellwände und hat eine wichtige Funktion bei der Zellteilung, Zelldifferenzierung, Zellstreckung und Gewebebildung der Pflanzen sowie im Nukleinsäurestoffwechsel, der Eiweißsynthese und beim Energiestoffwechsel.

Geschichte

Entdecker des Bors Entdecker des Bors
Joseph Louis Gay-Lussac
Louis Jacques Thénard

Borverbindungen (von persisch بوره‎ burah über arab. بورق‎ buraq und griech. βοραχου bzw. lat. borax „borsaures Natron“, „Borax“) 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 im Kaiserreich China verwendet. Borverbindungen wurden im antiken Rom zur Glasherstellung verwendet.

Erst 1808 stellten Joseph Louis Gay-Lussac und Louis Jacques Thénard Bor durch Reduktion von Bortrioxid mit Kalium, unabhängig hiervon etwas später Sir Humphry Davy durch Elektrolyse von Borsäure her. 1824 erkannte Jöns Jakob Berzelius den elementaren Charakter des Stoffes. Die Darstellung von reinem kristallisiertem Bor gelang dem amerikanischen Chemiker W. Weintraub im Jahre 1909 durch Reduktion von gasförmigem Bortrichlorid mit Wasserstoff im Lichtbogen.[1]

Vorkommen

Wie die beiden im Periodensystem vorangehenden Elemente Lithium und Beryllium ist auch Bor ein im Sonnensystem auffallend seltenes Element. Die Seltenheit dieser drei Elemente erklärt sich daraus, dass sie keine Produkte der stellaren Kernfusionen sind, die zur Elemententstehung (Nukleosynthese) führen. Das Wasserstoffbrennen führt zu Heliumatomen, das darauffolgende Heliumbrennen (der Drei-Alpha-Prozess) schon zu Kohlenstoffatomen. Bor entsteht ausschließlich bei der Spallation schwerer Atomkerne durch kosmische Strahlung.

Bor kommt auf der Erde nur in sauerstoffhaltigen Verbindungen vor. Große Lagerstätten befinden sich in Bigadiç, einem Landkreis der Provinz Balıkesir im Westen der Türkei, an der Mojave-Wüste in den USA und in Argentinien. Staßfurter Kalisalze enthalten geringe Mengen vergesellschafteten Boracit.

Die größten Boratminen befinden sich bei Boron (Kalifornien) (die Kramer-Lagerstätte) und in Kırka (Türkei).[2] Abgebaut werden die Mineralien Borax, Kernit und Colemanit.

In Wasser kommt Bor überwiegend als undissoziierte Borsäure vor.[3]

Bor kommt im Meerwasser in einer Konzentration von 4–5 mg/l vor.[4][3] In Meeresluft wurden 0,17 μg/m3 gemessen (WHO, 1996).[3]

In Mineralwässern wurden durchschnittlich 500 μg/l Bor gemessen, mit einem Wertespektrum zwischen weniger als 20 μg/l und 3,23 mg/l.[3]

Der Gehalt im Grundwasser sowie in Binnengewässern liegt in Deutschland im Bereich von 10 bis 50 μg/l, wobei in Baden-Württemberg von einem Hintergrundwert (ohne anthropogene Beeinflussung) im Grundwasser von 50 μg/l ausgegangen wird.[3]

In der Außenluft sind in Deutschland im Durchschnitt 16 ng/m³ und im Trinkwasser Werte von 10 bis 210 μg/l gemessen worden. Im Boden liegt die Konzentration an Borax zwischen 88 und 177 mg/kg bezogen auf das Trockengewicht.[5]

In der Schweiz wird von natürlichen Borgehalten im Flusswasser von rund 10 μg/l und im Grundwasser von bis zu 40 μg/l ausgegangen, während die tatsächlichen Werte in Flüssen und Seen bis über 200 μg/l betragen können und das Trinkwasser durchschnittlich rund 20 μg/l und höchstens 60 μg/l Bor enthält.[4]

Pflanzen benötigen Bor und der Gehalt in der Trockenmasse beträgt 30–75 ppm. Menschen nehmen Bor über Trinkwasser und Nahrung auf. Im Körper liegt ein Gehalt von etwa 0,7 ppm vor.[4]

Gewinnung und Darstellung

Amorphes Bor wird durch die Reduktion von Bortrioxid, B2O3, mit Magnesiumpulver hergestellt:

LaTeX: B2O3 + 3Mg -> 2B + 3MgO

Derartig gewonnenes Bor besitzt nach Abtrennen der Beimengungen eine Reinheit von 98 %. Die Reinheit des Stoffes kann erhöht werden, indem das Bor als Reinstoff aus einer Platinschmelze bei 800–1200 °C auskristallisiert wird.

Kristallines Bor lässt sich auch durch andere Verfahren darstellen: Das Element lässt sich meist aus seinen Halogeniden als Reinstoff gewinnen. Mittels eines 1000–1400 °C heißen Wolfram- oder Tantaldrahts kann durch Reduktion von Bortrichlorid oder Bortribromid mit Wasserstoff das Element in sehr hoher Reinheit dargestellt werden. Um Bortrifluorid mit Wasserstoff zu reduzieren, wären Reaktionstemperaturen von 2000 °C erforderlich, sodass diese Verbindung nicht als Ausgangsstoff zur Darstellung genutzt wird.

LaTeX: \ce{2BX3 + 3H2 -> 2B + 6HX} \qquad \ce{X}= \ce{Cl,Br}

Eine weitere Möglichkeit stellt die thermische Zersetzung von Diboran bei 600–800 °C bzw. von Bortriiodid bei 800–1000 °C an einer Tantal-, Wolfram-, oder Bornitrid-Oberfläche dar.[6]

LaTeX: B2H6 -> 2B + 3H2
LaTeX: 2BI3 -> 2B + 3I2

Zu weiteren Themen siehe auch

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Commons-logo.png Commons: Bor - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema
 Wiktionary: Bor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Bor – Lern- und Lehrmaterialien
  • J. B. Calvert: Boron, private Webseite in englischer Sprache, 2004

Einzelnachweise

  1. E. Pilgrim: Entdeckung der Elemente. Mundus Verlag, Stuttgart 1950, S. 190.
  2. Mineralienatlas: Bor-Vorkommen, abgerufen am 27. Mai 2013.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Broschüre Bor - Ableitung einer Geringfügigkeitsschwelle zur Beurteilung von Grundwasserverunreinigungen der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg LUBW, Stand Februar 2012.
  4. 4,0 4,1 4,2 BMG Engineering AG: Studie vom 22.1.2013 zum Umgang mit Bor bei der Altlastenbeurteilung im Auftrag des Kantons Aargau, Schweiz; abgerufen im September 2016.
  5. André Leisewitz, Hermann Kruse, Engelbert Schramm, Öko-Recherche Büro für Umweltforschung und -beratung GmbH, Frankfurt/M. - Erarbeitung von Bewertungsgrundlagen zur Substitution umweltrelevanter Flammschutzmittel, Forschungsbericht 204 08 542 (alt) 297 44 542 (neu), Band I: Ergebnisse und zusammenfassende Übersicht, Umweltforschungsplan des Bundesministers für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, im Auftrag des Umweltbundesamtes, Dezember 2000.
  6.  Hollemann/Wiberg: Anorganische Chemie. 103 Auflage. 1, de Gruyter, New York/Berlin 2017, ISBN 9783110269321, 16, S. 1217–1218.
Dieser Artikel basiert (teilweise) auf dem Artikel Bor aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU Lizenz für freie Dokumentation und der Creative Commons Attribution/Share Alike. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.