Vortrag zum Integrierten Synthesepraktikum Carsten Brandt. Bor. Struktur und Eigenschaften ausgewählter Boride
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- Lukas Albrecht
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1 Vortrag zum Integrierten Synthesepraktikum Carsten Brandt Bor Struktur und Eigenschaften ausgewählter Boride
2 Bor allgemein Allgemeines Relative Atommasse: nat. vork. Isotope: 10 B (19,9%), 11 B (80,1%) g/mol β-rhomboedrische Modifikation Elektronenkonfiguration: [He] 2s 2 2p 1 Elektronenmangelverbindung ; 3c-2e-Elektronen-Bindungen im Wesentlichen vier Modifikationen Schmelzpunkt*: 2180 C Härte nach Mohs*: 11 (Diamant: 15) Modifikation * Für die stabilste (β-rhomboedr.) B 12 -Ikosaeder
3 Bor in der Natur Vorkommen: als Boratmineralien, Borsilicate Kernit Na 2 B 4 O 7 *4 H 2 O Borax Na 2 B 4 O 7 *10 H 2 O Borocalcit CaB 4 O 7 *4H 2 O Vork. u. Darst. β-rhomboedrische Modifikation Darstellung - Elektrolyse von Boratschmelzen billig, Reinheit jedoch max. 95% -Reduktion flüchtiger Verbindungen mit H 2 an erhitztem Ta-Draht ( T = C ) B 12 -Ikosaeder
4 Boring history Antike: Borax, Borsilicate 1808 Entdeckung des Elements Gay-Lussac/Thenard (F); Davy (GB) Geschichte 1 β-rhomboedrische Modifikation 1912 Borane: A. Stock Stocksches Borid Mg 3 B 2 Mg + MgB er - Dreizentren-Bindung; - Darstellung von hochreinem Bor; - Borane als Raketentreibstoff: B 2 H 6 + 3O 2 B 2 O 3 + 3H 2 O H R = kj/mol B 12 -Ikosaeder
5 Boring history 1950er - Dreizentren-Bindung; - Darstellung von hochreinem Bor; - Borane als Raketentreibstoff: B 2 H 6 + 3O 2 B 2 O 3 + 3H 2 O H R = kj/mol 1971 Elektronenverteilung in den Boranen: K. Wade Geschichte Nobelpreis (Struktur- und Bindung der Borane): Lipscomb β-rhomboedrische Modifikation B 12 -Ikosaeder
6 Bor elementar Modifikationen 1 α-rhomboedrisches Bor β-rhomboedrische Modifikation B 12 -Ikosaeder
7 Bor elementar Modifikationen 2 β-rhomboedrisches Bor (thermodynamisch stabile Form) β-rhomboedrische Modifikation B 12 -Ikosaeder
![BoraneWade-Regeln 1 Einteilung der Borane in Typen Wadesche Regeln (nach Kenneth Wade) Hexahydro-closo-hexaborat(2-) [B 6 H 6 ] 2-1. closo-typ (von closed bzw.](/docs-images/92/110098203/images/8-1.jpg "lat. Käfig ) geschlossener Körper, z.b.oktaeder für Gerüstaufbau sind n+1 Elektronenpaare nötig [B n H n ] 2- Dodekahydro-closo-dodekaborat(2-) [B 12 H 12 ] 2-")
8 BoraneWade-Regeln 1 Einteilung der Borane in Typen Wadesche Regeln (nach Kenneth Wade) Hexahydro-closo-hexaborat(2-) [B 6 H 6 ] 2-1. closo-typ (von closed bzw. lat. Käfig ) geschlossener Körper, z.b.oktaeder für Gerüstaufbau sind n+1 Elektronenpaare nötig [B n H n ] 2- Dodekahydro-closo-dodekaborat(2-) [B 12 H 12 ] 2-
9 BoraneWade-Regeln 2 Einteilung der Borane in Typen Wadesche Regeln (nach Kenneth Wade) 2. nido-typ (von lat. Nest ) vom geschlossenen Körper eine Spitze abgeschnitten für Gerüstaufbau sind n+2 Elektronenpaare nötig B n H n+4 nido-pentaboran B 5 H 9
10 BoraneWade-Regeln 3 Einteilung der Borane in Typen Wadesche Regeln (nach Kenneth Wade) 3. arachno-typ (von griech. Spinnennetz ) vom geschlossenen Körper zwei Spitzen abgeschnitten für Gerüstaufbau sind n+3 Elektronenpaare nötig B n H n+6 arachno-tetraboran B 5 H 9
11 Borane Elektronensituation closo-typ (von closed bzw. lat. Käfig ) geschlossener Körper, z.b. Oktaeder für Gerüstaufbau sind n+1 Elektronenpaare nötig also 14 Elektronen bei [B 6 H 6 ] 2- Hexahydro-closo-hexaborat(2-) [B 6 H 6 ] 2-6 Boratome liefern 18 Elektronen 6 Wasserstoffatome 6 Elektronen 2fach negative Ladung 2 Elektronen 6 B-H-Bindungen 26 Elektronen -12 Elektronen 14 Elektronen???
12 Borane Elektronensituation Boratome sp-hybridisiert 1 Hybridorbital nach außen - B-H-Bindung 1 Hybridorbital nach innen - a 1g -MO pro Boratom 2 p-orbitale tangential z. Oktaeder weitere 6 bindende MO (t 1u ; t 2g)
13 Boride Boride Metallreiche Boride / Borarme Boride Schichten, Ketten, isolierte B-Zentren z.b. M 2 B 5 ; MB 2 ; M 3 B 4 ; M 3 B 2 Borreiche Boride / Metallarme Boride z.b. MB 66 ; MB 12 ; MB 6 ; MB 4 dreidimensionale anionische B-Wirtsgitter
14 Boride: MB MB ZrB 12 M= Zr, Sc, Y, Lanthanoide, Actinoide NaCl-Struktur B 12 -Kuboktaeder Raumgruppe: F m -3 m Gitterkonstante: a = pm
15 Boride: MB MB ZrB 12 M= Zr, Sc, Y, Lanthanoide, Actinoide NaCl-Struktur B 12 -Kuboktaeder eckenverknüpft Raumgruppe: F m -3 m Gitterkonstante: a = pm
16 Boride: MB MB 6 CaB 6 6 M= Ca, Sr, Ba, Eu(II), Yb(II), La, Lanthanoide, Th CsCl-Struktur B 6 -Oktaeder eckenverknüpft Gerüstaufbau 14 e - Eckenverknüpfung 6 e - Calcium gibt 2 Elektronen an Bor-Gitter ab Raumgruppe: P m -3 m Gitterkonstante: a = pm
17 Boride: MB MB M= Th, Lu, Ca, Y, Mo, W tetragonale Struktur B 6 -Oktaeder -Ketten direkt verknüpft in c-richtung über B 2 -Paare verknüpft in a- und b-richtung Raumgruppe: P 4/m b m Gitterkonstante: a = pm ; c = pm
18 Boride: MB MB M= Th, Lu, Ca, Y, Mo, W tetragonale Struktur B 6 -Oktaeder - Ketten direkt verknüpft - über B 2 -Paare verknüpft Metallatome liegen in Kanälen in c-richtung Raumgruppe: P 4/m b m Gitterkonstante: a = pm ; c = pm
19 Boride: MB MB 2 2 M= Mg, Al, Sc... Boratome besetzen häufig Mittelpunkte von trigonalen Prismen der Metallatome
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