Bor

(arabisch: buraq; lateinisch: boron) auch: boron (englischer Name);

chemisches Element der zweiten Periode und der dritten Hauptgruppe des Periodensystems.

Geschichte

Während eine der wichtigsten Verbindungen des Bors, der Borax (Na2B4O7 x 10 H2O), bereits im Mittelalter den arabischen Alchimisten bekannt war, konnte es in elementarer Form erst seit dem frühen 19. Jh. dargestellt werden. Der Engländer Humphry Davy war 1808 bei elektrochemischen Experimenten auf das Element gestoßen. Im selben Jahr wurde es parallel auch in Paris von Gay-Lussac und Thénard nachgewiesen.

Isotope

Bor hat zwei stabile Isotope, von denen das mit der Massenzahl elf einen Anteil von 80 Prozent hat. Das andere Isotop hat die Massenzahl zehn und einen Anteil von 20 Prozent. Alle instabilen Isotope zerfallen innerhalb von wenigen Millisekunden.

Eigenschaften und Verbindungen

Das Element ist ein Nichtmetall, das in mehreren Modifikationen auftritt und unter Normalbedingungen eher reaktionsträge ist. Je nach Art der Gewinnung liegt es als braunes, amorphes Pulver oder in Form metallisch glänzender, grauschwarzer, sehr harter Kristalle vor. Bor ist ein äußerst hitzebeständiger Feststoff mit geringer Dichte und niedriger elektrischer Leitfähigkeit. Unter den Nichtmetallen hat nur Kohlenstoff einen höheren Schmelzpunkt als Bor. Das Element nimmt in vieler Hinsicht eine Sonderstellung ein. In seinen Eigenschaften zeigt es Ähnlichkeiten mit dem benachbarten Kohlenstoff, aber auch mit Silicium. Wie diese beiden Elemente hat es die ausgeprägte Neigung zur Bildung kovalenter Bindungen. Es besitzt aber ein Valenzelektron weniger als die beiden anderen und unterscheidet sich durch diesen Elektronenmangel von ihnen. Von allen übrigen Elementen unterscheidet sich Bor nicht nur durch die einzigartige strukturelle Vielfalt seiner kristallinen Erscheinungsformen, sondern auch durch die große Komplexität seiner anorganischen Chemie. Eine wichtige Ursache hierfür ist seine geringe Größe bei gleichzeitiger hoher Ionisierungsenergie. Die Bindungsenergie ist so ausgeprägt, dass keinerlei Neigung zur Bildung einwertiger Verbindungen besteht, wie dies bei den anderen Elementen seiner Gruppe der Fall ist. Bor zeigt eine große Affinität zu Sauerstoff.

Seine geringe Größe ermöglicht die Darstellung legierungsartiger Einlagerungsverbindungen - die so genannten Metallboride. Mehr als 200 binäre Boridverbindungen sind gegenwärtig bekannt. Metallreiche Boride sind außerordentlich hart und hitzebeständig. Die elektrische Leitfähigkeit übersteigt vielfach die der Ausgangsmetalle.

Von ähnlicher Bedeutung sind die Borane, d.h. die Verbindungen von Bor und Wasserstoff. Die Aufklärung ihrer Chemie und die der verwandten Carboborane war im vergangenen Vierteljahrhundert eines der dynamischsten Entwicklungsfelder der anorganischen Chemie.

Bor ist v.a. für pflanzliche Organismen essenziell, nicht aber für den Menschen. Bei Grünalgen und höheren Pflanzen ist es ein Mikronährstoff. Mangelzustände verursachen beispielsweise bei Rüben die so genannte Trockenfäule.

Wichtige Borverbindungen sind unter anderem Boroxid, Boroxid, Borkarbid, Borax, Borsäure und Bornitrid.

Vorkommen

In der Natur kommt Bor nur in gebundener Form vor. Es ist sehr selten. Am Aufbau der Erdkruste ist es nur mit zehn ppm (parts per million: Teile pro Million Teile) beteiligt und in seiner Häufigkeit mit Thorium (zwölf ppm) und Praseodym (9,5 ppm) vergleichbar. Es kommt fast ausschließlich in Form von Bormineralen oder -silicaten vor. Standorte, die reich an Bor sind - wie z.B. die toskanischen Fumarolen -, enthalten das Element auch in Form von Borsäure. Wichtige Minerale sind Borazit (Staßfurtit), Borax, Ulexit, Kernit und Colemanit. Umfangreichere Vorkommen werden in der Türkei und in Kalifornien abgebaut. Pflanzen enthalten Bor, bezogen auf ihr Trockengewicht, üblicherweise in Größenordnungen von 30-75 ppm. Bei Werten über 100 ppm muss mit toxischen Wirkungen gerechnet werden. Eine Gesamtkonzentration von nicht mehr als 25 ppm gilt als tolerabel. Dies ist insofern von Bedeutung, als Getreidearten relativ empfindlich gegenüber höheren Konzentrationen sind. Die mittleren Werte für Meerwasser werden mit vier bis fünf ppm angegeben.

Verwendung

Elementares Bor findet keine große Verwendung. Von wirtschaftlicher Bedeutung sind neben den Boriden v.a. die Boratminerale. Die chemischen Produkte dieser Minerale haben die unterschiedlichsten Einsatzbereiche: Sie werden für hitzebeständige Gläser und Porzellanemaille, für Reinigungsmittel, Seifen und Kosmetika, für Pestizide und Düngemittel eingesetzt. Darüber hinaus finden sie Anwendung in der Kerntechnik. Metallische Boride finden wegen ihrer Widerstandsfähigkeit und Beständigkeit vielfach in der Montanindustrie Anwendung: Sie werden in Schmelztiegeln, Verdampfungsgefäßen und als Auskleidung von Verbrennungsöfen verwendet. Borkarbid wird überwiegend als Schleifmaterial, aber auch für Brems- und Kupplungsbeläge verwendet. Berylliumborid wird neben Borkarbid in kugelsicheren Westen und Flugzeugpanzerung verarbeitet.