Bortrioxid

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Kristallstruktur
Kristallstruktur von Bortrioxid
__ B3+      __ O2−
Allgemeines
Name Bortrioxid
Andere Namen
  • Dibortrioxid
  • Borsesquioxid
  • Borsäureanhydrid
  • Borsäureglas
  • Bor(III)oxid
Verhältnisformel B2O3
CAS-Nummer 1303-86-2
Kurzbeschreibung

farblose, hygroskopische Masse[1]

Eigenschaften
Molare Masse 69,62 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

2,56 g·cm−3 (kristallin)[2]
1,83 g·cm−3 (amorph)[2]

Schmelzpunkt

475 °C (kristallin)[2]

Siedepunkt

2250 °C[2]

Löslichkeit

gering löslich in Wasser: 36 g·l−1 (25 °C)[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [4]
08 – Gesundheitsgefährdend

Gefahr

H- und P-Sätze H: 360FD
P: 201​‐​308+313 [3]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [5] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [4]
Giftig
Giftig
(T)
R- und S-Sätze R: 60​‐​61
S: 53​‐​45
Einstufung nach REACH

besonders besorgnis­erregend[6]: fortpflanzungs­gefährdend (CMR)

Toxikologische Daten

3163 mg·kg−1 (LD50Mausoral)[7]

Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−1273,5(14) kJ/mol[8]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Bortrioxid oder Dibortrioxid ist eine chemische Verbindung der Elemente Bor und Sauerstoff mit der Summenformel B2O3.

Geschichte[Bearbeiten]

Bortrioxid war Ausgangspunkt zur ersten Darstellung von Bor. Im Jahre 1808 gelang den französischen Chemikern Joseph Louis Gay-Lussac und Louis Jacques Thénard erstmals die Darstellung von unreinem Bor aus Bortrioxid durch Reduktion mit Kalium. Das erste hochreine Bor wurde dann im Jahre 1909 von dem amerikanischen Chemiker W. Weintraub durch die Reduktion von Bortrioxid mit Wasserstoff im Lichtbogen gewonnen.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Glüht man Borsäure, so erhält man eine farblose, glasig-amorphe Masse (Boroxidglas)[2], die schwierig zu kristallisieren ist:

\mathrm{2 \ H_3BO_3 + 190,5 \ kJ \rightleftharpoons B_2O_3 + 3 \ H_2O}

Durch langsame Dehydratisierung von Borsäure bei 150–250 °C kann kristallines Bortrioxid hergestellt werden.[2]

Im Jahr 2007 wurden weltweit etwa 3,8 Millionen Tonnen Bortrioxid produziert. Hauptproduzenten sind die Türkei, Argentinien und Chile.[9]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Bortrioxid reagiert sauer und bildet Borsäure bei Kontakt mit Wasser. Sowohl die amorphe[10] als auch die kristalline[11] Form sind hygroskopisch. Bei Reduktion mit Magnesium, Kalium, Wasserstoff und anderen entsteht Bor.

\mathrm{B_2O_3 + 3 \ Mg \rightleftharpoons 2 \ B + 3 \ MgO \ \ \Delta H = -533 kJ }

Bortrioxid (α-Bortrioxid) kristallisiert trigonal in der Raumgruppe P3121 bzw. P3221 mit den Gitterparametern a = 434 pm und c = 834 pm sowie sechs Formeleinheiten pro Elementarzelle.[12] In der Kristallstruktur ist jedes Boratom von je drei Sauerstoffatomen planar umgeben, die einzelnen [BO3]3−-Einheiten sind über alle drei Sauerstoffatome jeweils mit benachbarten Boratomen verbunden, wodurch sich ein dreidimensionales Netzwerk ergibt. Dieses Netzwerk lässt sich mit der Niggli-Formel \mathrm{{}^3_\infty\lbrace[BO_{3/2}^e]}\rbrace beschreiben, wodurch sich ein Bor-Sauerstoff-Verhältnis von 1:1,5 bzw. 2:3 ergibt, was sich in der chemischen Formel B2O3 widerspiegelt. Bei der Verbindung B2O3 handelt es sich korrekt betrachtet damit nicht um ein Trioxid, sondern um ein Sesquioxid.

Neben der α-Form und der amorphen Form existiert auch eine Hochtemperaturvariante (β-Bortrioxid).[13]

Verwendung[Bearbeiten]

Bortrioxid ist ein Ausgangsstoff zur Herstellung weiterer Borverbindungen (z. B. reinem Bor, Borkarbid, Borsäuretrimethylester durch Auflösung in Methanol, Diboran durch Hydrierung). Praktische Verwendung findet es als Flussmittel bzw. Bestandteil (Borsilikatglas, Borphosphatglas) in Emails und Gläsern. In heißgepresster Bornitrid-Keramik vermag es in Mengen von 2–6 % als Bindemittel zu fungieren. Bortrioxid wird unter anderem auch als Feuerlöschmittel bei Bränden von Metall eingesetzt.[14]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Bortrioxid. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 17. Juli 2014.
  2. a b c d e f Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie 102. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin und New York 2007, ISBN 978-3-11-017770-1. S. 1104.
  3. a b Eintrag zu Bortrioxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 28. Dezember 2007 (JavaScript erforderlich).
  4. a b Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 1303-86-2 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
  5. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  6. Eintrag zu CAS-Nr. 1303-86-2 in der SVHC-Liste der Europäischen Chemikalienagentur, abgerufen am 17. Juli 2014.
  7. Datenblatt Bortrioxid bei AlfaAesar, abgerufen am 3. Februar 2010 (JavaScript erforderlich)..
  8. David R. Lide (Ed.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90th Edition (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, CODATA Key Values for Thermodynamics, S. 5-1.
  9. Boron (PDF; 88 kB). In: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2009.
  10.  von Karl-Heinz Lautenschläger: Taschenbuch der Chemie - Karl-Heinz Lautenschläger. Harri Deutsch Verlag, 2007, ISBN 978381711760-4, S. 218 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  11.  Eberhard Gerdes: Qualitative Anorganische Analyse. Springer DE, 2001, ISBN 364259021-7, S. 230 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  12. Herta Effenberger, Christian L. Lengauer, Erwin Parth: Trigonal B2O3 with Higher Space-Group Symmetry: Results of a Reevaluation. In: Monatshefte für Chemie/Chemical Monthly. 132, , S. 1515–1517, doi:10.1007/s007060170008.
  13. V.A. Mukhanov, O.O. Kurakevych, V.L. Solozhenko: On the hardness of boron (III) oxide (PDF; 278 kB): Results of a Reevaluation. In: Journal of Superhard Materials. 30, , S. 71–72, doi:10.3103/S1063457608010097.
  14. Gisbert Rodewald, Alfons Rempe, Kohlhammer: Feuerlöschmittel 7. Auflage, ISBN 3-17-018492-X.