Allgemeines

• Wie Si-Wasserstoffe sind auch Borwasserstoffe molekulare, leichtflüchtige und vielfältige Verbindungen.
• BCl₃ ist wie SiCl₄ flüssig, monomer und leicht hydrolysierbar.
• Die Oxide beider Elemente neigen zur Glasbildung.
• Aus B(OH)₃ entstehen, wie auch aus Si(OH)₄ durch Kondensation höhermolekulare Säuren.
• Borate sind sogar noch interessanter als Silicate, da nicht nur BO₄-Tetraeder sondern auch trigonal-planare BO₃-Baugruppen auftreten können.
• Beide Elemente sind leicht, hochschmelzend und kovalente Hartstoffe

1. durch die Ausbildung von B-X-PI-Bindungen, wie z.B. im Monomeren BX₃-Molekül. Die B-X-Abstände lieben zwischen dem einer Einfach- und einer Doppelbindung.
2. durch die Bildung von Lewis-Säure/Base-Addukten, wie z.B. in BH₃, das leicht Boranate ??? bildet gemäß BH₃ + H^- ⟶ [BH₄]^-
3. durch die Ausbildung von B-X-B-Mehrzentrenbindungen, bei denen man weiter unterscheiden kann in
   • B-H-B Dreizentren-2-Elektronenbindung, wie z.B. in B₂H₆, wo Bor tetraedrisch koordiniert ist.
   • Geschlossene B₃ Dreizentren-2-Elektronen-Bindung wie z.B. in B₆H₆^2- (Oktaeder), in den B-Modifikationen und in Boranen.
   • Offene B-B-B Dreizentren-2-Elektronenbindung wie z.B. in B¹⁰H¹⁴ (offene Kante der nido-Borane).

• eine große Zahl von Elementmodifikationen.
• zahlreiche Metallboride.
• die Wasserstoffverbindungen (Borane).
• Carbaborane.
• B-N-Verbindungen, die isoelektronisch zum Kohlenstoff sind.

Vorkommen

Darstellung

• Die Reduktion durch Metalle verläuft exotherm und liefert Bor in einer Reinheit von 95%: B₂O₄ +3 Mg ⟶ 2 B + 3 MgO
• Eine weitere Möglichkeit ist die elektrolytische Reduktion von Borat- bzw. Fluoroboratschmelzen (z.B. von KBF₄ bei 800^oC).
• Flüchtige B-Verbindungen können mit Wasserstoff reduziert und an einem erhitzen Ta-Draht abgeschieden werden.
• Bor entsteht auch bei thermischer Zersetzung von B-Hydriden bzw. -Halogeniden.

Eigenschaften

Abb. 8.1.1. Elementares Bor

Einzelne Modifikationen

• Die Strukturen enthalten leere (!) B₁₂-Ikosaeder.
• Jede Ikosaederfläche entspricht einer Zwei-Elektronen-Drei-Zentren-Bindung.
• Nach den Wade'schen Regeln hat ein geschlossenes Ikosaeder N+1, d.h. insgesamt 13 Molekülorbitale.
• Die Koordinationszahlen der B-Atome liegen zwischen 4 und 9.
• Es treten sowohl offene als auch geschlossene 2-e^--3-Zentrenbindungen vor.

• α-rhomboedrisches Bor besteht aus einer kubisch dichtesten Kugelpackung kovalent verknüpfer Ikosaeder. Die Wadeschen Regeln lassen sich hier wie folgt anwenden: In der Schicht (111) ist jedes Ikosaeder mit sechs weiteren Nachbarikosaedern über Dreizentrenbindungen verknüpft. Zwischen den Schichten bestehen nochmals sechs weitere 'normale' B-B-Bindungen zur nächsten Schicht. Die Elektronenbilanz nach Wade ist damit: In der primitiven Aufstellung der rhomboedrischen Elementarzelle befindet sich genau ein Ikosaeder in der Zelle, d.h. es stehen 36 Elektronen (12 * 3) zur Verfügung. Für dieses sind nach Wade N+1, d.h. 13 Elektonenpaare bzw. 26 Elektronen erforderlich, so daß 10 Elektronen für 'Exo' Bonds zur Verfügung stehen. Jedes Ikosaeder ist an sechs der zwölf Ecken über normale 2-Zentrenbindungen verknüpft. Hierfür werden damit 12/2, d.h. 6 Elektronen benötigt. Die restlichen verbleibenden vier Elektronen bilden die Verknüpfung der Ikosaeder an sechs Ecken über die 3-Zentrenbindungen: Jede 3-Zentrenbindung gehört zu drei Ikosaedern, d.h. je 2/3 der Elektronen pro beteiligtem B-Atom, hierfür reichen also die 2/3 * 6 = 4 Elektronen! (q.e.d.) Entsprechende Rechnungen gelten für fast alle Boride, sie sind aber z.T. sehr kompliziert. Ein weiteres einfaches Beispiel ist die Struktur von CaB₆, das ebenfalls elektronenpräzise nach Wade ist.
• β-rhomboedrisches Bor ist die thermodynamisch stabile Form. Sie enthält Ikosaeder und gekappte Tetraeder. Mit jedem Ikosaeder sind 20 gekappte Tetraeder über Flächen verknüpft. Die Umhüllende dieser Anordnung entspricht dem Fußball (vgl. Fullerene), allerdings sind alle Fünfecke einspringende Regenschirme. Beim Aufbau der Gesamtstruktur ist zu berücksichtigen, daß jedes dieser einspringenden Ecken wieder zu einem weiteren Ikosaeder gehört!

Komplettes Polyeder	- 1 gekapptes Tetraeder	- 2 gekappte Tetraeder	- 3 gekappte Tetraeder	- 4 gekappte Tetraeder	- 5 gekappte Tetraeder

• α-tetragonales Bor enthält B₁₂-Ikosaeder, dazwischen fehlgeordnetes B. Vermutlich ist diese Form nur stabil, wenn kleine Mengen C oder N enthalten sind. Sie kann nur durch epitaktisches Wachstum auf B₄₈B₂C₂ dargestellt werden.

  Abb. 8.1.3. Kristallstruktur von α-tetragonalem Bor. ‣VRML