Borsäure

Strukturformel ⓘ
Allgemeines
Name	Borsäure
Andere Namen	Orthoborsäure; Borofax; Trihydrogenborat; E 284; BORIC ACID (INCI);
Summenformel	H3BO3
Kurzbeschreibung	weißes Pulver
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	233-139-2
ECHA-InfoCard	100.030.114
PubChem	7628
ChemSpider	7346
DrugBank	DB11326
Arzneistoffangaben
ATC-Code	S02AA03
Eigenschaften
Molare Masse	61,83 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,49 g·cm−3 (23 °C)
Schmelzpunkt	171 °C (Zersetzung)
Löslichkeit	löslich in Wasser (49,2 g·l−1 bei 20 °C)
Sicherheitshinweise
	Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Gefahr
H- und P-Sätze	H: 360FD
	P: 201‐280‐308+313
Zulassungsverfahren unter REACH	besonders besorgniserregend: fortpflanzungsgefährdend (CMR)
MAK	DFG/Schweiz: 10 mg·m−3 (gemessen als einatembarer Staub/Aerosolanteil)
Toxikologische Daten	2660 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral); 2,03 mg·l−1 (LC50, Ratte, inh.); >2000 mg·kg−1 (LD50, Ratte, transdermal);
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−1094,3 kJ/mol
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Orthoborsäure ⓘ
Bezeichnungen
	IUPAC-Bezeichnung Borsäure
	Systematische IUPAC-Bezeichnung Trihydroxidoboron (nicht validiert)
	Andere Bezeichnungen Orthoborsäure, Borsäure, Sassolith, Borofax, Trihydroxyboran, Boranetriol, Borwasserstoff
Bezeichnungen
CAS-Nummer	10043-35-3 ;
3D-Modell (JSmol)	Interaktives Bild; Interaktives Bild;
ChEBI	CHEBI:33118 ;
ChEMBL	ChEMBL42403 ;
ChemSpider	7346 ;
EC-Nummer	233-139-2;
KEGG	D01089 ;
PubChem CID	7628;
UNII	R57ZHV85D4 ;
	InChI InChI=1S/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H Schlüssel: KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H Schlüssel: KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYAI;
	SMILES OB(O)O; [OH+]=[B-](O)O;
Eigenschaften
Chemische Formel	BH3O3
Molekulare Masse	61,83 g-mol-1
Erscheinungsbild	Weißer kristalliner Feststoff
Dichte	1,435 g/cm3
Schmelzpunkt	170,9 °C (339,6 °F; 444,0 K)
Siedepunkt	300 °C (572 °F; 573 K)
Löslichkeit in Wasser	2,52 g/100 mL (0 °C) ; 4,72 g/100 mL (20 °C) ; 5,7 g/100 mL (25 °C) ; 19,10 g/100 mL (80 °C) ; 27,53 g/100 mL (100 °C)
Löslichkeit in anderen Lösungsmitteln	löslich in niederen Alkoholen ; mäßig löslich in Pyridin ; sehr schwach löslich in Aceton
log P	-0.29
Acidität (pKa)	9.24, 12.4, 13.3
Konjugierte Base	Borat
Magnetische Suszeptibilität (χ)	-34,1-10-6 cm3/mol
Struktur
Molekulare Form	Trigonal planar
Dipolmoment	Null
Pharmakologie
ATC-Code	S02AA03 (WER) D08AD (WER)
Gefahren
	GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
NFPA 704 (Feuerdiamant)	1 0 0
Flammpunkt	Nicht brennbar
	Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC):
LD50 (Mittlere Dosis)	2660 mg/kg, oral (Ratte)
Verwandte Verbindungen
Verwandte Verbindungen	Bortrioxid; Borax
	Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). verifizieren (was ist ?) Infobox Referenzen

Borsäure, genauer gesagt Orthoborsäure, ist eine Verbindung aus Bor, Sauerstoff und Wasserstoff mit der Formel BO₃H₃ oder B(OH)₃. Sie kann auch als Hydrogenborat oder Borsäure bezeichnet werden. Sie kommt in der Regel als farblose Kristalle oder weißes Pulver vor, das sich in Wasser auflöst, und kommt in der Natur als Mineral Sassolith vor. Sie ist eine schwache Säure, die verschiedene Boratanionen und -salze bildet und mit Alkoholen unter Bildung von Boratestern reagieren kann. ⓘ

Borsäure wird häufig als Antiseptikum, Insektizid, Flammschutzmittel, Neutronenabsorber oder als Vorläufer für andere Borverbindungen verwendet. ⓘ

Der Begriff "Borsäure" wird auch allgemein für alle Oxosäuren des Bors verwendet, wie Metaborsäure HBO₂ und Tetraborsäure H₂B₄O₇. ⓘ

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

Geschichte

Orthoborsäure wurde erstmals von Wilhelm Homberg (1652-1715) aus Borax durch die Einwirkung von Mineralsäuren hergestellt und erhielt den Namen sal sedativum Hombergi ("Beruhigungssalz von Homberg"). Borsäure und Borate wurden jedoch schon von den alten Griechen zur Reinigung, Konservierung von Lebensmitteln und für andere Zwecke verwendet. ⓘ

Molekulare und kristalline Struktur

Die drei Sauerstoffatome bilden eine trigonal-planare Geometrie um das Bor. Die Länge der B-O-Bindung beträgt 136 pm und die der O-H-Bindung 97 pm. Die molekulare Punktgruppe ist C_3h. ⓘ

Es sind zwei kristalline Formen der Orthoborsäure bekannt: triklin und hexagonal. Die erstere ist die häufigste; die zweite, thermodynamisch etwas stabilere Form kann durch ein spezielles Herstellungsverfahren gewonnen werden. ⓘ

Triklin

Die trikline Form der Borsäure besteht aus Schichten von B(OH)₃-Molekülen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen der Länge 272 pm zusammengehalten werden. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Schichten beträgt 318 pm. ⓘ


Die Einheitszelle der Borsäure	Wasserstoffbrückenbindungen (gestrichelte Linien) ermöglicht den Borsäuremolekülen die Bildung parallele Schichten im festen Zustand

Herstellung

Borsäure kann durch Reaktion von Borax (Natriumtetraborat-Decahydrat) mit einer Mineralsäure, z. B. Salzsäure, hergestellt werden:

Na₂B₄O₇-10H₂O + 2 HCl → 4 B(OH)₃ + 2 NaCl + 5 H₂O ⓘ

Es wird auch als Nebenprodukt der Hydrolyse von Bortrihalogeniden und Diboran gebildet:

B₂H₆ + 6 H₂O → 2 B(OH)₃ + 6 H_{2 ⓘ}

BX₃ + 3 H₂O → B(OH)₃ + 3 HX (X = Cl, Br, I) ⓘ

Reaktionen

Pyrolyse

Beim Erhitzen durchläuft die Orthoborsäure eine dreistufige Dehydratisierung. Die angegebenen Übergangstemperaturen variieren erheblich von Quelle zu Quelle. ⓘ

Beim Erhitzen auf über 140 °C entsteht aus Orthoborsäure Metaborsäure (HBO₂) unter Verlust eines Wassermoleküls:

B(OH)₃ → HBO₂ + H₂O ⓘ

Beim Erhitzen von Metaborsäure auf über 180 °C wird ein weiteres Wassermolekül entfernt und es entsteht Tetraborsäure, auch Pyroborsäure (H₂B₄O₇) genannt:

4 HBO₂ → H₂B₄O₇ + H₂O ⓘ

Weiteres Erhitzen (auf etwa 530 °C) führt zu Bortrioxid:

H₂B₄O₇ → 2 B₂O₃ + H₂O ⓘ

Wässrige Lösung

Wenn Orthoborsäure in Wasser gelöst wird, dissoziiert sie teilweise unter Bildung von Metaborsäure:

B(OH)₃ ⇌ HBO₂ + H₂O

Die Lösung ist durch die Ionisierung der Säuren leicht sauer:

B(OH)₃ + H₂O ⇌ [BO(OH)₂]- + H₃O⁺

HBO₂ + H₂O ⇌ [BO₂]- + H₃O^{+ ⓘ}

Die Raman-Spektroskopie stark alkalischer Lösungen hat jedoch das Vorhandensein von [B(OH)₄]-Ionen gezeigt, was einige zu der Schlussfolgerung veranlasst, dass der Säuregrad ausschließlich auf die Abstraktion von OH- aus Wasser zurückzuführen ist:

B(OH)₃ + HO- ⇌ B(OH)-4

Gleichwertig,

B(OH)₃ + H₂O ⇌ B(OH)-4 + H⁺ (K = 7,3×10-10; pK = 9,14)

Oder, richtiger,

B(OH)₃ + 2 H₂O ⇌ B(OH)-4 + H₃O⁺

Diese Reaktion verläuft in zwei Schritten, wobei der neutrale Komplex Aquatrihydroxyboron B(OH)₃(OH₂) als Zwischenprodukt entsteht:

B(OH)₃ + H₂O → B(OH)₃(OH₂)
B(OH)₃(OH₂) + H₂O + HO- → [B(OH)₄]- + H₃O^{+ ⓘ}

Diese Reaktion kann als Lewis-Säure des Bors gegenüber [HO]- charakterisiert werden, nicht als Brønsted-Säure. Einige seiner Verhaltensweisen bei einigen chemischen Reaktionen deuten jedoch darauf hin, dass es sich auch um eine dreibasische Säure im Sinne von Brønsted handelt. ⓘ

Borsäure ist in Verbindung mit Borax Na₂B₄O₇-10H₂O (richtiger Na₂B₄O₅(OH)₄-8H₂O) im Gewichtsverhältnis 4:5 sehr gut wasserlöslich, obwohl sie einzeln nicht so gut löslich sind. ⓘ

Schwefelsäurelösung

Borsäure löst sich auch in wasserfreier Schwefelsäure nach der Gleichung ⓘ

B(OH)₃ + 6 H₂SO₄ → [B(SO₄H)₄]- + 2 [HSO₄]- + 3 H₃O^{+ ⓘ}

Veresterung

Borsäure reagiert mit Alkoholen unter Bildung von Boratestern, B(OR)₃, wobei R für Alkyl oder Aryl steht. Die Reaktion wird in der Regel durch ein Dehydratisierungsmittel, z. B. konzentrierte Schwefelsäure, angetrieben:

B(OH)₃ + 3 ROH → B(OR)₃ + 3 H₂O ⓘ

Mit vicinalen Diolen

Die Acidität von Borsäurelösungen wird in Gegenwart von cis-vizinellen Diolen (organische Verbindungen mit ähnlich ausgerichteten Hydroxylgruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen, (R₁,R₂)=C(OH)-C(OH)=(R₃,R₄)) wie Glycerin und Mannitol stark erhöht. ⓘ

Das bei der Auflösung gebildete Tetrahydroxyborat-Anion reagiert spontan mit diesen Diolen unter Bildung relativ stabiler Anionenester, die einen oder zwei fünfgliedrige -B-O-C-C-O-Ringe enthalten. Die Reaktion mit Mannit H(HCOH)₆H, dessen zwei mittlere Hydroxylgruppen in cis-Orientierung vorliegen, lässt sich zum Beispiel wie folgt beschreiben

B(OH)₃ + H₂O ⇌ [B(OH)₄]- + H⁺

[B(OH)₄]- + H(HCOH)₆H ⇌ [B(OH)₂(H(HCOH)₂(HCO-)₂(HCOH)₂H)]- + 2 H₂O

[B(OH)₂(H(HCOH)₂(HCO-)₂(HCOH)₂H)]- + H(HCOH)₆H ⇌ [B(H(HCOH)₂(HCO-)₂(HCOH)₂H)₂]- + 2 H₂O

Ergibt die Gesamtreaktion

B(OH)₃ + 2 H(HCOH)₆H ⇌ [B(H(HCOH)₂(HCO-)₂(HCOH)₂H)₂]- + 3 H₂O + H^{+ ⓘ}

Die Stabilität dieser Mannitoboratester-Anionen verschiebt das Gleichgewicht nach rechts und erhöht somit den Säuregrad der Lösung um 5 Größenordnungen im Vergleich zu reinem Boroxid, wodurch der pKa-Wert bei ausreichender Konzentration von Mannit von 9 auf unter 4 sinkt. Die resultierende Lösung wird als Mannitoborsäure bezeichnet. ⓘ

Die Zugabe von Mannitol zu einer ursprünglich neutralen Lösung, die Borsäure oder einfache Borate enthält, senkt den pH-Wert so weit ab, dass sie mit einer starken Base wie NaOH titriert werden kann, auch mit einem automatischen potentiometrischen Titrator. Diese Eigenschaft wird in der analytischen Chemie genutzt, um den Boratgehalt wässriger Lösungen zu bestimmen, z. B. um den Abbau von Borsäure durch Neutronen im Wasser des Primärkreislaufs eines Leichtwasserreaktors zu überwachen, wenn die Verbindung als Neutronengift während des Brennelementwechsels zugesetzt wird. ⓘ

Toxikologie

Basierend auf der mittleren letalen Dosis (LD₅₀) für Säugetiere von 2.660 mg/kg Körpermasse ist Borsäure nur giftig, wenn sie innerlich eingenommen oder in großen Mengen eingeatmet wird. Die vierzehnte Ausgabe des Merck-Index gibt an, dass die LD₅₀ von Borsäure bei oraler Verabreichung an Ratten 5,14 g/kg beträgt und dass 5 bis 20 g/kg bei erwachsenen Menschen zum Tod geführt haben. Bei einem 70 kg schweren Erwachsenen könnten bei der unteren Grenze von 5 g 350 g beim Menschen zum Tod führen. Zum Vergleich: Die LD₅₀ von Salz liegt nach dem Merck-Index bei 3,75 g/kg bei Ratten. Laut der Agency for Toxic Substances and Disease Registry liegt die minimale tödliche Dosis von verschlucktem Bor (als Borsäure) bei Säuglingen bei 2-3 g, bei Kindern bei 5-6 g und bei Erwachsenen bei 15-20 g. [...] Eine Überprüfung von 784 Vergiftungen von Menschen mit Borsäure (10-88 g) ergab jedoch keine Todesfälle, wobei 88 % der Fälle asymptomatisch waren." ⓘ

Eine langfristige Exposition gegenüber Borsäure ist besorgniserregender, da sie Nierenschäden und schließlich Nierenversagen verursachen kann (siehe Links unten). Obwohl Borsäure nicht krebserregend zu sein scheint, wurde in Studien an Hunden nach einer Exposition von 32 mg/kg Körpergewicht/Tag über 90 Tage eine Hodenatrophie festgestellt. Wäre diese Dosis auf den Menschen übertragbar, so entspräche dies einer kumulativen Dosis von 202 g über 90 Tage für einen 70 kg schweren Erwachsenen, die nicht weit unter der oben genannten LD₅₀ liegt. ⓘ

Laut dem CLH-Bericht für Borsäure, der vom Büro für chemische Stoffe in Lodz, Polen, veröffentlicht wurde, zeigt Borsäure in hohen Dosen eine signifikante Entwicklungstoxizität und Teratogenität bei Föten von Kaninchen, Ratten und Mäusen sowie kardiovaskuläre Defekte, Skelettveränderungen und leichte Nierenläsionen. ATP zur EU-Richtlinie 67/548/EWG vom August 2008 beschloss die Europäische Kommission daher, die Einstufung in die reproduktionstoxische Kategorie 2 zu ändern und die Risikosätze R60 (kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen) und R61 (kann das Kind im Mutterleib schädigen) anzuwenden. ⓘ

Auf einer Tagung der European Diagnostics Manufacturing Association (EDMA) im Jahr 2010 wurden mehrere neue Ergänzungen der Kandidatenliste für besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) im Zusammenhang mit der Verordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe 2007 (REACH) erörtert. Nach der Registrierung und Überprüfung im Rahmen von REACH wird Borsäure (CAS 10043-35-3 / 11113-50-1) ab dem 1. Dezember 2010 als H360FD (Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann das Kind im Mutterleib schädigen.) eingestuft. ⓘ

Verwendungen

Industriell

Die wichtigste industrielle Verwendung von Borsäure ist die Herstellung von Monofilament-Glasfasern, die gewöhnlich als Textilglas bezeichnet werden. Textilglas wird zur Verstärkung von Kunststoffen in Anwendungen verwendet, die von Booten über industrielle Rohrleitungen bis hin zu Computerplatinen reichen. ⓘ

In der Schmuckindustrie wird Borsäure häufig in Kombination mit vergälltem Alkohol verwendet, um die Oxidation der Oberfläche und die Bildung von Feuerstein auf Metallen während des Glühens und Lötens zu verhindern. ⓘ

Borsäure wird bei der Herstellung des Glases von LCD-Flachbildschirmen verwendet. ⓘ

In der Galvanotechnik wird Borsäure als Teil einiger geschützter Formeln verwendet. Eine dieser bekannten Formeln sieht ein Verhältnis von etwa 1 zu 10 von H
₃BO
₃ zu NiSO
₄, einen sehr geringen Anteil an Natriumlaurylsulfat und einen kleinen Anteil an H
₂SO
₄. ⓘ

Die Lösung von Orthoborsäure und Borax im Verhältnis 4:5 wird als feuerhemmendes Mittel für Holz durch Imprägnierung verwendet. ⓘ

Sie wird auch bei der Herstellung von Stampfmasse verwendet, einem feinen kieselsäurehaltigen Pulver, das bei der Herstellung von Auskleidungen für Induktionsöfen und Keramik verwendet wird. ⓘ

Borsäure wird dem Borax zugesetzt, um von Schmieden als Schweißflussmittel verwendet zu werden. ⓘ

Borsäure wird in Verbindung mit Polyvinylalkohol (PVA) oder Silikonöl zur Herstellung von Silly Putty verwendet. ⓘ

Borsäure ist auch in der Liste der chemischen Zusätze enthalten, die beim Hydraulic Fracturing (Fracking) im Marcellus Shale in Pennsylvania verwendet werden. Sie wird häufig in Verbindung mit Guarkernmehl als Vernetzungs- und Geliermittel verwendet, um die Viskosität und die Rheologie der unter hohem Druck in das Bohrloch eingebrachten Fracking-Flüssigkeit zu steuern. Es ist nämlich wichtig, die Viskosität der Flüssigkeit zu kontrollieren, um die Körner der Stützmittel über lange Transportwege in der Schwebe zu halten, damit die Risse in den Schiefergesteinen ausreichend offen bleiben, um die Gasförderung zu erleichtern, nachdem der hydraulische Druck entlastet wurde. Die rheologischen Eigenschaften von boratvernetztem Guarkernmehl-Hydrogel hängen hauptsächlich vom pH-Wert ab. ⓘ

Borsäure wird in elektrischen Hochspannungs-/Hochstrom-Expressionssicherungen als Entionisierungs-/Löschmittel verwendet. Bei einem elektrischen Fehler in einer Auslösesicherung entsteht ein Plasmalichtbogen durch den Zerfall und die schnelle federbelastete Trennung des Schmelzelements, bei dem es sich in der Regel um einen speziellen Metallstab handelt, der durch eine komprimierte Borsäuremasse in der Sicherungsbaugruppe verläuft. Das Hochtemperaturplasma bewirkt, dass sich die Borsäure schnell in Wasserdampf und Borsäureanhydrid zersetzt, und die Verdampfungsprodukte entionisieren das Plasma und tragen zur Unterbrechung des elektrischen Fehlers bei. ⓘ

Medizinische

Borsäure kann als Antiseptikum für kleinere Verbrennungen oder Schnittwunden verwendet werden und wird manchmal in Salben und Verbänden, wie z. B. Borsäure-Fusseln, eingesetzt. Borsäure wird in einer sehr verdünnten Lösung als Augenspülung verwendet. Verdünnte Borsäure kann als Vaginalspülung zur Behandlung von bakterieller Vaginose aufgrund übermäßiger Alkalität sowie von Candidose aufgrund von nicht-albicans Candida verwendet werden. Borsäure verschont die Laktobazillen in der Vagina weitgehend. Als TOL-463 wird es als intravaginales Medikament zur Behandlung von bakterieller Vaginose und vulvovaginaler Candidose entwickelt. Als antibakterielle Verbindung kann Borsäure auch zur Behandlung von Akne eingesetzt werden. Sie wird auch zur Vorbeugung von Fußpilz verwendet, indem man Pulver in die Socken oder Strümpfe einstreut. Verschiedene Präparate können zur Behandlung einiger Arten von Otitis externa (Ohrentzündung) bei Mensch und Tier verwendet werden. Das Konservierungsmittel in Urinprobenflaschen im Vereinigten Königreich ist Borsäure. ⓘ

Borsäurelösungen, die als Augenspülung oder auf Hautabschürfungen verwendet werden, sind bekanntermaßen giftig, insbesondere für Kleinkinder, vor allem nach wiederholter Anwendung; dies liegt an ihrer langsamen Ausscheidungsrate. ⓘ

Borsäure ist eine der am häufigsten verwendeten Substanzen, die den schädlichen Auswirkungen der reaktiven Flusssäure (HF) nach einem versehentlichen Hautkontakt entgegenwirken kann. Sie wirkt, indem sie die freien F- Anionen in das inerte Tetrafluoroborat-Anion umwandelt. Dieser Prozess verhindert die extreme Toxizität von Flusssäure, insbesondere ihre Fähigkeit, ionisches Kalzium aus dem Blutserum zu binden, was zu Herzstillstand und Knochenzersetzung führen kann; ein solches Ereignis kann schon bei geringem Hautkontakt mit HF auftreten. ⓘ

Insektizid

Borsäure wurde erstmals 1948 in den USA als Insektizid zur Bekämpfung von Schaben, Termiten, Feuerameisen, Flöhen, Silberfischchen und vielen anderen Insekten zugelassen. Das Produkt gilt allgemein als sicher für die Verwendung in Haushaltsküchen zur Bekämpfung von Schaben und Ameisen. Es wirkt wie ein Magengift, das den Stoffwechsel der Insekten beeinflusst, und das trockene Pulver wirkt abrasiv auf das Exoskelett der Insekten. Borsäure hat auch den Ruf, "das Geschenk zu sein, das immer wieder tötet", denn Schaben, die über leicht bestäubte Flächen laufen, sterben nicht sofort, sondern die Wirkung ist wie Glasscherben, die sie zerschneiden. Dies ermöglicht es den Schaben oft, in ihr Nest zurückzukehren, wo sie bald sterben. Da Schaben Kannibalen sind, fressen sie andere Schaben, die durch Kontakt mit Borsäure oder deren Verzehr getötet wurden, indem sie das in der toten Schabe eingeschlossene Pulver verzehren und auch sie töten. ⓘ

Konservierung

In Kombination mit ihrer Verwendung als Insektizid beugt Borsäure auch vorhandenem Nass- und Trockenfäulebefall im Holz vor und vernichtet ihn. Sie kann in Kombination mit einem Ethylenglykol-Träger verwendet werden, um Holz im Außenbereich gegen Pilz- und Insektenbefall zu behandeln. Es ist möglich, mit Borat imprägnierte Stäbchen zu kaufen, die über Bohrlöcher in das Holz eingebracht werden, in denen sich bekanntermaßen Feuchtigkeit und Nässe sammeln und festsetzen. Es ist in Gelform und als injizierbare Paste erhältlich, mit der fäulnisbefallenes Holz behandelt werden kann, ohne dass das Holz ersetzt werden muss. Konzentrierte Behandlungen auf Boratbasis können zur Verhinderung von Schleim-, Myzel- und Algenwachstum verwendet werden, sogar in Meeresumgebungen. ⓘ

Borsäure wird dem Salz beim Aushärten von Rinder-, Kälber- und Schaffellen zugesetzt. Dies trägt zur Kontrolle der bakteriellen Entwicklung und zur Bekämpfung von Insekten bei. ⓘ

pH-Puffer

Borsäure überwiegt in Lösungen unter pH 9 ⓘ

Borsäure puffert den steigenden pH-Wert in Schwimmbädern ⓘ

Borsäure im Gleichgewicht mit ihrer konjugierten Base, dem Borat-Ion, wird häufig (im Konzentrationsbereich von 50 bis 100 ppm Bor-Äquivalenten) als primäres oder ergänzendes pH-Puffersystem in Schwimmbädern eingesetzt. Borsäure ist eine schwache Säure mit einem pKa-Wert (der pH-Wert, bei dem die Pufferung am stärksten ist, weil die freie Säure und das Borat-Ion in gleichen Konzentrationen vorliegen) von 9,24 in reinem Wasser bei 25 °C. In Schwimmbad- oder Meerwasser ist der scheinbare pKa-Wert jedoch aufgrund von Wechselwirkungen mit verschiedenen anderen Molekülen in der Lösung wesentlich niedriger. In einem Salzwasserpool liegt er bei etwa 9,0. Unabhängig davon, welche Form des löslichen Bors zugesetzt wird, ist Borsäure innerhalb des für Schwimmbäder akzeptablen Bereichs von pH-Wert und Borkonzentration die vorherrschende Form in wässriger Lösung, wie in der nebenstehenden Abbildung dargestellt. Das Borsäure-Borat-System kann als primäres Puffersystem (als Ersatz für das Bikarbonat-System mit pK_a₁ = 6,0 und pK_a₂ = 9,4 unter typischen Salzwasser-Schwimmbadbedingungen) in Schwimmbädern mit Salzwasser-Chlorgeneratoren eingesetzt werden, die dazu neigen, den pH-Wert von einem Arbeitsbereich von pH 7,5 bis 8,2 nach oben zu verschieben. Die Pufferkapazität ist bei steigendem pH-Wert größer (in Richtung des pKa-Wertes um 9,0), wie in der nebenstehenden Grafik dargestellt. Die Verwendung von Borsäure in diesem Konzentrationsbereich ermöglicht keine Verringerung der Konzentration an freiem HOCl, das für die Beckenreinigung benötigt wird, kann aber die Lichtschutzwirkung der Cyanursäure geringfügig verstärken und andere Vorteile durch antikorrosive Wirkung oder wahrgenommene Weichheit des Wassers bieten, je nach der Gesamtzusammensetzung der gelösten Stoffe im Becken. ⓘ

Schmierung

Kolloidale Suspensionen von Borsäure-Nanopartikeln, die in Erdöl oder Pflanzenöl gelöst sind, können auf Keramik- oder Metalloberflächen ein bemerkenswertes Schmiermittel mit einem Gleitreibungskoeffizienten bilden, der mit zunehmendem Druck auf einen Wert zwischen 0,10 und 0,02 abnimmt. Selbstschmierende B(OH)₃-Filme entstehen durch eine spontane chemische Reaktion zwischen Wassermolekülen und B₂O₃-Beschichtungen in einer feuchten Umgebung. Im Massenmaßstab besteht eine umgekehrte Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und der Hertz'schen Flächenpressung, die durch die aufgebrachte Last verursacht wird. ⓘ

Borsäure wird zur Schmierung von Carrom- und Novuss-Brettern verwendet, um ein schnelleres Spiel zu ermöglichen. ⓘ

Kernenergie

Borsäure wird in einigen Kernkraftwerken als Neutronengift verwendet. Das Bor in Borsäure verringert die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Spaltung, indem es einige thermische Neutronen absorbiert. Spaltungskettenreaktionen werden im Allgemeinen durch die Wahrscheinlichkeit angetrieben, dass freie Neutronen zu einer Spaltung führen, und werden durch die materiellen und geometrischen Eigenschaften des Reaktors bestimmt. Natürliches Bor besteht zu etwa 20 % aus dem Isotop Bor-10 und zu 80 % aus Bor-11. Bor-10 hat einen hohen Wirkungsquerschnitt für die Absorption von Neutronen niedriger Energie (thermisch). Durch eine Erhöhung der Borsäurekonzentration im Reaktorkühlmittel wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutron eine Spaltung verursacht, verringert. Änderungen der Borsäurekonzentration können die Spaltgeschwindigkeit im Reaktor wirksam regulieren. Borsäure wird nur in Druckwasserreaktoren (DWR) verwendet, während bei Siedewasserreaktoren (SWR) die Leistungsregelung über die Steuerstabanordnung und den Kühlmittelfluss erfolgt. Siedewasserreaktoren verwenden eine wässrige Lösung aus Borsäure und Borax oder Natriumpentaborat für ein Notabschaltsystem. Borsäure kann in Becken zur Lagerung abgebrannter Brennelemente gelöst werden. Die Konzentration ist hoch genug, um die Neutronenvermehrung auf ein Minimum zu beschränken. Borsäure wurde nach der Kernschmelze im Kernkraftwerk Tschernobyl über Reaktor 4 ausgekippt, um eine weitere Reaktion zu verhindern. ⓘ

Pyrotechnik

Bor wird in der Pyrotechnik verwendet, um die amidbildende Reaktion zwischen Aluminium und Nitraten zu verhindern. Eine kleine Menge Borsäure wird der Zusammensetzung hinzugefügt, um alkalische Amide zu neutralisieren, die mit dem Aluminium reagieren können. ⓘ

Borsäure kann als Farbstoff verwendet werden, um Feuer grün zu färben. In Methanol gelöst wird sie zum Beispiel von Feuerjongleuren und Feuerschluckern verwendet, um eine tiefgrüne Flamme zu erzeugen, die viel stärker ist als Kupfersulfat. ⓘ

Landwirtschaft

Borsäure wird zur Behandlung oder Vorbeugung von Bormangel bei Pflanzen verwendet. Sie wird auch für die Konservierung von Getreide wie Reis und Weizen verwendet. ⓘ

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 glänzende 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 Na₂[B₄O₆ (OH)₂] · 3 H₂O. Ein ähnliches, selteneres Mineral ist Borax, dieses enthält 8 bzw. 10 Äquivalente Kristallwasser. Jenes wird heutzutage aber überwiegend aus Kernit gewonnen. Durch Behandeln von Borax mit Salzsäure oder Schwefelsäure lässt sich Borsäure freisetzen. ⓘ

Nachweis

Flamme des Borsäuretrimethylesters ⓘ

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

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

ⓘ

Verwendung

Borsäure ist ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Borosilikatglas, Porzellan, Emaille. Die Weltjahresproduktion von Borsäure beträgt über 2.000.000 Tonnen. ⓘ

Borsalbe aus den 1930er Jahren ⓘ

In der Medizin wurde Borsäure als wässrige Lösung (Borwasser) und Salbe (Borsalbe) als mildes Desinfektionsmittel 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.
3%ige Borsäurelösung (Borwasser) kann bei Verätzungen durch Laugen verwendet werden. Sie wirkt selbst nicht ätzend und kann Laugen neutralisieren. ⓘ

In der Lebensmittelindustrie wird Borsäure als Konservierungsmittel mit der Bezeichnung E 284 verwendet. ⓘ

Borsäure wird in Desinfektionsmitteln, als Bleichmittel in Spülmitteln sowie als Fungizid und Insektizid (z. B. zur Bekämpfung von Flöhen und Kakerlaken) verwendet. ⓘ

Im Baubereich werden Borsäure sowie Borax und andere Borate (Borsalze) zum vorbeugenden Holzschutz, in Beizen sowie als Flammschutzmittel und zur Prävention von Schimmel und Schädlingsbefall bei organischen Dämmstoffen eingesetzt. Beispielsweise war bei Zellulosedämmstoffen ein 8%iger Zusatz üblich, der aber aufgrund neuerer Richtlinien auf 5,5 % begrenzt werden muss. ⓘ

In Druckwasserreaktoren wird gelöste Borsäure als Neutronenabsorber zur Regelung der Kettenreaktion verwendet. Sie beruht auf dem großen Absorptions-Wirkungsquerschnitt des in natürlichem Bor zu 20 % enthaltenen Isotops ¹⁰B für thermische Neutronen. Hierbei erfolgt die Kernreaktion ⓘ

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

. ⓘ

Borsäure wird zur Berechnung des Kohlenstoffdioxid-Gehaltes in erdgeschichtlichen Zeiten benutzt. Wenn sich der pH-Wert ins Alkalische verändert, wandelt sich die Borsäure in Borat, das Salz der Borsäure, um. Dabei kommt es zu einer Isotopenfraktionierung, da ¹⁰Bor bevorzugt in das Borat eingebaut wird. Da Foraminiferen (fossile als auch rezente Einzeller) und andere Schalentiere Borat für den Aufbau ihrer Schale benötigen, kann anhand des Isotopen-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 Borsäuretrimethylester entsteht eine grüne Flamme, die Borsäureester anderer Alkohole zeigen bei der Verbrennung einen grünen Flammensaum. Diese Eigenschaft wird zur Identifizierung von Methanol genutzt (Schulversuch) und in der Pyrotechnik, um beispielsweise die Flammen von Feuerstäben, Poi oder Feuerschalen zu färben. ⓘ

In als Spielzeug verkauftem Slime wurden bis zu 1,3 % Borsäure nachgewiesen. Mit dem Borsäuregehalt steigt die Viskosität der schleimigen Masse. Bei Herstellung ist auf konstant niedrigen Gehalt zu achten, da ab einer täglichen Aufnahme von 0,57 mg/kg Körpergewicht mit einer gesundheitlichen Beeinträchtigung gerechnet werden müsse. ⓘ

Gefahrstofflisten

Im Juni 2010 wurde Borsäure durch die ECHA auf die Kandidatenliste für SVHC (substance of very high concern) aufgenommen. Nach Inkrafttreten der CLP-Verordnung 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. ⓘ