Borate

Definition und Bedeutung

Borate sind Salze oder Ester der Borsäuren. Borat-Salze enthalten in ihrem Ionengitter als Anion das Borat-Ion BO₃³⁻ oder eine kondensierte Form davon, zum Beispiel das Tetraborat-Ion B₄O₅(OH)₄²⁻. Borate bilden eine eigenständige Mineralklasse und sind wegen ihrer unterschiedlichen Strukturen und vielfältigen technischen Anwendungen bedeutsam.

Natürliches Vorkommen

Der Abbau von borhaltigen, meist kristallwasserhaltigen Mineralien wird als Boratabbau bezeichnet. Wichtige in Industrie und Technik verwendete Borate sind:

• Boracit: wasserfreies Magnesium-chlor-borat
• Borax und Kernit: Natriumtetraborat
• Priceit (Pandermit) und Colemanit: Calciumborat
• Sassolin: Borsäure
• Ulexit: Calcium-Natrium-Borat

Darstellung und Strukturvarianten

Eine einfache Darstellung von Boraten ist die Reaktion von Orthoborsäure mit Natronlauge (Natriumhydroxid-Lösung):

H₃BO₃ + 3 NaOH → Na₃BO₃ + 3 H₂O

Das isolierte Borat-Ion BO₃³⁻ besitzt nach dem VSEPR-Modell einen trigonal-planaren Aufbau. Daneben gibt es zahlreiche Strukturvarianten, unter anderem das Dimer B₂O₅⁴⁻ und das Tetraborat B₄O₅(OH)₄²⁻. Metaborate leiten sich von der Metaborsäure ab und haben die allgemeine Formel (BO₂)ₙⁿ⁻. Sie können ringförmige oder polymere Kettenstrukturen bilden.

Borsäure reagiert mit mehrwertigen Alkoholen wie Glycerin oder Mannitol zu cyclischen Estern, die auch Chelat-Komplexe genannt werden. Borate, bei denen ein Sauerstoffatom durch eine Disauerstoffgruppe ersetzt ist, heißen Perborate oder Peroxoborate.

Nachweis von Boraten

Für einen qualitativen Schnellnachweis wird die untersuchte Substanz mit Methanol und wenigen Tropfen konzentrierter Schwefelsäure versetzt. Dabei entsteht Borsäuretrimethylester:

B(OH)₃ + 3 CH₃OH ⇌ B(OCH₃)₃ + 3 H₂O

Die aufsteigenden, entzündlichen Metholdämpfe, die auch den Borsäureester enthalten, brennen mit grüner Flamme. Zweiwertige Kupfer-Ionen können diesen Nachweis stören.

Für die quantitative Bestimmung eignet sich die Curcumin-Methode. Curcumin und Borsäure bilden den rot gefärbten Komplex Rosocyanin. Dessen Konzentration wird kolorimetrisch bestimmt. Die Methode kann auch zur quantitativen Bestimmung von Bor nach oxidativem Aufschluss einer Probe borhaltigen Materials eingesetzt werden.

Toxikologie und Verwendung

Gentoxische oder karzinogene Wirkungen von Bor wurden bislang nicht nachgewiesen. Borate werden vom Organismus ausgeschieden, sammeln sich nicht an, und eine Aufnahme durch die Haut findet nicht statt. Bei Natriumtetraboraten, insbesondere Borax, wird jedoch ebenso wie bei Borsäure von einer Reproduktionstoxizität ausgegangen. Dies wurde bei der Verabreichung höherer Dosen an Mäuse beobachtet.

Borate werden in verschiedenen Formen als Bestandteile von Holzschutzmitteln und als Puffersubstanzen eingesetzt. Perborate finden in Wasch- und Bleichmitteln Verwendung.