Bor

Das Element Bor in der Chemie

Erinnerst du dich an das letzte Feuerwerk? Wenn einige Kugeln und Sterne grün geleuchtet haben, dann steckte Bor dahinter. Bor ist das chemische Element mit dem Symbol $\ce{B}$. Du wirst sehen, die Bor-Chemie ist sehr vielfältig.

Entdeckung und Vorkommen von Bor

Die beiden französischen Wissenschaftler Gay-Lussac und Thénard entdeckten das Element Bor im Jahr 1808.
Bor zählt zu den seltenen Elementen. Die Erdhülle enthält nur 0,0016 Prozent Bor. Es liegt hauptsächlich in Form von Boraten vor. Etwa 70 Prozent der bekannten Boratvorkommen auf der Erde liegen in der Türkei. Abbauwürdige Minerale sind vor allem die Borate Borax, Kernit und Colemanit.

Die Stellung von Bor im Periodensystem

Das Element Bor hat im Periodensystem der Elemente die Ordnungszahl $5$. Es steht in der zweiten Periode und gehört zu den Elementen der dritten Hauptgruppe. Bor ist ein Halbmetall. In den meisten chemischen Reaktionen mit anderen Elementen gibt Bor drei Elektronen ab. Seine Oxidationszahl ist damit in der Regel $\text{+III}$.

Eigenschaften von Bor

Bor ist ein schwarz-braunes Halbmetall. Es ist sehr hart. Auf der Mohs-Skala hat es eine Härte von $9,3$. Somit ist es härter als der Edelstein Rubin. Dabei ist Bor sehr leicht. Seine Dichte ist geringer als die Dichte von Aluminium. Bor ist hochschmelzend. Es schmilzt bei einer Temperatur von $2\,076\, ^\circ\pu{C}$. Das ist entschieden höher als die Werte von Eisen, Kupfer oder Silber. Bor kann als kristallines Bor vorliegen, aber auch nichtkristallin als amorphes Bor.

Bor reagiert nicht mit verdünnten Säuren, auch nicht mit kochender Salzsäure ($\ce{HCl}$) oder Flusssäure ($\ce{HF}$). Mit Phosphorsäure ($\ce{H3PO4}$) reagiert es nur bei Temperaturen von mehr als $600\, ^\circ\pu{C}$. Bor reagiert jedoch mit Salpetersäure ($\ce{HNO3}$) und mit Königswasser, einem Gemisch aus Salzsäure und Salpetersäure.
Mit den Halogenen Fluor, Chlor und Brom bildet Bor Bortrihalogenide des Typs $\ce{BX3}$ mit $\ce{X} = \ce{F}$, $\ce{Cl}$ oder $\ce{Br}$.

Gewinnung und Herstellung von Bor

Amorphes Bor gewinnt man aus der Reduktion von Bortrioxid ($\ce{B2O3}$) mit Magnesium ($\ce{Mg}$):
$\ce{B2O3 + 3 Mg -> 2 B + 3 MgO}$

Darüberhinaus gibt es weitere, spezielle Verfahren, um hochreines und kristallines Bor zu gewinnen.

Beispiele für die Verwendung von Bor

• Bor kommt in Feuerwerken zum Einsatz zur Erzeugung einer grünen Flammenfärbung.
• Bei der Halbleiterherstellung wird Silicium mit Bor versetzt (dotiert), um elektronische Eigenschaften zu beeinflussen.
• In der Kernphysik dient Bor als Neutronenquelle, wenn es mit Alphateilchen beschossen wird.
• Bor ist Bestandteil der Eisen-Bor-Legierung Ferrobor. Aus Ferrobor fertigt man Steuerstäbe, die in Kernkraftwerken zum Einsatz kommen.

Wichtige Borverbindungen und ihre Verwendung

• Borax kommt als Mineral natürlich vor und ist chemisch gesehen Natriumborat ($\ce{Na2B4O7}$). Je nach Wassergehalt gibt es unterschiedliche Varianten des Minerals. Wird etwas Borax in einer Flamme geschmolzen, entsteht eine Boraxperle. Da einige Metalle in einer Boraxperle eine charakteristische Flammenfärbung erzeugen, dient sie als Nachweis für diese Metalle.
  Waschmittel enthalten bleichende Perborate, die aus Borax hergestellt werden.
• Bortrioxid ist ein weißes Pulver mit der Formel $\ce{B2O3}$, das durch die Verbrennung von Bor mit Luftsauerstoff erhalten wird. Es dient der Borherstellung durch Reduktion mit Magnesium oder Aluminium.
• Borsäure ($\ce{H3BO3}$) bildet sich aus Borax bei Zugabe von Salzsäure. Borsäure ist selbst eine sehr schwache Säure. Sie wird u. a. bei der Herstellung keramischer Produkte benötigt.
• Borcarbid ($\ce{B4C}$) ist sehr hart mit einer Mohshärte von 9,3. Es wird durch Reduktion von Bortrioxid mit Kohlenstoff hergestellt:
  $\ce{2 B2O3 + 7 C \xrightarrow{2\,500 ^\circ\pu{C}} B4C + 6 CO}$
• Bornitrid ($\ce{BN}$) gewinnt man aus den Elementen Bor und Stickstoff bei einer Temperatur von $1\,000\, ^\circ\pu{C}$. Bornitrid ist ein harter Werkstoff, der Wärme gut leitet sowie säurebeständig und gut zu bearbeiten ist.
• Borsilicid ($\ce{B2Si3}$) entsteht aus der Reaktion mit Silicium und ist ebenfalls ein harter Werkstoff.
• Boride bilden sich aus verschiedenen Metallen und Bor. Sie finden spezielle Anwendungen, so ist beispielsweise Magnesiumdiborid ($\ce{MgB2}$) ein technisch interessanter Supraleiter.
• Supersäuren: Es gibt borhaltige Supersäuren, die noch viel stärker sind als konzentrierte Schwefelsäure. Sie werden bei speziellen Synthesen eingesetzt.
• Diboran ($\ce{B2H6}$) ist eine sehr giftige und hochentzündliche Verbindung aus Bor und Wasserstoff. Sie wurde früher als Raketentreibstoff in Erwägung gezogen, wird mittlerweile aber eher als Katalysator und in der Gummiherstellung verwendet.

Es gibt noch viele weitere Anwendungen von Borverbindungen: Borosilicatglas ist hochwertiges Laborglas. Bor findet man in Pflanzenschutzmitteln. Es ist aber auch in starken Magneten enthalten. Borverbindungen werden als Flussmittel beim Löten eingesetzt. Sie sind Bestandteil von Holzschutzmitteln und von Kühlschmierstoffen beim Zerspanen. Sogar militärische Panzerungen werden daraus hergestellt.

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Häufig gestellte Fragen zum Thema Bor