Vorkommen und Darstellung

Es gibt keine elementaren (gediegenen) Vorkommen der E13 in der Natur. Bor ist selten (0.0018 % in der Erdkruste) und tritt meist in Form von Oxiden auf:

Obwohl Bor eher zu den seltenen Elementen gehört, ist es ein wichtiger Gerüstbaustein von Pflanzen (Zellmembranen, Pollenschläuche).
Bor tritt in einer grossen Zahl verschiedener Modifikationen auf, von denen allein sechs $B_{12}-$ Ikosaeder enthalten.

Am stabilsten ist die sogenannte $\beta -$ rhomboedrische Form, deren Struktur eine Anordnung aus 13 $B_{12}-$ Einheiten besteht, die wiederum ikosaedrisch angeordnet sind und dabei automatisch ein fullerenartiges Arrangement bilden.

Abbildung 20: B $_{12}$ -Ikosaeder (Zwanzigflächner).
Alle Atome sind äquivalent. Jedes Atom liegt auf einer fünfzähligen Achse (C

) und hat 5 Nachbarn.
Die 12 B-Atome bilden 13 bindende Molekülorbitale. Der B $_{12}$ -Ikosaeder erhält seine maximale Stabilität durch Besetzung dieser Mos mit 26 Valenzelektronen. Von den 36 Valenzelektronen der 12 B-Atome stehen noch 10 für Bindungen nach aussen zur Verfügung.

$\includegraphics[width=.2\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_B12_1}$

$\includegraphics[width=.3\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_B12_2}$

Bor ist in der (unter Normalbedingungen) stabilen Modifikation hart und elektrisch halbleitend. Nach Kohlenstoff (Diamantform) ist es das zweithärteste Element (Mohs-Härte-Skala 9.3).

**Abbildung 21:** Koordination der B $_{12}$ -Ikosaeder
$\includegraphics[width=0.5\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_B12_3}$

**Tabelle 8:** Härteskala nach MOHS (nach RAMDOHR und STRUTZ)
Mineral	Ritzhärte	Schleifhärte	Mittelwerte aus 8 verschiedenen Methoden	Geometrische Reihe
Talk	1	0,03	1,08	1,56
Gips	2	1,04	2,36	3,12
Calcit	3	3,75	6,99	6,25
Fluorit	4	4,2	12,1	12,5
Apatit	5	5,4	25,7	25.0
Feldspat	6	30,8	49,5	50,0
Quarz	7	100	100	100
Topas	8	146	143	200
Korund	9	833	342	400
Diamant	10	117000	-	800

Aluminium ist mit 7.3% das dritthäufigste Element in der Erdkruste. Es tritt in Form von Feldspäten

und Bauxit (überwiegend

, Weltförderung 1986 : $9 \cdot 10^7$ t, 36% in Australien) auf. Aus letzterem wird elementares Al nach dem Bayerverfahren dargestellt. Zunächst muss Eisen abgetrennt werden

Da der gebildete Korund erst bei 2050 $^\circ$ C schmilzt, gibt man Kryolith,

(90%) und erhält so eine Schmelze, die bei 950-980 $^\circ$ C elektrolysiert werden kann.
Für 1t Al (99.8-99.9% Reinheit) benötigt man $1.4 \cdot 10^4$ kWh.

Aluminium und seine Legierungen stellen nach den Eisenverbindungen die wichtigsten Gebrauchsmetalle (Weltproduktion 1989 : $1.8\cdot10^7$ t). Aluminium kristallisiert in für E13 untypischer Weise mit einer kubisch-flächenzentrierten Struktur.

Durch ``Verunreinigung'' von Korund mit Chrom entsteht Rubin (rot) und mit Eisen und Titan Saphir (grün); beides sind Edelsteinarten.

**Abbildung 22:** Aluminiumherstellung durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid AlO
$% \input{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/xfig/al2_31_Al-schmelzelektrol.pstex_t}$

Gallium, Indium und Thallium treten in der Natur nur in geringen Mengen auf. Die ersteren zwei zusammen mit Zinkblende, ZnS und Tl mit Pyrit, FeS

. Sie können durch Elektrolyse ihrer Salzlösungen hergestellt werden, weil eine passivierende Oxidschicht entsteht (E $^\circ$ (Ga)=-0.529V).

Gallium kristallisiert in einer Struktur mit Ga-Ga-Paaren, die an halbe Ikosaeder geknüpft sind (Abb. 23).

Die Struktur von Indium ist eine verzerrte kubisch dichteste Kugelpackung (KP), die von Tl eine hexagonal dichteste KP (Abb. 24).

Abbildung 23: Die $\alpha$ -Galliumstruktur entlang der x-Achse oder auf die Kanten der Schichten gesehen. Die starken Bindungen zwischen den Schichten sind als dreifache Verbindungen gezeichnet.

$\includegraphics[width=.4\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_gallium}$

**Abbildung 24:** Hexagonale- und kubisch dichteste Kugelpackung.
$\includegraphics[width=.8\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_kugelpack}$

Kernit
Borax	$(Na_2B_4O_7)(H_2O)_{10}$
Borocalcit