Borsäure

Strukturformel
Allgemeines
Name	Borsäure
Andere Namen	Orthoborsäure Borofax Trihydrogenborat
Summenformel	H3BO3
CAS-Nummer	10043-35-3 11113-50-1 natürliche, rohe Borsäure
PubChem	7628
ATC-Code	S02AA03
Kurzbeschreibung	weißes Pulver[1]
Eigenschaften
Molare Masse	61,83 g·mol−1
Aggregatzustand	fest[1]
Dichte	1,44 g·cm−3[2]
Schmelzpunkt	171 °C (Zersetzung)[3]
Dampfdruck	2,7 hPa[1] (20 °C)
Löslichkeit	schlecht in Wasser (50 g·l−1 bei 20 °C)[1]
Sicherheitshinweise
Bitte die eingeschränkte Gültigkeit der Gefahrstoffkennzeichnung bei Arzneimitteln beachten GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [4] Gefahr H- und P-Sätze H: 360FD P: 201-​308+313 [2] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [5] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [4] Giftig (T) R- und S-Sätze R: 60-61 S: 45-53
LD50	2660 mg·kg−1[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Borsäure (auch: Orthoborsäure), H₃BO₃, ist die einfachste Sauerstoffsäure des Bors. Ihre Salze heißen Borate.

Vorkommen und Gewinnung

Freie Borsäure findet sich in den Wasserdampfquellen (Fumarolen) Mittelitaliens in der Toskana, aus diesen Quellen lässt sich die Säure durch Eindampfen in glänzenden Plättchen gewinnen. Ebenfalls in der Toskana kommt die Borsäure als Mineral Sassolin vor. Große Bedeutung haben aber Alkali- und Erdalkalisalze, wie beispielsweise das Mineral Kernit Na₂B₄O₇ · 4 H₂O. Ein ähnliches, selteneres Mineral ist Borax, dieses enthält 8 bzw. 10 Äquivalente Kristallwasser. Dieses wird heutzutage aber überwiegend aus Kernit gewonnen. Durch Behandeln von Borax mit Salzsäure oder Schwefelsäure lässt sich Borsäure freisetzen.

Eigenschaften

Reine Borsäure bildet schuppige, farblos-glänzende Kristalle, die einen Schmelzpunkt von 171 °C haben. Diese bilden eine Schichtstruktur aus, bei der zwischen den einzelnen Borsäuremolkülen Wasserstoffbrückenbindungen ausgebildet werden. Der Abstand zweier Schichten beträgt 318 Pikometer (pm).

Sie löst sich anfangs nur schwer in Wasser, aber mit steigender Konzentration beschleunigt sich dieser Vorgang. Die Lösung reagiert schwach sauer. Beim Erhitzen der Orthoborsäure spaltet sich Wasser ab, und es entsteht die in mehreren Modifikationen auftretende Metaborsäure HBO₂ und schließlich unter weiterer Wasserabspaltung Dibortrioxid (B₂O₃).

$ \mathrm {B(OH)_{3}\longrightarrow \ HBO_{2}+\ H_{2}O} $

$ \mathrm {2\ HBO_{2}\longrightarrow \ B_{2}O_{3}+\ H_{2}O} $

Trotz ihrer drei Wasserstoffatome reagiert Borsäure in Wasser wie eine einprotonige Säure und reagiert zum Tetrahydroxoborat-Ion, B(OH)₄⁻. Hierbei verhält sie sich nicht wie eine Brønsted-Säure als Protonendonator, sondern wie eine Lewis-Säure als Hydroxidakzeptor:

$ \mathrm {B(OH)_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons [B(OH)_{4}]^{-}+H^{+}} $

Borsäure ist eine sehr schwache Säure (pK_s = 9,25). Durch Umsetzung mit mehrwertigen Alkoholen wie zum Beispiel Mannitol kann die Säurestärke erheblich gesteigert werden. Dies ist bedingt durch eine Verschiebung des Gleichgewichtes auf die rechte Seite hin zu einem Tetraoxoborat-Derivat in Folge einer Veresterung:

Diese Umsetzung wird zur alkalimetrischen Titration von Borsäure verwendet.

Nachweis

Methylboratflamme

Borsäure und ihre Salze, die Borate, bilden mit Methanol und der wasserentziehenden konzentrierten Schwefelsäure den flüchtigen Borsäuremethylester, der mit grüner Flamme brennt und zum qualitativen Nachweis dient.^[6]

$ \mathrm {H_{3}BO_{3}+3\ CH_{3}OH\rightleftharpoons (CH_{3})_{3}BO_{3}+3\ H_{2}O} $

Verwendung

In der Medizin wurde Borsäure als wässrige Lösung (Borwasser) und Salbe (Borsalbe) als mildes Desinfektionsmittel^[7] verwendet. Seit dem Rückruf borsäurehaltiger Medikamente 1984 durch das damalige Bundesgesundheitsamt ist Borsäure sowie deren Ester und Salze nur noch für die Pufferung und Isotonisierung von Augentropfen sowie zur Verwendung in homöopathischen Verdünnungen zugelassen^[8]. In der Lebensmittelindustrie wird Borsäure als Konservierungsmittel mit der Bezeichnung E 284 verwendet. Borsäure ist ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Borosilikatglas, Porzellan, Emaille und kommt auch in Flammschutzmitteln und Beizen vor. Die Weltjahresproduktion von Borsäure beträgt über 200.000 Tonnen.

Eine weitere Anwendung ist der Einsatz gelöster Borsäure in Druckwasser-Kernreaktoren als Neutronenabsorber zur Regelung der Kettenreaktion. Sie beruht auf dem großen Absorptions-Wirkungsquerschnitt des in natürlichem Bor zu 20 % enthaltenen Isotops ¹⁰B für thermische Neutronen. Hierbei erfolgt die Kernreaktion

$ \mathrm {_{5}^{10}B+_{0}^{1}n\rightarrow _{3}^{7}Li+_{2}^{4}He} $.

Weiterhin wird die Borsäure zur Berechnung des Kohlenstoffdioxid-Gehaltes in erdgeschichtlichen Zeiten benutzt. In saurem Milieu wird verstärkt ¹¹Bor in Borsäure eingebaut. Wenn sich der pH-Wert ins Alkalische verändert, wandelt sich die Borsäure in Borat, das Salz der Borsäure, um. Da Foraminiferen (fossile als auch rezente Einzeller) Borat für den Aufbau ihrer Schale benötigen, kann anhand des Verhältnisses festgestellt werden, welcher pH-Wert zu welchem Zeitpunkt der Erdgeschichte in diesem Gebiet vorlag. Da die Schalen solcher Einzeller als auch Muscheln etc. den Hauptteil des marinen Sediments stellen, können von dort einfach Sedimentkerne entnommen und im Labor auf die beiden Bor-Isotope untersucht werden. Solche Ergebnisse korrelieren hervorragend mit den in Eiskernen eingeschlossenen Luftblasen.

Bei der Verbrennung von Borsäuremethylester entsteht eine grüne Flamme, die Borsäureester anderer Alkohole zeigen bei der Verbrennung einen grünen Flammensaum. Diese Eigenschaft wird zur Identifizierung von Methanol genutzt (Schulversuch)^[9] und in der Pyrotechnik, um beispielsweise die Flammen von Feuerstäben, Poi oder Feuerschalen zu färben.

3-%ige Borsäurelösung (Borwasser) kann bei Verätzungen durch Laugen verwendet werden. Sie wirkt selbst nicht ätzend und kann Laugen neutralisieren.

In als Spielzeug verkauftem Schleim („Slimys“) wurden bis zu 1,3 % Borsäure nachgewiesen.^[10] Mit dem Borsäuregehalt steigt die Viskosität der schleimigen Masse. Bei Herstellung ist auf konstant niedrigen Gehalt zu achten, da bereits bei Aufnahme von nur 50 mg/kg Körpergewicht mit einer gesundheitlichen Beeinträchtigung gerechnet werden muss.^[11]

Gefahrstofflisten

Im Juni 2010 wurde Borsäure durch die ECHA auf die Kandidatenliste für SVHC (substance of very high concern) aufgenommen. Nach Inkrafttreten der GHS-Verordnung 1272/2008/EG und der REACH-Änderungs-VO 790/2009/EG wurde Borsäure als reproduktionstoxisch gekennzeichnet. Auch Gemische, die freie Borsäure in einer Konzentration von 5,5 % oder mehr enthalten, sind nach der GHS-Verordnung als reproduktionstoxisch zu kennzeichnen.

Einzelnachweise