zum Directory-modus

Borsäure

Reaktivität von Borsäure

Thermolyse

Beim Erhitzen von Orthoborsäure über 130 °C entsteht zunächst α-Metaborsäure, (HBO2)3. Durch Kondensation von zwei der Hydroxy-Gruppen entstehen Sechsringe, die untereinander durch Wasserstoff-Brücken verknüpft sind.

6B(OH)3 < 130°C 2(HBO2)3+ 6H2O
Abb.1
(HBO2)3

Beim weiteren Erhitzen (T = 130-150 °C) bildet sich kettenförmige β-Metaborsäure, [B3O4(OH)(OH2)]x. Bei T > 150 °C entsteht die dreidimensionale γ-Metaborsäure [B3O3(OH)3)]x. In beiden Modifikationen sind die Ringe über Brücken-bindende Sauerstoff-Atome verknüpft. Als Endstufe der Thermolyse wird glasiges Dibortrioxid gebildet.

2(HBO2)3 < 500°C 3B2O3+ 3H2O
Mouse
Abb.2
Abb.3

Reaktion mit Wasser

Borsäure ist ausschließlich Hydroxidionen-Akzeptor und nicht als Protonendonator. Das Gleichgewicht der Reaktion liegt allerdings weit auf der linken Seite, so dass Orthoborsäure nur als sehr schwache einbasige Säure fungiert (pKa = 9,2), die nicht direkt titriert werden kann.

B(OH)3+ 2H2O B(OH)4+ H3O+

Reaktion mit Alkoholen

Aus Borsäure entstehen beim Erhitzen mit Alkoholen und konzentrierter Schwefelsäure Borsäure-Ester. Die Veresterung ist eine Gleichgewichtsreaktion (Prinzip von Le Chatelier). Um die Geschwindigkeit der Gleichgewichtseinstellung zu erhöhen, kann eine Katalysator eingesetzt werden oder entweder die Konzentration eines der Ausgangsstoffe (Säure oder Alkohol) erhöht oder das entstehende Wasser aus dem Gleichgewicht entfernt werden.

Bei Veresterungen dient häufig konzentrierte Schwefelsäure als Katalysator. Der wirksame Bestandteil des Katalysators ist dabei das Wasserstoff-Ion.

Das Wasser kann aus dem Gleichgewicht durch Abdestillation entfernt werden oder es wird die wasserentziehende Wirkung der konzentrierten Schwefelsäure genutzt.

Die Veresterung von Borsäure dient als qualitative Nachweisreaktion; Borsäuretrimethylester brennt mit grüner Flamme.

B(OH)3+ 3H3COH B(OCH3)3+ 3H2O

Mit mehrwertigen Alkoholen entstehen Säuren mit einer Bis(diolato)-Struktur.

Abb.4

Diese Säuren sind mittelstark (z.B. mit Mannit als Alkohol pKa = 6,4) und können direkt titriert werden. Der Effekt beruht auf der Bildung stabiler Chelat-Komplexe. Voraussetzung für die Komplexbildung mit den Polyalkoholen ist, dass sich die beiden Hydroxy-Gruppen der organischen Komponente an benachbarten Kohlenstoff-Atomen befinden (vicinale Stellung) und cis-Konfiguration einnehmen.

Salzbildung

Borsäure reagiert mit Metallhydroxiden unter Salzbildung zu Boraten, die durch Verknüpfung von trigonalen [BO3]3-- und tetraedrischen [BO4]5--Baueinheiten eine große strukturelle Vielfalt aufweisen. Mit Natronlauge entsteht Borax. Der summarischen Formel Na2B4O7·10 H2O ist wegen der Struktur des Anions die Schreibweise [Na(H2O)4]2[B4O5(OH)4] vorzuziehen.

4B(OH)3+ 2NaOH+ 3H2O [Na(H2O)4]2[B4O5(OH)4]

Reaktion mit Wasserstoffperoxid

Durch Zugabe von Wasserstoffperoxid zu einer äquimolaren Borsäure-Natronlauge-Mischung wird technisch bedeutsames Natriumperoxoborat (Natriumperborat) gebildet (Jahresproduktion ca. 550 kt). Im binuklearen, cyclischen Anion sind die beiden Bor-Atome über zwei Peroxo-Liganden (O22-) verknüpft.

2B(OH)3+ 2NaOH+ 2H2O2 Na2[(HO)2B(O2)2B(OH)2] · 4H2O
Seite 5 von 8