Chemie der Nichtmetalle, Kap. 8.2

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Inhalt

1. Einleitung

2. Wasserstoff

3. Edelgase

4. Halogene

5. Chalkogene

6. Pentele

7. Tetrele

8. Bor

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Vorlesung Chemie der Nichtmetalle

8. Nichtmetall der 3. Hauptgruppe: Bor

8.2. Boride

Boride enthalten Bor in negativen Oxidationsstufen. Man kann weiter unterschieden in Metallboride und Nichmetallboride.

Metall-Boride

Bor-Verbindungen mit Metallen reichen von echten metallischen Verbindungen (mit den Übergangsmetallen) bis hin zu ionischen Boriden (mit den elektropostiven Elementen). Es handelt sich um eine sehr vielfältige Verbindungsklasse mit sehr verschiedenen Zusammensetzungen. Im folgenden einige Beispiele (nach B-Gehalt geordnet):

Verbindungen des Formeltyps M₅B und M₄B enthalten isolierte B-Atome.
In den 1:1-Verbindungen MB (z.B. dem CrB- oder FeB-Typ) treten B-B-B-Zickzack-Ketten auf.
Die Diboride MB₂ bilden i.A. den AlB₂-Typ mit planaren B-Secheckmaschen vergleichbar dem Graphit. Diese Verbindungen sind in jüngster Zeit bekannt geworden als Supraleiter mit vergleichsweise hohen Sprungtemperaturen.
Die Strukturen der Metallboride MB₄ (wie z.B. LaB₄, s. Abb. 8.2.1.) enthalten B₆-Oktaeder, die über drei-bindige B-Atome miteinander verknüpft sind.
Die bekannte Verbindungen der allgemeinen Formel MB₆ ist CaB₆: In der Struktur (Abb. 8.2.2.) sind B₆-Oktaeder über Exobond in alle drei Raumrichtungen miteinander verknüpft. CaB₆ mit seinen geschlosseenen Closo-Clustern folgt den Wade-Regeln: Die sechs B-Atome liefert 6+3=18 Elektronen, durch die Ladung von -2 kommen zwei weitere Elektornen hinzu (Gesamtelektronenzahl: 20). Zieht man hiervon für die sechs Exo-Bindungen je ein Elektron ab, so verbleiben 14 Elektronen, also 7 Elektronen-Paare (d.h. N+1 Elektronenpaare, wie für einen Closo-Cluster nach Wade erwartet. Verbindungen dieses Strukturtyps, die andere Elektronenzahlen aufweisen, haben entsprechen auch ungewöhnliche Eigenschaften. So ist z.B. LaB₆ ein elektrischer Leiter, ein Elektron befindet sich im Leitungsband. LaB₆ wird daher als Kathodenmaterial in Elektronenmikroskopen verwendet. Bei NaB₆ handelt es sich dagegen um NaB₅C.
Borreichere Boride wie z.B. MB₁₂ enthalten hochkondensierte Borid-Teilgitter mit Mehrzentrenbindung. In der Kristallstruktur von YB₁₂ (Abb. 8.2.3.) liegen bespielsweise Kubokateder aus Bor-Atomen vor, die über Exo-Bonds miteinander verknüpft sind.
Extrem Borreiche Metallboride wie z.B. MB₆₆ haben Strukturen, dei von den Bor-Modifikationen abgeleitet werden können.


Abb. 8.2.1. LaB₄ ‣VRML	Abb. 8.2.2. CaB₆ ‣VRML	Abb. 8.2.3. YB₁₂ ‣VRML

Einige Metallboride sind auch technisch sehr wichtig und zwar

als Hartstoffe, wie z.B. TiB₂, das deutlich höhere Härte und Schmelzpunkte zeigt als metallisches Titan selber.
aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften, z.B. kann die elektronische Leitfähigkeit bis zu 5-fach höher sein als in den entsprechenden reinen Metallen.
Einige Metallboride sind extrem wichtig aufgrund ihrer hartmagnetischen Eigenschaften (z.B. Nd-Fe-B = Nd??Fe??B).

Kovalente 'Boride'

Bor bildet mit den weniger elektronegativen Nichtmetallen in der Mitte des Periodensystem (wie z.B. Silicium, Stickstoff oder Kohlenstoff kovalente Boride, z.B.