Vom Flachbildfernseher bis zum Smartphone: Das Element Bor verdient mehr Aufmerksamkeit

Jedes Mal, wenn Sie Sport auf einem Flachbildfernseher sehen oder eine Nachricht durch Berühren des Bildschirms Ihres Smartphones verschicken, danken Sie einem unbesungenen Helden des Periodensystems: Bor.

Bor, das oft fälschlicherweise als „langweiliges“ Element bezeichnet wird, spielt eine vielseitige Rolle in unserem Leben.

Es ist der Hauptbestandteil von Borosilikatglas, das für seine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegen thermische Veränderungen und Chemikalien sowie für seine Stoßfestigkeit bekannt ist. Das bedeutet, dass Kochgeschirr aus Glas direkt aus dem Gefrierschrank in einen heißen Ofen gestellt werden kann und dass Laborgeräte wie Bechergläser und Reagenzgläser korrosionsbeständig sind.

Neodym-Magnete, bei denen Bor eine Rolle bei der Bildung der Kristallstruktur und der Aufrechterhaltung der Magnetisierung spielt, gehören zu den stärksten Dauermagneten, die im Handel erhältlich sind. Bor wird auch zur Herstellung von Reinigungsmitteln, Pufferlösungen, Insektiziden, Isolierungen und Halbleitern verwendet.

Australiens Böden können Bormangel aufweisen, und borhaltige Düngemittel werden verwendet, um das Wurzelwachstum und die Blüte zu fördern.

Auch wenn ich die Borchemie für die Energieumwandlung und -speicherung erforsche, hat das Element eine reiche Geschichte mit vielen praktischen Anwendungen.

Was macht Bor so besonders?

Aufgrund seiner Reaktivität kommt Bor in der Natur nur in Verbindung mit anderen Elementen vor und bildet Borsäure und anorganische Salze, die als Borate bekannt sind.

Ein Hauptgrund, warum Bor so vielseitig ist, ist sein Elektronenmangel, was bedeutet, dass es sehr gerne Elektronen von anderen Elementen annimmt und leicht viele interessante Verbindungen mit Metallen und Nichtmetallen bildet.

Zum Beispiel haben Metallboride, Verbindungen zwischen Metall (M) und Bor (B), wie Rheniumdiborid, eine hohe Härte aufgrund von ausgedehnten B-B- und M-B-Bindungen. Es gibt auch Borkarbid, eine extrem harte und leichte Keramik, die in kugelsicheren Westen und Panzerungen verwendet wird.

Bor-10 (10B), ein stabiles Isotop, das durch umfangreiche Destillation von flüchtigen Borverbindungen isoliert werden kann, hat zur Bor-Neutroneneinfangtherapie (BNCT) geführt, mit der lokal invasive bösartige Tumore wie wiederkehrende Kopf- und Halskrebserkrankungen behandelt werden können.

Der Nobelpreis für Chemie wurde mindestens dreimal an Wissenschaftler verliehen, die auf dem Gebiet der Borchemie arbeiten.

Ein jüngster Beitrag ist die „Suzuki-Kopplungsreaktion“ aus dem Jahr 2010, die die chemische Synthese revolutioniert hat und Produktentwicklungen wie das Organic Light Emitting Display (OLED) unterstützt, das für dünne, farbenfrohe Fernsehgeräte verwendet werden kann.

Bor versus Kohlenstoff

Bor und Kohlenstoff sind benachbarte Elemente im Periodensystem und ähneln sich in vieler Hinsicht. Allerdings hat Kohlenstoff wohl eine größere Bekanntheit erlangt. In jüngster Zeit wurde viel Aufmerksamkeit auf Graphen – eine Atomschicht aus Kohlenstoffatomen – gelenkt, das viele potenzielle High-Tech-Anwendungen bietet.

Ähnlich wie Kohlenwasserstoffe bildet Bor eine Reihe von neutralen Boranen, die einst als Raketentreibstoff untersucht wurden, weil sie bei der Reaktion mit Sauerstoff eine enorme Energiemenge erzeugen. Sie erwiesen sich jedoch oft als giftig und zu schwierig zu kontrollieren.

Elementares Bor existiert in 16 bekannten „Allotropen“ – verschiedenen Formen desselben Elements. Bei Kohlenstoff gibt es zwei davon: Diamant und Graphit.

Die Schwierigkeit, die Bildung der gewünschten Bor-Allotrope zu kontrollieren, verlangsamt die Forschung. Im Gegensatz dazu können Kohlenstoffmaterialien leicht hergestellt und untersucht werden.

Eine Schlüsselrolle bei der Energieumwandlung und -speicherung

Es ist aufregend zu sehen, wie Wissenschaftler rund um den Globus in ihren Labors daran arbeiten, neue Wege zur Nutzung dieses kleinen Elements zu finden.

Hier sind einige der großen Fragen, die sie angehen:

1. Bor als Energiequelle

Einige Forscher untersuchen, ob wir mit Hilfe der aneutronischen Fusion Energie aus Bor gewinnen können – eine Form der Fusionsenergie, bei der nur geringe Mengen an Neutronen freigesetzt werden.

2. Bor als Energieträger

Verbindungen, die Bor, Stickstoff und Wasserstoff enthalten, können Wasserstoff effektiv speichern und übertragen. Das ist wichtig, denn Wasserstoff ist ein idealer Kandidat für die Speicherung von Energie, die von Windkraft- und Solaranlagen erzeugt wird.

Natriumdifluor(oxalato)borat wiederum kann einige handelsübliche Verbindungen als Elektrolytsalz für neu entstehende Natrium-Ionen-Batterien übertreffen, die ein großartiger Kandidat für die Energiespeicherung in großem Maßstab sein könnten.

3. Bor zur Wärmeerhaltung

Einige Anlagen zur solaren Warmwasserbereitung und Stromerzeugung verwenden Borosilikat-Kollektorrohre, um die von Spiegeln reflektierte Strahlung zu nutzen, so dass die Dampfturbinen effizienter betrieben werden können.

Wir haben auch strengere Baunormen in Bezug auf die Wärmeerhaltung gesehen, die die Verwendung von Boraten für die Glasfaserisolierung fördern.

Imprimiert?

Sollte Bor mehr ins Rampenlicht rücken?

Ich bin mir sicher, dass Bor in unserer technologiegetriebenen Gesellschaft weiterhin ein Star sein wird. Von Düngemitteln bis hin zu OLED-Bildschirmen wird es einen großen Einfluss haben.