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Bor

(ehem. Symbol B). Vorwiegend nichtmetallisches, säurebildendes Element, das aus seinen Verbindungen heraus u. a. als amorphes und kristallisiertes (Kristall) Bor dargestellt werden kann. Es wird in einer Vielzahl von Chemikalien (Borsäure, Borwasser) und in der Technik, als Hartstoff (Hartmetalle) in Form von Borcarbid (Carbide) benutzt, der nach Diamant (Kohlenstoff) der härteste bekannte Stoff ist. Zum Schleifen dient es sowohl als loses Schleifkorn als auch in Scheiben eingebunden. Gesinterte (Sintern) Formteile aus Borcarbid, wie Düsen für das Sandstrahlen, weisen hohe Festigkeit und großen Reibverschleißwiderstand auf. B. zusätzlich bis etwa 1% verbessern die Langzeit-Warmfestigkeit austenitischer (Austenit) Stähle. Stahllegierungen (Legierung) mit bis rund 2 % Bor werden wegen ihrer hohen Neutronenabsorptionsfähigkeit (Absorption) als Material für die Steuerstäbe in Atomkraftwerken (Atomkraftwerk) eingesetzt. B, Element der Hauptgruppe III des Periodensystems, der Erdmetalle, Ordnungszahl 5. Bor hat die Elektronenkonfiguration [He]2s22p1 und besteht in der Natur aus zwei Isotopen (Tabelle 1)

 

Bor 1: Wichtige Isotope.

Isotop

Natürliche

Häufigkeit

[%]

Atommasse

Halbwerts-

zeit T1/2

Verwendung

10B

19,9

10,012937

stabil

NMR

11B

80,1

11,009305

stabil

NMR

 

In der Kerntechnik wird das Isotop Bor in Form von Metallboriden und Borcarbiden als Neutronenfänger und für Bremsstäbe eingesetzt, da es einen grossen Einfangquerschnitt sowohl für thermische als auch für hochenergetische (104-106eV) Neutronen besitzt. In der Flugzeug- und Hochtemperaturreaktortechnik wird die Eigenschaft der Boride genutzt, mit Metallen äusserst harte und hitzebeständige Materialien (z.B. TiB2, ZrB2, CrB2) zu bilden. Für Panzerungen von niedrigem Gewicht (z.B. Flugzeuge) sind Borcarbid oder Berylliumborid geeignet. Hochreines Bor ( > 99,99%) wird in ppm Germanium und Silicium zugesetzt, um Halbleiter vom p-Typ herzustellen. _[AFM]

Bor 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

Ordnungszahl

 

 5

Relative Atommasse (12C = 12,0000)

 

 10,811

Dichte (b-rhombisch) [gcm-3]

 

 2,34

Molvolumen [cm3]

 

 4,6

Oxidationszahl

 

 BIII

Photoelektrische Arbeit [eV]

 

 4,45

Kristallstruktur

            a-B

            b-B

 

tetragonal

rhomboedrisch

rhomboedrisch

orthorhombisch

 

monoklin

hexagonal

Gitterkonstante [nm]

a = 0,8740; c = 0,506

a = 0,5067; a = 58°4´

a = 1,0145; a = 65°12´

a = 1,015; b = 9,895;

c = 1,790

a = 1,013; b = 0,893;

c = 1,786; a, b, g = 90°

a = 1,198; c = 0,954

Raumgruppe

            a-B

            b-B

 

tetragonal

rhomboedrisch

rhomboedrisch

 

P42/nnm

R3m

R3m, R32

 

Bor 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

Siedetemperatur (sublimiert) [K]

 2823

Schmelztemperatur [K]

 2573

Siedeenthalpie [kJmol-1]

 378

Schmelzenthalpie [kJmol-1]

 22,2

Wärmeleitfähigkeit [Wm-1K-1]

 27

Spezifische Wärme [kJkg-1K-1]

 1,030

Thermischer Längenausdehungskoeffizient [10-6K-1]

 5

Spezifischer Widerstand [104Wm]

 1,8

Spezifische magnetische Suszeptibilität [10-9kg-1m3]

 -7,8

 

Bor 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

Termsymbol

 2P1/2

1. Ionisierungsenergie [eV]

 8,298

2. Ionisierungsenergie [eV]

 25,155

Elektronenaffinität [eV]

 0,277

Elektronegativität (Pauling)

 2,0

effektive Kernladung (Slater)

 2,60

Magnetisches Moment [mB]

 0,577

Ionenradius  [nm]

 0,035

Kovalenzradius [nm]

 0,088

v.d. Waals-Radius [nm]

 0,208

Atomradius [nm]

 0,097

Kernspin

10B

11B

 

3

3/2

Magnetisches Moment [mK]

10B

11B

 

1,8006

2,6885

Einfangquerschnitt für thermische

Neutronen [barn]

 

672

 

 

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