Kitabı oku: «Borax»

02. Allgemeines über Borax

Johan Gottschalk Wallerius, ein schwedischer Mineraloge, beschrieb 1748 als erster das Mineral Borax. Schon in der Antike wurde es bei der Bearbeitung von Gold, in China für Glasuren und in Ägypten zum Einbalsamieren benutzt. Im Mittelalter wurde Borax als Kostbarkeit aus Tibet nach Europa gebracht. Das Wort Borax kommt von dem arabischen Wort „bauraq“, das „weiß“ bedeutet. (vgl. chemie.de, AMELINGMEIER 2014) Borax, auch Tinkal genannt, ist ein in der Natur selten vorkommendes Mineral, das abgebaut und zu verschiedenen Borverbindungen weiterverarbeitet wird. Es ist die wirtschaftlich wichtigste Verbindung von Bor. Seine chemische Formel ist Na₂B₄O₇*10H₂O, oder einfach gesagt besteht das Ausgangsmaterial Borax aus den Elementen Natrium, Bor, Sauerstoff und Wasserstoff. Auch wenn es für das Mineral mehrere Namen gibt (Natriumtetraborat-Decahydrat, Natriumborat, Dinatriumtetraborat-Decahydrat), die chemische Zusammensetzung bleibt an sich immer die gleiche. Meistens bildet es kurze, prismatische Kristalle, aber auch körnige oder massige Aggregate, die meistens weiß, grau oder gelb, manchmal farblos, sind.

Natürlich kommt Borax ähnlich wie Anhydrit oder Gips als Evaporit in kristalliner oder massiver Form vor. Bei der Austrocknung von kontinentalen salzhaltigen Seen, sog. Borax-Seen, lagert sich Borax ab. Der Borax Gehalt kommt wahrscheinlich von vulkanischer Aktivität, weshalb man es auch in Vulkanschloten findet. Hauptsächlich kommt Borax in der Türkei (Kirka) und in Kalifornien vor, wo 1872 die ersten Lagerstätten im Death Valley entdeckt und abgebaut wurden. Auch heute noch befindet sich das weltweit größte Vorkommen in Kalifornien (Rio Tinto Borax Mine in Boron, Death Valley, Searles Lake, Borax Lake), was die USA neben der Türkei zu den Hauptförderern macht. Experten meinen, dass die Reserven in Boron bis 2050 reichen werden. Weitere Vorkommen liegen in China, Indien und der Ukraine, Argentinien (Tincalayu, Loma Blanca), Peru, Kasachstan und Tibet. (vgl. LAST 2012: 11, chemie.de, AMELINGMEIER 2014, EARTHCLINIC 2018).

Neben Borax sind Ulexit, Boracit und Kernit noch wichtige Bormineralien. Heute wird Borax überwiegend aus dem kristallwasserärmeren Mineral Kernit gewonnen. (vgl. chemie.de, wissen.de)

Borax besteht zu 11,3 % und Borsäure zu 17,5 % aus Bor. Ein Teelöffel voll Borax sind ungefähr 4-6 Gramm. Ein Gramm Borax enthält 11,3% Bor, ¼ Teelöffel 113 Milligramm Bor. (vgl. EARTHCLINIC 2018) Die einfachste chemische Bezeichnung für Tinkal ist Natriumborat und es ist das Natriumsalz der schwachen Borsäure. Die Borsäure ist die einfachste Sauerstoffsäure des Bors (Borverbindung). Mit Salzsäure reagiert Borax im Magen zu Borsäure und Natriumchlorid. In Wasser gelöstes Borax hat einen pH-Wert von 9-10 und ist somit alkalisch. Wird das Mineral erhitzt, verliert es Teile seines Kristallwassers (im kristallinen Festkörper gebunden), bis es bei 400°C wasserfrei ist und zu Natriumtetraborat wird. Bei 878°C schmilzt es. Wird Borax zu schnell erhitzt zerfällt es bei ca. 75°C. (vgl. LAST 2012: 11f., chemie.de)

Abb. 1 und 2: Borax-Kristalle. (Quelle: mineralienatlas.de, skywalker.cochise.edu)

Zusatzinformationen über Bor und Borsäure:

•Bor ist ein seltenes Element mit Eigenschaften von Halbmetallen, das in der Natur nur in Form von Sauerstoffverbindungen in einigen Lagerstätten vorkommt und dessen Abbau sehr lohnend ist. Es ist das einzige Nichtmetall unter den Mikronährstoffen. Borverbindungen sind schon seit Jahrtausenden bekannt. In Ägypten z.B. wurde das Mineral Natron, das unter anderem auch Borate enthält, zur Mumifikation benutzt, und im chinesischen Kaiserreich wird seit dem 4. Jahrhundert Boraxglas verwendet. Im antiken Rom wurden Borverbindungen ebenfalls zur Herstellung von Glas verwendet. Am häufigsten kommt Bor in Glimmern und im Mineral Turmalin (ca. 10% Bor) gebunden vor. Durch Verwitterung dieser Minerale wird das Bor u.a. in Form von Borsäure freigesetzt. Die Löslichkeit des Elements hängt mit dem pH-Wert im Boden zusammen. In marinen Tonen werden mit ungefähr 200 mg/kg die höchsten Bor-Werte erreicht, denn das Meerwasser hat ebenfalls einen hohen Borgehalt (im Mittel 4,6mg/l). Bor ist sehr strahlungsreaktiv und für Lebewesen der einzige nutzbare Neutronenfänger. (vgl. FISCHER 2008: 7, 13, chemie.de)

Amorphes Bor ist ein braunes oder schwarzes Pulver oder eine glasige, undurchsichtige Masse, kristallines Bor kommt in mehreren allotropen Modifikationen vor. Große Bor-Lagerstätten befinden sich in der Türkei, den USA (Kalifornien, Mojave-Wüste) und Argentinien. Dort wird Colemanit, Borax und Kernit abgebaut. (vgl. chemie.de, SITZMANN 2011, LAST 2012: 11).

Kernit und Borax sind die wichtigsten Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Borsäure. In geringen Mengen ist elementares Bor nicht giftig. Borane (Borwasserstoffverbindungen) sind allerdings hochgradig toxisch.

Am wirtschaftlich wichtigsten ist das Borax. Unter anderem wird Bor für Raketentreibstoffe und pyrotechnische Mischungen eingesetzt, in Bor-Nitrat-Gemischen als Zünder für Airbags, als Legierungszusatz, zur Desoxidation von flüssigem Kupfer und zur Härtung von Metalloberflächen. Borfasern stärken Bauteile von Flugzeugen, Raumkapseln oder Sportgeräten. (vgl. chemie.de, SITZMANN 2011)

•Borsäure (H3BO3) bildet schuppige, farblos-glänzende Kristalle und ihre Salze werden Borate genannt. Sie ist wasserlöslich (Borwasser) und löst sich auch in Ethanol und Glycerin. Die Lösung in Wasser ist schwach sauer.

Das weltweit größte Vorkommen an Boraten befindet sich mit 72% ebenfalls in der Türkei (Kirka) und in Boron (Kalifornien). (chemie.de, FISCHER 2008: 15) Ähnlich wie Borax löst die Borsäure Metalloxide auf. Da die schwache Säure flüchtig ist, kann sie in den Fumarolen und Soffionen der italienischen Vulkangebiete gefunden werden. Soffionen sind ca. 200°C heiße Ausdampfungen aus Erdspalten in der Toskana. Aus diesen heißen Wasserdämpfen wird die Borsäure in Form von dünnen Plättchen des Minerals Sassolin (in Sasso, Toskana) abgelagert bzw. eingedampft. Durch den Wind kann sie mit dem versprühten borhaltigen Meerwasser und in gasförmiger Form weitertransportiert und über Niederschläge in den Boden gelangen. (vgl. LIEBREICH 1899: 2, FISCHER 2008: 15, RÖMPP: 2002)

Daneben wird Borsäure freigesetzt, wenn Borax mit Salz- oder Schwefelsäure beträufelt wird. Jährlich werden weltweit mehr als 200.000 Tonnen Borsäure hergestellt. Also entweder wird die Borsäure aus dem Borax gewonnen, oder aus den Soffionen.

Früher wurde die Borsäure und ihre Salze zur Konservierung von Lebensmitteln wie u.a. Margarine, Butter, Flüssigeigelb, Garnelen, Krabben und Zitrusfrüchten eingesetzt. Da die antimikrobielle Wirkung aber im Vergleich von anderen Konservierungsmitteln relativ gering war, musste sehr viel verwendet werden. Heute wird Borsäure aufgrund ihrer gesundheitlichen Bedenklichkeit kaum mehr verwendet. Heute ist sie nur noch als Konservierungsmittel (E284) für echten Kaviar (Störrogen) zugelassen. Die Behörden gehen von kleinen Verzehrmengen aus, sodass sie keine Bedenken geäußert haben. Die Höchstmengenbeschränkung ist 4 g/kg (Summe aus Borsäure und Borax). Borwasser (wässrige Lösung aus Borsäure) und Borsalbe sind milde Desinfektionsmittel z.B. bei Augenentzündungen. 1984 wurden borsäurehaltige Medikamente vom damaligen Bundesgesundheitsamt zurückgerufen, seitdem ist Borsäure und ihre Ester und Salze nur noch zur Pufferung von Augentropfen, in Kosmetika und in homöopathischen Verdünnungen (Globuli gegen Ängste) zugelassen. (vgl. chemie.de, HABERMEYER & SITZMANN 2011, zusatzstoffe-online.de 2013) Borsäure wird bei der Herstellung von Porzellan und Emaille, sowie anderen Bor-Verbindungen benutzt und ist in Flammschutzmitteln und Beizen enthalten.

Interessant ist, dass Borsäure zur Berechnung historischer CO2-Gehalte benutzt werden kann. Bei einem sauren pH-Wert wird Bor in Borsäure eingebaut, verändert sich das saure Milieu nun hin zu einem alkalischen, wird die Borsäure zu Borat, das wiederum fossile als auch rezente Einzeller für den Aufbau ihrer Schalen benötigen. Anhand dieses Verhältnisses kann nun festgestellt werden, zu welcher Zeit welcher pH-Wert in einem Gebiet vorlag. Weil die Schalen dieser Einzeller und Muscheln den größten Teil des marinen Sediments bilden, können einfach Sedimentkerne entnommen und im Labor auf beide Bor-Isotope untersucht werden. Die Ergebnisse gehen mit denen aus in Eiskernen eingeschlossenen Luftblasen einher.

Um Feuerschalen oder Pois für Feuershows einzufärben, wird ebenfalls Borsäure benutzt, da sie zusammen mit Methanol eine grüne Flamme hervorruft.

Ebenfalls wird die Säure als Konservierungsstoff in der Kosmetik verwendet, da sie ein mildes Antiseptikum ist. Außerdem in der Gerberei, zum Steifen der Dochte in der Kerzenindustrie, zur Trennung von Zuckern und als Zusatz zu Schmierstoffen etc. (vgl. chemie.de, HABERMEYER & SITZMANN 2011, FISCHER 2008: 15)