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Bor

Sauerstoff-Verbindungen

Bor bildet als dreiwertiges Element das Oxid der Zusammensetzung B2O3 sowie die dazugehörige Bor(III)-säure, H3BO3 (Orthoborsäure). Borate sind die Salze der Orthoborsäure und höherer, kondensierter Polyborsäuren.

Boroxid

Dibortrioxid, B2O3, entsteht durch Synthese aus den Elementen, d.h. durch Verbrennen von Bor, oder als Anhydrid der Borsäure, H3BO3, durch deren Entwässern:

4B+ 3O2 2B2O3 2H3BO3 B2O3+ 3H2O

Die Dehydratisierung der Borsäure verläuft über die Zwischenstufe der Metaborsäure, HBO2:

2H3BO3  2 H 2 / 170 °C 2HBO2 H 2 / > 500 °C B2O3

B2O3 erstarrt aus der beim Glühen von Orthoborsäure entstandenen Schmelze zu einer farblosen, hygroskopischen, schlecht kristallisierenden, glasartigen Masse (Boroxidglas). Im glasigen Zustand liegen unregelmäßige Netzwerke aus trigonal-planaren BO3-Einheiten vor, die über die Sauerstoff-Atome verbrückt sind.

Kristallisiertes B2O3 ist durch langsame Dehydratisierung von Borsäure bei 150-250 °C erhältlich.

In Wasser löst sich B2O3 unter starker Wärmeentwicklung zu Borsäure:

B2O3+ 3H2O 2H3BO3

Beim Lösen von 100 g B2O3 in 125 g Wasser wird dieses zum Sieden gebracht.

Der Sauerstoff ist im Boroxid so fest an Bor gebunden, dass B2O3 von Kohlenstoff selbst bei Weißglut nicht zum Bor reduziert wird. Erst in Gegenwart von weiteren Elementen, die den Sauerstoff ersetzen können, wie z.B. Stickstoff oder Chlor, tritt Reaktion ein:

B2O3+ 3C+ 3Cl2 2BCl3+ 3CO

Das glasige B2O3 wird zur Herstellung anderer Borverbindungen, etwa Borcarbid, Borhalogeniden oder Borosilicatgläsern, verwendet, z.B.:

B2O3+ 3 CaF2+ 3 H2SO4 2 BF3+ 3CaSO4+ 3 H2O

Orthoborsäure

Abb.1
Orthoborsäure (Borsäure), H3BO3
This work is under public domain by Ondřej Mangl
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Abb.2
Strukturformel
Abb.3
Borsäure-Molekül
Abb.4
Kristallstruktur
Hinweis
Orthoborsäure, H3BO3
Ausführliche Darstellung von Struktur, Eigenschaften, Synthese, Reaktivität und Verwendung von Borsäure in der Lerneinheit Borsäure.

Borate

Ausgehend von der Orthoborsäure, H3BO3, der Metaborsäure, HBO2, sowie wasserärmeren, kondensierten Polyborsäuren leiten sich verschiedene Arten von Boraten ab. Sie können planare BO3-Gruppen und auch tetraedrische BO4-Einheiten als gemeinsame Strukturelemente enthalten.

Borsäuresalze, die ein diskretes Orthoborat-Anion, BO33, enthalten, treten relativ selten auf. In den polymeren Metaboraten, (BO2)nn-, sind die BO3-Einheiten über zwei gemeinsame Sauerstoff-Atome zu Ketten oder Ringen verbunden (analog den Polyphosphaten oder -silicaten). Die meisten natürlichen Bormineralien sind vernetzte Borate, in denen die BO3-/BO4-Gruppen auf vielfältige Weise über die Sauerstoff-Atome miteinander verknüpft sind.

Das technisch wichtigste Borat ist das in der Natur als Tinkal vorkommende Borax.

Perborate, genauer Peroxoborate, sind Borate, in denen formal ein Sauerstoff-Atom durch eine Peroxo-Gruppe, -O-O-, ersetzt wurde. Das technisch wichtigste Perborat ist das Natriumperoxoborat, Na2[B2(O2)2(OH)4] · 6H2O (2 NaBO3 · 4H2O). Es lässt sich in einem zweistufigen Prozess aus Borax, Natronlauge und Wasserstoffperoxid darstellen:

Na2B4O7+ 2NaOH 4NaBO2+ H2O 2NaBO2+ 2H2O2+ 6H2O Na2[B2(O2)2(OH)4] · 6H2O

In dem cyclisch aufgebauten Perborat-Anion sind die beiden Bor-Atome über die zwei Peroxo-Gruppierungen zu einem sechsgliedrigen, sesselförmigen Ring verknüpft:

Abb.5
Struktur des Peroxoborat-Anions

Perborate zerfallen in wässriger Lösung unter Bildung von Wasserstoffperoxid, H2O2, und wirken wie dieses bleichend und desinfizierend. Die Verbindungen sind Bestandteil vieler Waschmittel, werden aufgrund des langwierigen Abbauprozesses jedoch zunehmend durch Natriumpercarbonat ersetzt. In der kosmetischen Industrie dient Natriumperborat zum Bleichen von Haaren sowie als Desinfektionsmittel.

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