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Chemisches Verhalten von Bor

Elementares Bor ist reaktionsträge und reagiert meist erst bei höheren Temperaturen. Auch starke nichtoxidierende Säuren greifen es nicht an. Mit Li-Metall reagiert es ab ca. 250$ ^\circ$C mit $ Cl_2, Br_2, O_2,$ $ S$ und $ N_2$ oberhalb von 400$ ^\circ$C . Bei hohen Temperaturen kann Bor $ H_2O, CO_2$ und $ SiO_2$ zu $ H_2, C$ und $ Si$ reduzieren. Obwohl die Differenz der Elektronegativitäten zwischen B und den Nichtmetallen recht gross ist, gibt es keine Salze mit $ B^{3+}-$Kationen. Die polarisierende Wirkung von $ B^{3+}$ ist so gross, dass immer Verbindungen mit starkem kovalentem Bindungsanteil entstehen.

Bor neigt zur Koordinationszahl drei und damit zur $ sp^2-$Hybridisierung. Dadurch sind gute Voraussetzungen für $ \pi -$Bindungen gegeben:

Abbildung 25: Ausbildung von $ \pi-$Bindungen am Beispiel von BF$ _3$.
Das Boratom bildet mit nichtbindenden Elektronen der F-Atome $ \pi-$Bindungen. Durch die delokalisierte $ \pi-$Bindung verkürzt sich die Bindungslänge auf 130 pm (B-F 145 pm, B=F 125 pm), die Lewis-Acidität verringert sich.
\input{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/xfig/al2_31_pi-bind.latex}

Durch Ausbildung der Doppelbindung(en) erreicht Bor auch eine Oktettelektronenkonfiguration.
Durch Dimerisierung bzw. Polymerisierung kann mit solchen Monomeren ein neuer Bindungstyp aufgebaut werden, die Dreizentrenbindung.

$\displaystyle H_2BH + HBH_2 \longrightarrow H_2BH_2BH_2 \qquad \Delta H^\circ = -164 kJ mol^{-1}~
$

In den Elementstrukturen, aber auch in Borverbindungen sind häufig Dreizentrenbindungen anzutreffen. Man unterscheidet:
Geschlossene Dreizentrenbindungen

\includegraphics[width=.5\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_dreizentr_geschl}
geschlossene B-B-B-Dreizentrenbindung

Offene Dreizentrenbindungen

\includegraphics[width=1.0\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_dreizentr_offen}
links: offene B-B-B-Dreizentrenbindung.
rechts: MO-Schema eienr B-H-B-Dreizentrenbindung

Letztere ist typisch für die reichhaltige Familie der Borpolyeder in Boranen und Boriden. Üblicherweise klassifiziert man die Boride nach ihren B-Netzwerktypen, weil davon unterschiedliche, interessante Sorten auftreten. Neben isolierten $ X^{\delta -}-$ und $ X_2^{\quad\delta -}-$ (X=B, C), die auch in Carbiden häufig sind, findet man u.a.:
B-Ketten

Isolierte B-Atome Mn$ _4$B; M2$ _3$B (Tc, Re, Co, Ni, Pd); Pd$ _5$B$ _2$;
Die B-B-Abstände liegen Me$ _7$B$ _3$(Tc, Re, Ru, Rh); Me$ _2$B (Ta, Mo, W, Mn,
zwischen 210 und 330 pm Co, Ni)
Isolierte B$ _2$-Paare Cr$ _5$B$ _3$; Me$ _3$B$ _2$(V, Nb, Ta)
B-B-Abstände: 179-180 pm
Bor-Zickzackketten Me$ _3$B$ _4$ (Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mn, Ni)
\includegraphics[width=.3\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_borzickzack} MaB(Ti, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni)
B-B-Abstände: 175-185 pm

B-Sechsringbänder

Bor-Doppelketten Me$ _3$B$ _4$ (V, Nb, Ta, Cr, Mn)
\includegraphics[width=.3\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_bordoppelkett}  
B-B-Abstand: 175 pm  

graphitartige Schichten

Bor-Schichten  
\includegraphics[width=.3\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_borschichten} MeB$ _2$ (Mg, Al, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Ru, Os, U, Pu)
Me$ _2$B$ _5$ (Ti, W, Mo)
B-B-Abstände: 170-186pm  

zweidimensional vernetzte Schichten

\includegraphics[width=.5\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_netzschicht}
dreidimensional vernetzte Oktaedergerüste

Boride mit grossen Borgehalten bilden Strukturen mit einem dreidimensionalen Netzwerk aus Boratomen.

\includegraphics[width=.4\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_MeB4} \includegraphics[width=.4\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_31_MeB6}
links: MeB$ _4$ (Ho, Er, Tm, Lu, Ca, Y, Mo, W, Th)
rechts: MeB$ _6$ (Ca, Sr, Ba, Eu(II), Yb(II), La, Lanthanoide, Th)



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letzte Änderung: 2006-02-24