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Bor

Chemie und Physik des chemischen Elements Bor.



Bor Chemie

Bor - chemisches Zeichen B, Ordnungszahl 5 - ist ein in einer tetragonalen und zwei rhombischen Modifikationen vorkommendes, in kistalliner Form grauschwarzes, sehr hartes und reaktionsträges, nichtmetallisches chemisches Element.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Bor

Bezeichnung:Bor Symbol:B Ordnungszahl:5 Atommasse:10,81 u Atommassen-Intervall:10,806 - 10,821 u Periodensystem-Stellung:13. Gruppe, 3. Hauptgruppe, 2. Periode, p-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Bor-Gruppe, Triele, Halbmetalle (Metalloide). Entdeckung:1808 - Joseph Louis Gay-Lussac, Louis Jacques Thenard. Erste Isolierung: 1808 - Humphry Davy. Bedeutung des Namens: Englischer Name:Boron CAS-Nummer:7440-42-8 InChI-Key:ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N

 

Das Bor-Atom

Identifikations-Merkmal für das B-Atom - und somit für das Element Bor - ist das Vorhandensein von 5 Protonen im Atomkern; man nennt diese Zahl Kernladungszahl oder Protonenzahl und sie entspricht der Ordnungszahl, die wiederum die Stellung des Bors im Periodensystem bestimmt. Im ungeladenen und damit elektrisch neutralen B-Atom befinden sich zudem 5 Elektronen in der Elektronhülle.

Für Unterschiede bei den Bor-Atomkernen bei gleichbleibender Kernladungszahl sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Bor-Isotope bzw. Bor-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Bor-Vorkommen bestehen aus einem Gemisch aus mehreren Nukliden unterschiedlicher Masse; die relative Atommasse wird daher mit 10,81 u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p
B5[He] 2s2 2p1221

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Bors auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem B-Atom zu trennen.

1. IE: 8,29802 eV2. IE: 25,1548 eV3. IE: 37,93064 eV4. IE: 259,37521 eV5. IE: 340,22580 eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Bor-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
188

 

Weitere Daten

Atomradius:87 pm (berechnet)
85 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:84(3) pm (nach Cordero et al.)
85 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
78 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
73 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:4,39 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,0014; ωL1: ; ωL2: ; ωL3: Austrittsarbeit:4,45 eV

 

Spektrallinien des Bors

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Bors mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Bor-Spektrallinien

 

 

Chemie des Bors

Bor ist das leichteste chemische Element mit einem Elektron in einem p-Orbital im Grundzustand. Im Gegensatz zu den meisten anderen p-Elementen folgt es jedoch nur selten der Oktettregel und platziert normalerweise nur sechs Elektronen - in drei Molekülorbitalen - in seiner Valenzschale. Bor ist der Prototyp für die Bor-Gruppe (Gruppe 13, 3. Hauptgruppe), obwohl die anderen Honologen dieser Gruppe Metalle und typischere p-Elemente sind - nur das Aluminium teilt in gewissem Maße die Abneigung von Bor gegen die Oktett-Regel.

Elementares Bor ist selten und schlecht untersucht, da das reine Material äußerst schwierig herzustellen ist. Die meisten Untersuchungen betreffen Proben, die geringe Mengen an Kohlenstoff enthalten. Das chemische Verhalten von Bor ähnelt mehr dem Silicium als dem des Aluminiums. Kristallines Bor ist chemisch inert und beständig gegen Angriffe durch kochende Fluss- oder Salzsäure. In fein verteilter Form wird es langsam von heißem konzentrierten Wasserstoffperoxid, heißer konzentrierter Salpetersäure, heißer Schwefelsäure oder einer heißen Mischung aus Schwefel- und Chromsäuren angegriffen.

Die Oxidationsrate von Bor hängt von der Kristallinität, Partikelgröße, Reinheit und Temperatur ab. Elementares Bor reagiert bei Raumtemperatur nicht mit Luft, verbrennt aber bei höheren Temperaturen zu Bortrioxid B2O3.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:2,04 nach Pauling
2,01 nach Allred-Rochow
2,051 nach Allen
1,8 nach Mulliken
1,88 nach Sanderson
4,9686 eV nach Gosh-Gupta
4,29 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,279 723(25) eV bzw. 26,989(3) kJ mol-1Oxidationsstufen:+ 3 + 1, + 2

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Bors:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,89+ IIIBorsäureH3BO3 + 3 H++ 3 e-B (s) + 3 H2OBor0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Bors

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Bors auf.

Schmelzpunkt:2077 °C Schmelzenthalpie (molar):50,2 kJ mol-1 Siedepunkt:3927 °C Verdampfungsenthalpie:538,9 kJ mol-1 Wärmekapazität:11,087 J mol-1 K-1 (molar)
1,026 J g-1 K-1 (spezifisch) (rhombisch)
Debye-Temperatur:1480 K Thermische Leitfähigkeit:27,4 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:28,9 μm m-1 K-1, 25 °C, β-B Elektrische Leitfähigkeit:1,0 × 10-4 A V-1 m-1 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:106 Ω × m bei 20 °C Dichte:2,460 g cm-3
2,08 g cm-3 (flüssig, am Schmelzpunkt)
Elastizitätsmodul:440 GPa, β-B (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):178 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,00562 GPa-1 300 K Kristallstruktur:rhomboedrisch Härte:nach Mohs: 9,5
nach Vickers: 49 GPa
Magnetismus:diamagnetisch Magnetische Suszeptibilität:-6,7 × 10-6 cm3 mol-1 Schallgeschwindigkeit:16200 m s-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol-1 (Feststoff, Kristall)
565,0 kJ mol-1 (gasförmig)
Gibbs Freie Enthalpie:521,0 kJ mol-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:5,9 J mol-1 K-1 (Feststoff, Kristall)
153,4 J mol-1 K-1 (gasförmig)

 

Bor ähnelt dem Kohlenstoff in seiner Fähigkeit, stabile kovalent-gebundene molekulare Netzwerke zu bilden. Auch ungeordnetes (amorphes) Bor enthält reguläre Bor-Ikosaeder, die jedoch ohne Fernordnung willkürlich miteinander verbunden sind. Kristallines Bor ist ein sehr hartes, schwarzes Material mit einem Schmelzpunkt von über 2000 °C. Es bildet vier Hauptpolymorphe: Das α-rhomboedrische (α-R), das β-rhomboedrisch (β-R), das γ- und das β-tetragonale Bor (β-T); eine α-tetragonale (α-T) Phase existiert ebenfalls, diese ist jedoch sehr schweirig ohne erhebliche Verunreinigungen herzustellen.

 

Externe Informationsangebote



Informationen, Daten zum Element

Bor: Nichtmetall der 3. Hauptgruppe
Vorlesungsskript: Chemie der Nichtmetalle. Universität Freiburg

Borchemie
Aspekte zur Chemie des Bors. ChidS - Format: PDF

Struktur: Bor
Vorlesungsskript: Anorganische Strukturchemie. Universität Freiburg



Gruppenelemente - Informationen

Borgruppe, 3. Hauptgruppe, Erdmetalle, Triele: Al, Ga, In, Tl
Vorlesungsskript: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

Borgruppe, III. Hauptgruppe
Vorlesungsmaterialien: Anorganische Chemie. ETH Zürich - Format: PDF



Verbindungsklassen

Borane
Vorlesungsskript: Chemie der Nichtmetalle. Universität Freiburg

Borate - Strukturchemie
Dissertation: Beiträge zur Strukturchemie der Borate. Universität München

Borazide und Borylnitrene
Synthese, Charakterisierung und Untersuchungen zum Reaktionsverhalten von Boraziden und Borylnitrenen : C-H-Transformation und direkte Aminierung von Alkanen. Dissertation, 2010. Universität Bochunm

Bor-Oxide
Vorlesungsskript: Strukturchemie der Oxide. Universität Freiburg

Bor-Stickstoff-Verbindungen
Beiträge zur Chemie der Bor-Stickstoff-Verbindungen: Synthesen und Reaktionen von N-Sulfinylaminen des Bors. Dissertation, 2001. Universität Bochum

Boryl- und Borylenkomplexe
Synthese, Struktur und Reaktivität von Boryl- und Borylenkomplexen später Übergangsmetalle. Dissertation, 2008. Universität Würzburg

closo-Dodekaboraten
Untersuchungen zu Reaktivität, Aufbau und struktureller Dynamik von salzartigen closo-Dodekaboraten. Universität Stuttgart

N-Sulfinylamine des Bors
Beiträge zur Chemie der Bor-Stickstoff-Verbindungen: Synthesen und Reaktionen von N-Sulfinylaminen des Bors. Dissertation, 2001. Universität Bochum



Einzelne Verbindungen

Bor und Borverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche



Spektroskopische Daten, Spektren

Bor-11: Chemische Verschiebungen
Tabelle: 11B chemical shifts. Universität Potsdam - [engl.]



Geochemie und Biogeochemie

Borhaltige Minerale
Informationen zum Bor und den Bormineralien. Mineralien Atlas



Dissertationen

Organoborane
Stereoselektive Synthese mit Organoboranen und Mechanistische Studien zur Selektivität von Umlagerungen. Dissertation, 2003. LMU München



Newsarchiv

Bor-Sauerstoff-Dreifachbindung
Chemikern der Universität Würzburg ist es erstmals gelungen, eine stabile Dreifachbindung zwischen den Elementen Bor und Sauerstoff zu knüpfen

Chemische Bindung in Hochdruck-Bor-Kristallen
Ein Forscherteam hat chemische Bindungen entdeckt, die in borhaltigen Materialien bisher unbekannt waren

Eine neue Stoffklasse: Borosulfate
Augsburger und Freiburger Festkörperchemiker stellen mit dem von ihnen entdeckten Kaliumborosulfat eine neue Art von Verbindungen mit hervorragend maßschneiderbaren Eigenschaften vor.

Neues zur Borchemie
Über das Element Bor weiß weltweit wohl niemand so gut Bescheid wie das Team von Professor Holger Braunschweig an der Universität Würzburg: Zurzeit berichten gleich drei hochrangige Fachzeitschriften über Fortschritte, die den Würzburgern in der Bor-Chemie gelungen sind.

Abbildung: Molekül mit einer Bor-Bor-Dreifachbindung, erstmals synthetisiert von Chemikern der Universität Würzburg [Bild: Rian Dewhurst / Krzysztof Radacki].

Superharte Phase von Bor entdeckt
Ein Forschungsteam mit Beteiligung der ETH Zürich hat eine Form des Elementes Bor gefunden, die nach Lehrbuch gar nicht existieren dürfte: einen ionischen Kristall.
Abbildung: Bei einem Druck zwischen 19 und 89 Gigapascal formieren sich die Bor-Atome zu negativ geladenen Ikosaedern (violett) und positiv geladenen Hanteln (orange). [Bildquelle: zVg, ETH Zürich]

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 31.01.2020.



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