Borverbindungen.
Das Boratom hat drei Elektronen in der Außenschale (Elektronenkonfiguration 2s22p) und tritt daher in seinen Verbindungen dreiwertig auf. Es bildet jedoch im Gegensatz zu dem im Periodensystem unter ihm stehenden Aluminium kein Kation B3+ (zu hohes Ionisierungspotenzial), sondern liegt in seinen Verbindungen ausschließlich in kovalent gebundener Form vor. Da es bei Betätigung von drei homöopolaren Bindungen nur ein Elektronensextett statt des energetisch begünstigten Elektronenoktetts erreicht, zeigt Bor ein großes Bestreben, durch Dreizentrenbindung (bei den Boranen), durch Adduktbildung (bei den Boranaten und den Boraten) oder durch Ausbildung zusätzlicher π-Bindungen (bei den Borhalogeniden) das energetisch begünstigte Elektronenoktett zu erreichen.
Mit Wasserstoff bildet Bor die Borane, Borhydride, Borwasserstoffe, die aus Magnesiumborid mit Salzsäure oder durch Umsetzen von Metallhydriden mit Borhalogeniden als widerlich riechende, giftige Gase oder leicht flüchtige Flüssigkeiten gewonnen werden. Sie sind sehr unbeständig und setzen sich mit Wasser oder Luftsauerstoff heftig um. Die einfachste Verbindung dieser Reihe, das Monoboran, Boran, BH3, ist nicht existenzfähig und dimerisiert zum Diboran, B2H6; die Verknüpfung geschieht durch eine Dreizentrenbindung.Neben dem Diboran sind zahlreiche höhere Borane mit zum Teil sehr komplexer Struktur bekannt; sie entsprechen meist den allgemeinen Formeln Bn Hn +4 oder Bn Hn +6 (z. B. Pentaboran-9, B5H9, Decaboran-14, B10H14 und Decaboran 16, B10H16). Einige Borane (besonders Diboran) dienen in der präparativen organischen Chemie u. a. als Reduktionsmittel und zur Herstellung organischer Borverbindungen; daneben werden Borane zum Teil als Raketentreibstoffe verwendet. - Von den Boranen leiten sich die Boranate ab, komplexe Metallborhydride mit dem Anion [BH4]-, das formal durch Anlagerung eines Hydridions H- an BH3 entsteht. Wichtig sind v. a. die Monoboranate mit der allgemeinen Formel MI[BH4] (MI = einwertiges Metall), die durch Einwirkung von Metallhydriden auf Diboran oder Borhalogenide entstehen. Die Alkaliboranate wie Lithium-, Natrium- und Kaliumboranat, Li[BH4], Na[BH4] und K[BH4], sind salzartige, gegenüber Luft beständige Substanzen, die in der präparativen Chemie als Reduktions- und Hydrierungsmittel verwendet werden. Eine Gruppe von Verbindungen, die sich von den Boranen (formal) durch teilweise Substitution von Boratomen durch Kohlenstoff ableiten, sind die Carborane, Carbaborane. Sie bilden geschlossene Polyeder oder davon abgeleitete offene Strukturen. Die wichtigsten Carborane mit der Formel B10C2H12 haben die Struktur eines Ikosaeders und bilden je nach Stellung der Kohlenstoffatome verschiedene Isomere. Copolymere des meta-Isomeren mit Polysiloxanen sind Öle, Elastomere oder Harze mit hoher Temperatur- und Lösungsmittelbeständigkeit.
Mit den Halogenen bildet Bor Bortrihalogenide mit der allgemeinen Formel BX3 (X = Halogen), farblose, meist flüchtige Verbindungen, die leicht hydrolysieren, und Borsubhalogenide mit der allgemeinen Formel B2X4, sehr reaktionsfähige und leicht zersetzliche Substanzen. Technisch wichtig ist v. a. das Bortrifluorid, BF3, ein farbloses, erstickend riechendes Gas, das beim Erhitzen von Bortrioxid mit Flussspat und Schwefelsäure gewonnen wird und als Fluorierungsmittel sowie als Katalysator für Synthesen in der organischen Chemie dient. In der Kernphysik dient es nach Anreicherung des neutronenaktivierbaren Borisotops 10B als Füllgas von Neutronenzählrohren. Eine weitere wichtige Verbindung ist das Bortrichlorid, BCl3, eine farblose, leicht bewegliche, stark lichtbrechende Flüssigkeit, die sich mit Wasser lebhaft zu Borsäure und Chlorwasserstoff umsetzt. Bortrichlorid wird durch Einwirken von Chlor auf Bortrioxid und glühende Kohle hergestellt; es wird als Katalysator sowie zur Herstellung von reinem Bor verwendet. - Die Borhalogenide liegen als monomere Moleküle vor, bei denen das Boratom durch Ausbildung einer zusätzlichen (in drei Resonanzstrukturen vorliegenden) π-Bindung zu den Halogenatomen (Auffüllung des vierten noch unbesetzten p-Orbitals am Boratom durch ein freies Elektronenpaar eines Halogenatoms) das energetisch begünstigte Elektronenoktett erreicht. Trotz dieser energetisch stabilisierenden π-Bindung zeigen die Bortrihalogenide starke Neigung zur Bildung von Addukten (Anlagerung von Atomen und Molekülen mit freien Elektronenpaaren an die freie Valenz des Boratoms), z. B. bei der Anlagerung von Aminen und Äthern oder bei der Anlagerung von Fluorwasserstoff an Bortrifluorid zu Fluoroborsäure, HBF4 (Fluorverbindungen).
Wichtige Verbindungen des Bors mit Sauerstoff sind das Bortrioxid sowie die Borsäure und deren Salze: Die (kurz Borsäure genannte) Orthoborsäure, H3BO3 oder B(OH)3, ist eine feste, in Wasser gut lösliche, in weißen schuppigen Blättern kristallisierende Substanz, die über Wasserstoffbrückenbindungen ein Schichtgitter ausbildet. Borsäure kommt in der Natur in Form des Minerals Sassolin vor, daneben tritt sie als Exhalationsprodukt von Wasserdampfquellen (besonders Soffionen und Fumarolen) auf. Künstlich wird sie durch Umsetzen von natürlich vorkommenden Borsäuresalzen (z. B. Kernit) mit starken Säuren gewonnen. Verwendung findet sie u. a. in der Glas- und Farbenindustrie, in der Gerberei und zum Flammfestmachen von Textilien. Früher diente sie auch als Desinfektionsmittel in Augenwässern und Hautsalben (Borwasser, Borsalbe); ihre Anwendung ist in der Bundesrepublik Deutschland seit 1984 untersagt, da v. a. bei Säuglingen eine giftige Wirkung beobachtet wurde. Mit Methylalkohol bildet Borsäure Borsäuretrimethylester, B(OCH)3, eine leicht flüchtige Substanz (Siedepunkt 68,3 ºC), die zur Abtrennung des Bors von anderen Stoffen benutzt werden kann. Beim Verbrennen färbt sie wie alle flüchtigen Borverbindungen die Flamme grün (Nachweisreaktion). - Beim trockenen Erhitzen geht Borsäure unter Wasserabspaltung in Metaborsäure, HBO2, über, die als Ringpolymer mit dem Anion [B3O6]3- oder als Kettenpolymer mit dem Anion [BO2]n—n vorliegen kann, und dann in glasiges Bortrioxid, Borsäureanhydrid, B2O3. Umgekehrt nehmen Bortrioxid und Metaborsäure leicht wieder Wasser auf und verwandeln sich in Orthoborsäure zurück. - Die von den Borsäuren abgeleiteten Salze werden als Borate bezeichnet. Unter ihnen haben die Salze der Orthoborsäure und der Metaborsäure nur geringe Bedeutung; wichtig sind dagegen die Salze mehrerer wasserärmerer, in freiem Zustand nicht bekannter Polyborsäuren (z. B. H2B4O7, HB5O8). Sie kommen in Form vieler Minerale (z. B. Boracit, Borax, Colemanit, Kernit, Pandermit) in der Natur vor und dienen zum Teil als wertvolle Rohstoffe der chemischen Industrie. Ein besonders wichtiges derartiges Borat ist der Borax, Na2B4O7 · 10H2O, der heute auch künstlich aus anderen Boraten, besonders aus Kernit (durch Lösen in heißem Wasser und Auskristallisieren), gewonnen wird. Borax ist in kaltem Wasser schwer, in heißem leicht löslich. Die wässrige Lösung reagiert, ebenso wie die Lösungen anderer Alkaliborate, infolge Hydrolyse schwach alkalisch. Borax wird u. a. als Zusatz zu Seifen und Waschmitteln, zur Herstellung von Glasuren für Steingut, als Schmelzmittel für Emails sowie zur Herstellung temperaturbeständiger Gläser verwendet. Beim Erhitzen verliert Borax bei 400 ºC sein Kristallwasser und schmilzt schließlich bei 880 ºC zu einer glasigen Masse, dem Boraxglas. Da diese Schmelze Metalloxide unter Bildung von Boraten aufzulösen vermag, wird Borax als Flussmittel beim Löten von Metallen verwendet. In der chemischen und metallurgischen Analyse können Metalle aufgrund der typischen Färbung einer Boraxschmelze (Boraxperle) nachgewiesen werden. - Eine besondere Gruppe der Borate sind die Perborate, bei denen es sich jedoch nicht um echte Peroxoverbindungen, sondern um Peroxohydrate handelt; sie finden wie z. B. das Natriumperborat, NaBO2 · H2O2 · 3 H2O, v. a. als Bleichmittel Verwendung.
Aus Diboran und Ammoniak entsteht beim Erwärmen (über mehrere Zwischenstufen) das Borazin (früher auch Borazol genannt), eine zyklische Bor-Stickstoff-Wasserstoff-Verbindung. Borazin ist eine farblose, aromatisch riechende Flüssigkeit, die bei 55 ºC siedet; es ist thermisch beständig, wird aber durch Wasser zersetzt. Da Borazin in seinen Eigenschaften und seiner molekularen Struktur eine gewisse Ähnlichkeit mit Benzol hat, wird es auch als anorganisches Benzol bezeichnet. - Beim Umsetzen von Bor mit Stickstoff oder von Borhalogeniden mit Ammoniak bei hohen Temperaturen entsteht das äußerst hitzebeständige und hochpolymere Bornitrid, Borstickstoff, (BN)x, eine weiße, talkartige, nicht leitende Substanz mit graphitähnlicher hexagonaler Kristallstruktur, die als Hochtemperaturschmiermittel, Isolationsstoff u. a. verwendet wird. Bei 1 700 ºC und sehr hohem Druck geht Bornitrid in eine kubische Modifikation von Diamanthärte über, die als Borazon bezeichnet wird und als Schleifmittel Verwendung findet.
Durch Zusammenschmelzen von Borsäure mit Koks oder Graphit bei 2 600 ºC wird Borcarbid, B12C3 oder (B4C)3, ein chemisch und thermisch sehr beständiger Hartstoff gewonnen. Borcarbid bildet schwarze, glänzende Kristalle und dient v. a. zur Herstellung von Schleifmitteln sowie als Neutronenabsorber in Kernreaktoren. - Boride sind nichtstöchiometrische Verbindungen aus Bor und einem Metall (z. B. AlB12, Fe2B, W2B5 u. a.), die direkt aus den Elementen oder durch Reaktion der Metalloxide mit Borcarbid hergestellt werden. Sie sind in der Regel hochschmelzende und sehr harte Substanzen, die auch als Schleifmittel oder hochtemperaturbeständige Werkstoffe Verwendung finden.