Beryllium  Aluminium Kohlenstoff  
 Bor engl. boron                                        5B
 nach dem Vorkommen im Borax und seiner Ähnlichkeit zu Kohlenstoff: bor(ax + carb)on
 

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Relat. Atommasse 
Intervall (Hinweis) 
Ordnungszahl    
Schmelzpunkt    
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)     
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit  
 
10,811 
[10,806; 10,821]  
   
2075 °C    
4000 °C    
   
2,34 g/cm³   
9,5    
2,04 (Pauling)      
[He]2s22p1   
B-10  19,9%   
B-11  80,1%  
 

     
 
Film

34 sek
Ein Stück kristallines Bor wird mit der Brennerflamme eines Schweißbrenners erhitzt. 
    
Bor ist nicht 
kennzeichnungspflichtig.
Gefahren (H-Sätze) 
--  
CAS-Nummer  
7440-42-8  
 
 
Physikalisch-chemische Eigenschaften
β-rhomboedrisches Bor besitzt eine außergewöhnliche hohe Härte, es ist nach dem Kohlenstoff (Diamant) das zweithärteste aller Elemente. Das Element Bor hat sehr hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, seine Dichte ist noch geringer als die von Kohlenstoff. Bei Zimmertemperatur ist die elektrische Leitfähigkeit von Bor gering, sie steigt aber beim Erwärmen stark an. Bei 600°C ist sie hundertmal höher als bei Raumtemperatur. Neben der schwarzen, undurchsichtigen, amorphen Form kommen vier weitere, kristalline Modifikationen vor (nach Binder [Lit 4]). In allen kristallinen Modifikationen sind die Bor-Atome in B12-Ikosaedern angeordnet.  
  • α-rhomboedrisches Bor (rot und transparent)
  • β-rhomboedrisches Bor (schwarz-grau glänzende Form)
  • α-tetragonales Bor (schwarze Form)
  • β-tetragonales Bor (rötliche Form)
 
 B12-Ikosaeder des α-rhomboedrischen Bors
 

 
 
 Einen solchen Kristall kann man sich als Zwanzigflächner vorstellen.
     

Am stabilsten ist das β-rhomboedrische Bor, das man durch das Erhitzen von amorphem Bor und bei höheren Temperaturen um 1200°C auch aus α-rhomboedrischem Bor erhalten kann. 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 reagiert zu  2 B2O3      ΔHR = -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.


  Gemisch aus Borsäure und Methanol verbrennt
 
Bor reagiert mit Brom
 
 
Der gebildete Borsäuretrimethylester färbt die Flamme grün.

   
Physiologie und Toxikologie
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 ist relativ gering. Borverbindungen wie Borsäure oder Borax können aber die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen oder das Kind im Mutterleib schädigen.
  
Vorkommen 
Häufigkeit   weniger häufig

In der Natur kommt Bor nicht elementar vor. Zu den typischen Bormineralen werden der Boracit, der Ulexit oder der Kernit gezählt. Aber auch von der Borsäure (Mineralname Sassolin) und ihren Salzen wie Borax gibt es natürliche Vorkommen. Die wie Gipskristalle aussehenden, natürlichen Boraxkristalle sind an der Luft wenig beständig, sie wandeln sich meistens zu dem weißen Bormineral Tincalconit um, das dann weiße Überzüge bildet. Die Borminerale wie der Kernit oder der Ulexit zur Erzgewinnung 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.
  
 
 
 Bor-Mineralien aus der Familie der Borate


 
 Aus diesen Mineralen lassen sich Bor oder Borverbindungen gewinnen.
 
 
Der Edelstein Turmalin enthält Borsilicate mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Er kommt in einer großen Farben- und Formenvielfalt vor. Fremde Metall-Ionen bestimmen die verschiedenen Farbvarietäten. 
 
 
 Turmalin-Varietäten
 
Chromdravit
auf Quarz, Brasilien
Elbait
Stak Nala, Pakistan
Verdelith
Gilgit, Pakistan
Uvit
mit Quarz
und Calcit, Brasilien
Schörl
Pakistan
Indigolith
Brasilien
 
 Der Edelstein Turmalin kommt in vielen Farben und Formen vor.

Weitere Informationen und digitale Folien beim Phänomen Turmalin
 
 
Geschichte 
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.  
   
  
 Die Entdecker des Elements Bor
 
Gay-Lussac      Thénard      Davy
 
 Joseph Gay-Lussac, Louis Jacques Thénard und Sir Humphry Davy (von links)
 
  
Herstellung     
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 reagiert zu  2 B  +  3 MgO      ΔHR = -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 etwa 96 Prozent Reinheit.  
 
 
 Amorphes Bor
  Amorphes Bor  
 Dieses Bor wurde durch Reduktion von Borsäure mit Magnesium erhalten.
 
  
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 1000°C entsteht amorphes Bor, zwischen 1000°C und 1200°C bilden sich die alpha- und beta-rhomboedrischen Modifikationen und oberhalb 1200°C erhält man tetragonales Bor. Dieses Verfahren liefert sehr reines Bor mit einem Reinheitsgrad von 99,9 Prozent:  
  
2 BBr3  +  3 H2 reagiert zu  2 B  +  6 HBr      ΔHR = + 262 kJ   
  
Das reinste Bor liefert die Thermolyse von Diboran B2H6 bei 650°C bis 800°C an Wolfram- oder Tantalflächen:  
  
B2H6 reagiert zu  2 B  +  3 H2     ΔHR = -36kJ 
  
Verwendung 
Von großer technischer Bedeutung sind die Borverbindungen Borsäure und Borax. Kristallines Bor in hoher Reinheit mit über 99,99 Prozent 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 sehr hartem Stahl. Diese Legierungen kommen zusammen mit dem B-10 Isotop auch als Neutronenfänger in Kernreaktoren zum Einsatz. Mit Kohlenstoff erhält man Borcarbid, mit Aluminium quadratisches Bor (Bordiamant). Beide werden wegen ihrer großen Härte als Schleifmittel und für Verschleißteile zum Beispiel in Sandstrahldüsen eingesetzt.  
   
  
 Schleifstifte mit kubisch kristallinem Bornitrid (CBN, Borazon)
  CBN   

 CBN ist nach dem Diamant der härteste bekannte Schleifstoff.
 
 
Das härteste Material mit Bor stellt das kubisch kristalline Bornitrid (CBN) dar. Es erreicht einen Härtewert (nach Knoop) von 4500, die Härte vom Diamant liegt bei 8800 (Knoop). Der Korund erreicht dagegen nur 2200 und das Siliciumcarbid 2700. CBN wird heute überwiegend zum Schleifen von Werkzeugen eingesetzt. Die Markteinführung erfolgt im Jahr 1969 durch die Firma General Electric in den USA unter dem Namen Borazon. Zeitweise übertraf der Preis für das neue Material sogar den Goldpreis. Erst in den 1990iger Jahren setzte ein breite Anwendung als Schleifmittel ein. Beim Diamant nimmt die Härte oberhalb 700°C dramatisch ab, während sie beim kubischen Bornitrid auch in der Hitze weitgehend erhalten bleibt. Ähnlich wie beim Diamant besitzt das Bornitrid eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Im Vergleich zum Korund erwärmen sich dadurch die Werkstücke beim Schleifen nicht so stark, da das Bornitrid und der Diamant Wärme gut aufnehmen. 
 
Weitere Informationen  
Das Phänomen Turmalin  
 
Borverbindungen im Steckbrief
 
 Borsäure  Natriumperborat Natriumtetraborat     
 
 
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