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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Bor
ist sehr hitzebeständig, besitzt eine geringe Dichte und sehr hohe
Schmelz- und Siedetemperaturen. Bor ist nach dem Kohlenstoff
(Diamant) das zweithärteste aller Elemente.
Bei 20°C ist seine elektrische Leitfähigkeit gering, sie steigt
aber beim Erwärmen stark an. Bei 600°C ist sie hundert mal höher
als bei Raumtemperatur. Neben der schwarzen, undurchsichtigen, amorphen
Form kommen vier weitere, kristalline Modifikationen vor:
Bor ist relativ unedel, aber bei Zimmertemperatur nicht sehr reaktionsfähig. Kristallines Bor ist kaum zum Brennen zu bringen. Beim amorphen Bor nimmt die Reaktionsfähigkeit mit Zunahme der Temperatur stark zu. Im Pulverform entzündet sich an der Luft bei etwa 700°C und verbrennt mit rötlicher Flamme zu Bor(III)-oxid: 4 B + 3 O2 
2 B2O3 DHR
= -2548 kJ/mol
Bei höheren Temperaturen reagiert Bor mit Stickstoff, Chlor, Brom und Schwefel. Heiße, konzentrierte Salpetersäure oxidiert Bor leicht zu Borsäure. In Gegenwart von Luft entstehen mit alkalischen Schmelzen die entsprechenden Alkaliborate. Bor und seine Salze färben die Brennerflamme in der Flammprobe grün. Vermischt man Borsäure mit Methanol, bildet sich Borsäuretrimethylester, der die Flamme beim Verbrennen des Methanols grün färbt. |
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Physiologie |
| Bestimmte
Borverbindungen sind vermutlich für die Bildung von Hormonen und für
den Stoffwechsel im Gehirn von Bedeutung. Außerdem spielen Bor-Ionen
beim Schutz von Zellen vor dem Eindringen unerwünschter Ionen eine
bedeutende Rolle. Lit[16]
Als Mangelerscheinung treten Störungen im Hormonhaushalt auf. Sojamehl,
Pflaumen, Rotwein, Rosinen und Nüsse enthalten besonders viel von
diesem Spurenelement.
Die Toxizität von elementarem Bor gilt als relativ gering. Borverbindungen wie Borsäure oder Borax können die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen oder das Kind im Mutterleib schädigen. |
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Vorkommen |
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einem Massenanteil von 0,0016% in der Erdhülle steht Bor an 37. Stelle
der Elementhäufigkeit in der Erdhülle.
In der Natur kommt Bor nicht elementar vor. Die wichtigsten Borminerale
sind Borsäure und ihre Salze
wie Borax (Natriumtetraborat) oder
Ulexit. Die Borminerale kommen teilweise in mächtigen Lagerstätten
vor. Sie finden sich in der Türkei, in den USA (Kalifornien und Nevada),
in den GUS-Staaten, in Argentinien, Chile, Italien (Toscana), China und
Tibet. Andere Borquellen stellen die boraxhaltigen Solen des Searles See
in Kalifornien oder das borathaltige Wasser des Indersees in Kasachstan
dar.
Der Edelstein Turmalin
enthält Borsilicate mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Er kommt
in einer großen Farben- und Formenvielfalt vor:
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Geschichte |
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Bor
in unreiner Form wurde fast gleichzeitig von mehreren Chemikern im Jahre
1808 hergestellt. Die französischen Chemiker Joseph-Louis
Gay-Lussac (1778-1850) und Louis Jacques Thénard (1777-1857)
erhielten es durch eine Reduktion von Bortrioxid (B2O3)
mit Kalium. Sir
Humphry Davy in London stellte es durch eine Elektrolyse von Borsäure
dar. Davy nannte das neue Element zunächst "Boracium", was später
auf "boron" verkürzt wurde. Das chemische Symbol "B" für Bor
schlug J.J. Berzelius im Jahre 1814
vor. Die Herstellung von hochreinem Bor gelang dem amerikanischen Chemiker
W. Weintraub im Jahre 1909 durch die Reduktion von Bortrioxid mit Wasserstoff
im Lichtbogen.
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Herstellung |
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| Zur
Herstellung von Bor sind je nach der gewünschten Reinheit des Produktes
verschiedene Verfahren von Bedeutung. Stark verunreinigtes, amorphes Bor
kann man durch Reduktion von Bor(III)-oxid mit Magnesium
erhalten:
B2O3 + 3 Mg 2 B
+ 3 MgO DHR
= -533 kJ
Als Reduktionsmittel würden sich auch Lithium, Natrium, Calcium, Aluminium oder Eisen eignen, als Ausgangsstoff auch Borsäure und Magnesiumpulver. Eine nachfolgende Reinigung erfolgt mit Wasserstoff unter Luftabschluss bei 2200°C. Durch die Reaktion von Bor(III)-chlorid mit Zink bei 900°C erhält man kristallines Bor mit einem Reinheitsgrad von ca. 96%.
Bei der Schmelzflusselektrolyse eines Gemisches von Kaliumfluoroborat KBF4 , Bor(III)-oxid B2O3 , Kaliumchlorid KCl und Kaliumfluorid KF bei etwa 900°C sammelt sich an der Eisen-Kathode 99%iges Bor. Als Anode dient der Schmelztiegel aus Graphit. Will man die verschiedenen
Bormodifikationen herstellen, greift man auf die Umsetzung von Bor(III)-Halogeniden
BBr3 oder BCl3 mit Wasserstoff
an Wolfram- oder Tantaldrähten zurück. Unterhalb von 1000°C
entsteht amorphes Bor, zwischen 1000 und 1200°C bilden sich die alpha-
und beta-rhomboedrischen Modifikationen und oberhalb von 1200°C
erhält man tetragonales Bor. Dieses Verfahren liefert sehr reines
Bor mit einem Reinheitsgrad von 99,9%:
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Verwendung |
| Kristallines Bor in hoher Reinheit (über 99,99%) wird in elektronischen Halbleitern und Bauteilen verwendet. Faserförmige Haarkristalle von kristallinem Bor eignen sich zur Faserverstärkung von Kunststoffen und Leichtmetallen im Flugzeugbau und in der Raumfahrt. Amorphes Bor dient als Zusatz in Feuerwerksgemischen oder in festen Raketentreibstoffen. Die Legierung mit Eisen (Ferrobor) ermöglicht die Herstellung von Stählen großer Härte. Diese Legierungen kommen zusammen mit dem B-10 Isotop auch als Neutronenfänger in Kernreaktoren zum Einsatz. Mit Kohlenstoff erhält man Borcarbid (Härte 9,3), mit Aluminium Quadratisches Bor (Bordiamant), die beide wegen ihrer großen Härte als Schleifmittel und für Verschleißteile zum Beispiel in Sandstrahldüsen eingesetzt werden. Von technischer Bedeutung sind auch die Borverbindungen Borsäure und Natriumtetraborat (Borax). |
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Weitere Informationen |
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| Das Phänomen Turmalin |
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Borverbindungen im Portrait |
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
