Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo bor bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 87 pm — that is 0.087 nm, so about 5747 million of them side by side would span a millimetre.
Temperaturbereich
Bor is liquid over a 1925 K window, from 2348 K to 4273 K.
Die Geschichte
Hartes Halbmetall, das für das Pflanzenwachstum unerlässlich ist. Bildet extrem harte Verbindungen.
Die Entdeckung von Bor entstand im goldenen Zeitalter der Chemie, als brillante Köpfe darum wetteiferten, die Geheimnisse geheimnisvoller Verbindungen zu entschlüsseln. Diese Geschichte umfasst französische Revolutionäre, englische Experimentatoren und einen Stoff, der die Menschheit über tausend Jahre lang vor Rätsel gestellt hatte.
Lange vor seiner Entdeckung faszinierten Borverbindungen Zivilisationen auf der ganzen Welt. Borax gelangte über die alte Seidenstraße nach Europa und wurde als kostbares Flussmittel für die Metallverarbeitung sowie als Bestandteil chinesischer Keramik gehandelt. Arabische Alchemisten nannten es „burak“, während venezianische Glasbläser hohe Preise für dieses geheimnisvolle weiße Pulver zahlten, das ihr Glas kristallklar machte.
Marco Polo berichtete über Boraxminen in Tibet, und mittelalterliche europäische Alchemisten versuchten verzweifelt zu verstehen, warum dieses „magische Salz“ andere Materialien reinigen, konservieren und umwandeln konnte. Sie ahnten nicht, dass sie mit Verbindungen eines unbekannten Elements arbeiteten.
Der Durchbruch erfolgte in einer der turbulentesten Perioden der Geschichte. Joseph Louis Gay-Lussac und Louis-Jacques Thénard untersuchten im Frankreich Napoleons die geheimnisvollen Eigenschaften der Borsäure. Diese brillanten Chemiker hatten die Französische Revolution überlebt und erweiterten nun unter der Schirmherrschaft der Französischen Akademie der Wissenschaften die Grenzen des chemischen Wissens.
Am 21. Juni 1808 gelang ihnen das Unmögliche: Sie isolierten reines Bor, indem sie Borsäure mit Kalium in einem Eisenrohr erhitzten. Gay-Lussac schrieb später: „Wir erhielten einen Stoff von olivbrauner Farbe, der uns das Radikal der Borsäure zu sein schien.“ Sie hatten Element Nummer 5 erzeugt, verstanden seine wahre Bedeutung jedoch noch nicht.
Gleichzeitig führte Sir Humphry Davy auf der anderen Seite des Ärmelkanals am Royal Institution in London eigene bahnbrechende Experimente durch. Nur neun Tage nach dem französischen Erfolg erzielte Davy dasselbe Ergebnis mit einer anderen Methode – durch Elektrolyse von Borsäure. Die wissenschaftliche Rivalität zwischen dem revolutionären Frankreich und Großbritannien der napoleonischen Zeit trieb beide Teams zu beispiellosen Leistungen an.
Davys Ansatz war eleganter, aber ebenso gefährlich. Er leitete elektrischen Strom durch geschmolzene Borsäure und lagerte winzige Mengen eines braunen Stoffes an der Elektrode ab. Seine sorgfältigen Aufzeichnungen beschreiben ein „dunkel olivfarbenes Pulver“, das mit einer leuchtend grünen Flamme brannte – die erste dokumentierte Beobachtung der charakteristischen grünen Emission von Bor.
Sowohl die französischen als auch die englischen Chemiker hatten zunächst Schwierigkeiten, ihre Entdeckung zu benennen. Das französische Team schlug „bore“ vor, abgeleitet vom arabischen „burak“ (Borax), während Davy „boracium“ vorschlug. Der moderne Name „boron“ entstand durch internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit und verbindet die arabische Wurzel mit der griechischen Endung „-on“, die „bildend“ bedeutet.
Bor blieb bis zur Zeit des kalifornischen Goldrauschs eine Laborkuriosität. 1881 entdeckte Francis Marion Smith gewaltige Boraxvorkommen im Death Valley, was ihm den Spitznamen „Borax-König“ einbrachte. Seine berühmten Gespanne mit zwanzig Maultieren wurden zu einer amerikanischen Legende und transportierten Borax über 165 Meilen durch die Mojave-Wüste zur nächsten Eisenbahnstrecke.
Der eigentliche Durchbruch erfolgte 1909, als Ezekiel Weintraub ein Verfahren zur Herstellung von reinem kristallinem Bor entwickelte und dadurch dessen wahre Eigenschaften als eines der härtesten bekannten Elemente offenbarte. Diese Entdeckung führte Bor in das moderne Zeitalter der Hochleistungswerkstoffe und Nukleartechnik.
Anwendungen
Bor ist der unsichtbare Superheld der modernen Technologie und ermöglicht unauffällig alles von kugelsicheren Westen bis zu Smartphone-Bildschirmen. Seine einzigartigen chemischen Eigenschaften machen es in hochmodernen Anwendungen unverzichtbar, in denen herkömmliche Werkstoffe versagen.
Borkarbid (B₄C) ist der dritthärteste der Menschheit bekannte Werkstoff, der nur von Diamant und kubischem Bornitrid übertroffen wird. Militärunternehmen wie BAE Systems und General Dynamics verwenden Borkarbid für:
Die außergewöhnliche Fähigkeit von Bor, Neutronen zu absorbieren, macht es zum ultimativen Werkstoff für die nukleare Reaktorkontrolle. Bor-10 besitzt einen 1.000-mal größeren Neutronenabsorptionsquerschnitt als die meisten Werkstoffe:
Borosilikatglas veränderte die Laborwissenschaft und Konsumprodukte. Corning Inc. revolutionierte die Glasherstellung mit borangereicherten Formulierungen:
Bor ist ein essenzieller Mikronährstoff für Pflanzen, der die Bildung von Zellwänden und Fortpflanzungsprozesse ermöglicht. Die moderne Landwirtschaft nutzt Borverbindungen für:
Woher es stammt
10 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 69% of elements
Bor ist eines der seltensten Elemente des Universums und kommt in der Erdkruste mit einer Häufigkeit von nur 10 Teilen pro Million vor. Diese Seltenheit erzählt eine faszinierende Geschichte kosmischer Zerstörung und irdischer Anreicherung.
Im Gegensatz zu den meisten Elementen kann Bor im Inneren von Sternen nicht überleben – es wird bei Temperaturen über 500.000 K zerstört. Stattdessen entsteht Bor durch Spallation kosmischer Strahlung, wenn hochenergetische Teilchen im All auf Atomkerne von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff treffen und sie in leichtere Elemente einschließlich Bor zertrümmern. Durch diesen gewaltsamen Prozess ist Bor über Milliarden von Jahren ein „Fossil“ der Aktivität kosmischer Strahlung.
Trotz seiner kosmischen Seltenheit reichert sich Bor durch einzigartige Prozesse in bestimmten geologischen Umgebungen an:
Evaporitlagerstätten enthalten die wichtigsten Borressourcen der Welt:
Die Türkei dominiert die weltweite Borproduktion mit 73 % der globalen Reserven, hauptsächlich aus den Bergwerken von Kirka und Emet. Die Vereinigten Staaten liegen mit dem kalifornischen Bor-Bergwerk, das Rio Tinto gehört, an zweiter Stelle; es ist seit 1872 in Betrieb. Weitere bedeutende Vorkommen gibt es in:
Meerwasser enthält etwa 4,5 mg/L Bor, wodurch die Ozeane eine praktisch unendliche, aber verdünnte Quelle darstellen. Einige geothermalen Quellen reichern Bor auf wirtschaftlich nutzbare Konzentrationen an – Italiens Geothermalfeld Larderello war im 19. Jahrhundert die weltweit erste Quelle für industrielles Bor.
Bestimmte Pflanzen wirken als „Borsammler“ und reichern das Element bis auf das 1.000-Fache der Bodenkonzentration an. Meeresalgen und einige Wüstenpflanzen entwickelten diese Fähigkeit, um hohe Borkonzentrationen zu tolerieren, die andere Organismen töten würden.
Handhabung
Bor und die meisten Borverbindungen sind im Vergleich zu vielen Industriechemikalien Materialien mit relativ geringer Toxizität. Für die sichere Verwendung im Labor, in der Industrie und im Haushalt sind jedoch geeignete Verfahren zur Handhabung unerlässlich.
Akute Toxizität: Borverbindungen weisen eine geringe akute Toxizität auf. Die LD₅₀ (tödliche Dosis für 50 % der Versuchstiere) von Borsäure beträgt bei Ratten 2.660 mg/kg, wodurch sie weniger toxisch als Kochsalz ist.
Chronische Exposition: Eine langfristige Exposition gegenüber hohen Konzentrationen kann die Fortpflanzungsgesundheit und Entwicklung beeinträchtigen. Die OSHA hat keine spezifischen Expositionsgrenzwerte für elementares Bor festgelegt, empfiehlt jedoch, es wie einen störenden Staub zu behandeln.
Augenkontakt: 15 Minuten lang mit sauberem Wasser spülen; bei anhaltender Reizung ärztliche Hilfe suchen
Hautkontakt: Mit Wasser und Seife waschen und kontaminierte Kleidung ausziehen
Einatmen: An die frische Luft bringen; bei Atembeschwerden ärztliche Hilfe suchen
Verschlucken: Mund ausspülen, Wasser trinken und bei großen Mengen ärztliche Hilfe suchen
Übliche Borverbindungen im Haushalt wie Borax sind bei bestimmungsgemäßer Verwendung im Allgemeinen sicher:
Hinweis: Bor ist ein essenzieller Mikronährstoff für Pflanzen und kann sich positiv auf die Knochengesundheit des Menschen auswirken; Nahrungsergänzungsmittel sollten jedoch nur unter ärztlicher Aufsicht verwendet werden.
Schnelle Antworten
Bor (symbol B) is element 5 on the periodic table, a halbmetall in period 2, group 13. A metalloid of extremes: harder than most metals, essential to plants, and the element that makes borosilicate glass survive a flame. At room temperature it is a solid.
[He] 2s² 2p¹, giving 2 occupied shells holding 2, 3 electrons respectively. Its outer shell holds 3 electrons, which is what sets its bonding behaviour.Bor melts at 2348 K (2074.9 °C) and boils at 4273 K (3999.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of Bor is 10.81 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Bor has a density of 2.37 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of bor is about 2.4× heavier.
Bor has a Pauling electronegativity of 2.04. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Bor was discovered in 1808 by Davy, Gay-Lussac & Thenard. It is named after from borax, via Arabic buraq.
Bor makes up about 10 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.