Bortrioxid

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

Geschichte

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 gasförmigem Bortrioxid mit Wasserstoff im Lichtbogen gewonnen.

Gewinnung und Darstellung

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

$2\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{B}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+190,5\mathrm{k}\mathrm{J}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

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

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

Eigenschaften

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

$\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{M}\mathrm{g}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}2\mathrm{B}+3\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{O}\mathrm{\Delta }\mathrm{H}=-533\mathrm{k}\mathrm{J}$

Bortrioxid (α-Bortrioxid) kristallisiert trigonal in der Vorlage:Raumgruppe bzw. Vorlage:Raumgruppe mit den Gitterparametern a = 434 pm und c = 834 pm sowie sechs Formeleinheiten pro Elementarzelle. 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 ${}_{\mathrm{\infty }}^{\mathrm{3}}\mathrm{\{}\mathrm{[}\mathrm{B}{O}_{\mathrm{3}/\mathrm{2}}^{\mathrm{e}}\mathrm{]}\}$ 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).

Bortrioxid wird aufgrund seiner Reproduktionstoxizität seit Juni 2012 als „Substance of Very High Concern“ (deutsch: „Besonders besorgniserregende Stoffe“) eingestuft.

Verwendung

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 und Bestandteil (Borsilikatglas, Borphosphatglas) in Emails und Gläsern. In heißgepresster Bornitrid-Keramik ist es in Mengen von 2–6 Prozent Bindemittel. Bortrioxid wird unter anderem auch als Feuerlöschmittel bei Bränden von Metall eingesetzt. Im Labor kann es verwendet werden, um organische Lösungsmittel zu trocknen. Dabei ist es besonders für Aceton geeignet, da hierbei nicht wie mit vielen anderen Trocknungsmitteln Mesityloxid entsteht.