Was ist die Struktur von Bor?
Die Atomstruktur von Bor, Element Nummer 5 im Periodensystem, zeigt eine vollständige innere Hülle aus zwei Elektronen, wobei sich drei Elektronen in der äußersten Hülle befinden, wodurch dem Atom drei Valenzelektronen für die Bindung zur Verfügung stehen. In dieser Hinsicht ähnelt es Aluminium, dem nächsten Element in der Borgruppe; Anders als Aluminium kann es jedoch keine Elektronen an andere Atome abgeben, um eine ionische Bindung mit einem B 3+ -Ion zu bilden, da die Elektronen zu eng an den Kern gebunden sind. Bor akzeptiert im Allgemeinen keine Elektronen, um ein negatives Ion zu bilden, daher bildet es normalerweise keine ionischen Verbindungen - die Chemie von Bor ist im Wesentlichen kovalent. Die Elektronenkonfiguration und das daraus resultierende Bindungsverhalten bestimmen auch die Kristallstruktur von Bor in seinen verschiedenen Elementarformen.
Borverbindungen können oft als "elektronenarm" bezeichnet werden, da weniger Elektronen an der Bindung beteiligt sind, als für normale kovalente Bindungen erforderlich sind. In einer einzigen kovalenten Bindung teilen sich die Atome zwei Elektronen und in den meisten Molekülen folgen die Elemente der Oktettregel. Die Strukturen von Borverbindungen wie Bortrifluorid (BF 3 ) und Bortrichlorid (BCl 3 ) zeigen jedoch, dass das Element nur sechs und nicht acht Elektronen in seiner Valenzschale enthält, was sie zu Ausnahmen von der Oktettregel macht.
Ungewöhnliche Bindungen finden sich auch in der Struktur von Borverbindungen, die als Borane bekannt sind. Die Untersuchung dieser Verbindungen hat zu einer gewissen Überarbeitung der Theorien chemischer Bindungen geführt. Borane sind Verbindungen von Bor und Wasserstoff, wobei das einfachste das Trihydrid BH 3 ist . Auch diese Verbindung enthält ein Boratom, das zwei Elektronen von einem Oktett entfernt ist. Diboran (B 2 H 6 ) ist insofern ungewöhnlich, als jedes der beiden Wasserstoffatome in der Verbindung sein Elektron mit zwei Boratomen teilt - diese Anordnung ist als Dreizentren-Zwei-Elektronen-Bindung bekannt. Mittlerweile sind mehr als 50 verschiedene Borane bekannt, und die Komplexität ihrer Chemie ist mit der der Kohlenwasserstoffe vergleichbar.
Elementares Bor kommt auf der Erde nicht auf natürliche Weise vor und ist schwer in reiner Form herzustellen, da die üblichen Methoden - zum Beispiel die Reduktion des Oxids - schwer zu entfernende Verunreinigungen hinterlassen. Obwohl das Element erstmals 1808 in unreiner Form hergestellt wurde, wurde es erst 1909 in ausreichender Reinheit hergestellt, um seine kristalline Struktur zu untersuchen. Die Grundeinheit für die kristalline Struktur von Bor ist ein B 12 -Ikosaeder, wobei an jedem der 12 Eckpunkte ein Boratom an fünf andere Atome gebunden ist. Das interessante Merkmal dieser Struktur ist, dass die Boratome Halbbindungen bilden, indem sie ein Elektron anstelle der üblichen zwei Elektronen in einer kovalenten Bindung teilen. Dies gibt den Boratomen eine effektive Wertigkeit von 6, wobei an jedem Scheitelpunkt eine zusätzliche Bindung verfügbar ist, damit sie an benachbarte Einheiten binden können.
Ikosaeder packen nicht fest zusammen und hinterlassen Hohlräume in der Kristallstruktur, die durch Boratome oder andere Elemente gefüllt werden können. Eine Reihe nützlicher Bor-Metall-Legierungen und Borverbindungen mit B 12 -Ikosaedern in Kombination mit anderen Elementen wurden hergestellt. Diese Materialien zeichnen sich durch ihre Härte und hohen Schmelzpunkte aus. Ein Beispiel ist Aluminiummagnesiumborid (BAM) mit der chemischen Formel AlMgB 14 . Dieses Material zeichnet sich durch den niedrigsten bekannten Reibungskoeffizienten aus - das heißt, es ist extrem rutschig - und wird als strapazierfähige, reibungsarme Beschichtung für Maschinenteile verwendet.