Bariumborat

Kristallstruktur
Kristallstruktur von β-Bariumborat _ Ba^2+ 0 _ B^3+0 _ O^2−
Allgemeines
Name	Bariumborat
Andere Namen	Bariummetaborat Bariumdibortetraoxid
Verhältnisformel	Ba(BO2)2
Kurzbeschreibung	weißer geruchloser Feststoff (Monohydrat)[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 13701-59-2 26124-86-7 (Monohydrat) 23436-05-7 (Dihydrat) EG-Nummer 237-222-4 ECHA-InfoCard 100.033.824 PubChem 6101043 ChemSpider 3642855 Wikidata Q830818
Eigenschaften
Molare Masse	222,95 g·mol^−1
Aggregatzustand	fest[1]
Dichte	3,85 g·cm^−3 (α)[2] 3,35 g·cm^−3 (Monohydrat)[1]
Schmelzpunkt	1051 °C[2] >900 °C (Monohydrat)[1]
Löslichkeit	schlecht löslich in Wasser (Monohydrat)[3] nahezu unlöslich in organischen Lösungsmitteln (Monohydrat)[3]
Brechungsindex	1,55–1,60 (Monohydrat)[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[5] ggf. erweitert[4] Gefahr H- und P-Sätze H: 301​‐​332​‐​360FD P: ?
Zulassungs­verfahren unter REACH	besonders besorgnis­erregend: fortpflanzungs­gefährdend (CMR)[6]
Toxikologische Daten	850 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, oral, Monohydrat)[3] > 2000 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, transdermal, Monohydrat)[3]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Bariumborat (genauer Bariummetaborat) ist eine chemische Verbindung des Bariums aus der Gruppe der Borate. Sie kommt in verschiedenen Modifikationen vor, die sich durch ungewöhnliche Eigenschaften wie optische Doppelbrechung und optische Nichtlinearität[7] auszeichnen.

Gewinnung und Darstellung

Bariumborat kann durch Reaktion einer Borsäurelösung mit Bariumhydroxid gewonnen werden. Das entstehende γ-Bariumborat enthält Kristallwasser, das durch Erhitzen auf 300–400 °C entfernt werden kann. Bei Erhitzung auf 600 bis 800 °C setzt sich dieses vollständig zu β-Bariumborat um.[2] Bariumborat-Monohydrat wird aus einer Lösung von Bariumsulfid und Natriumtetraborat hergestellt. Das Dihydrat entsteht durch Ausfällung aus einer Bariumchloridlösung durch Zugabe einer Natriummetaboratlösung bei 90 bis 95 °C. Bei Raumtemperatur fällt das Tetrahydrat aus.[8]

Eigenschaften

Kristallstruktur von β-Bariumborat nahezu senkrecht zur c-Achse gesehen.
Farben: grün – Barium, pink – Bor, rot – Sauerstoff

Kristallstruktur von β-Bariumborat entlang der c-Achse.

Bariumborat-Monohydrat ist ein weißer Feststoff, der wenig wasserlöslich ist. Das ebenfalls weiße[9] Dihydrat verliert bei 140 °C Kristallwasser.[8] Die Hochtemperaturform α-Bariumborat[10] hat gute mechanische Eigenschaften (Mohs-Härte von 4,5), eine hohe Doppelbrechung und ist in einem sehr weiten Bereich zwischen 189 und 3500 nm durchsichtig.[2] Sie kristallisiert trigonal, Raumgruppe R3c (Raumgruppen-Nr. 167)Vorlage:Raumgruppe/167 mit den Gitterparametern a = 7,235 Å und c = 39,19 Å.[11] Ähnlich wie die α-Form besitzt die Niedertemperaturform β-Bariumborat (BBO) eine trigonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe R3c (Nr. 161)Vorlage:Raumgruppe/161[7] und den Gitterparametern a = 8,380 Å und α = 96,65°.[12] Die Struktur enthält nahezu planare trimere Ionen (BO₂)₃^−. Jedes Bariumatom wird von acht Sauerstoffatomen benachbarter Anionen koordiniert.[12] Die Tieftemperaturphase weist nichtlineare optische Eigenschaften auf. Im Vergleich zu Kaliumdihydrogenphosphat (KDP) hat die Verbindung eine nahezu sechsmal so hohe Nichtlinearität und einen weiten Bereich von Wellenlängen (ca. 210 bis 2100 nm), in dem der Kristall transparent ist. Ähnlich wie KDP kann BBO auch bei Laserpulsen sehr hoher Energiedichte eingesetzt werden (hohe Zerstörschwelle: ca. 5 GW/cm^2 bei 1064 nm Wellenlänge und 10 ns Impulsdauer).

Die Brechungsindices n_o und n_e von BBO werden durch die Sellmeier-Gleichung

${\displaystyle n^{2}(\lambda )=A+{\frac {B}{\lambda ^{2}+C}}+D\lambda ^{2}}$

beschrieben. In Veröffentlichungen werden unterschiedliche Werte für die experimentell ermittelten Sellmeier-Koeffizienten (A, B, C, D) angegeben. Beispielhaft die Werte von Kato:[13]

	A	B/µm^2	C/µm^2	D/µm^−2
no	2,7359	0,01878	−0,01822	−0,01354
ne	2,3753	0,01224	−0,01667	−0,01516

Verwendung

Bariumborat-Monohydrat wird als Pigment, Korrosionshemmer (durch seine alkalischen Eigenschaften[14]), Flammschutzmittel, Tannin-Verfärbungsblockierungsmittel für Lacke und weiteres verwendet.[15] Das Dihydrat wird als Flammschutzmittel in Farben, Papier, Textilien und Plastik verwendet.[8] Bariumborat ist seit den 1960er-Jahren in den USA als Bakterizid und Fungizid zugelassen. α-Bariumborat ist ein nützliches Material für Hochleistungs-UV-Licht-Polarisationsoptiken[2] und Akustooptiken.[16] β-Bariumborat wird verwendet für:

• Frequenzverdopplung und Mischen (Erzeugung der Summen- und Differenzfrequenz) des Lichtes von (gepulsten) Lasern
• Korrelation zur Messung der Impulsdauer und -form ultrakurzer Laserpulse
• optisch parametrische Oszillatoren
• Pockels-Zellen
• zur Erzeugung von UV-Licht[17]

Verwandte Verbindungen

• Bariumorthoborat Ba₃(BO₃)₂

Einzelnachweise

1. Datenblatt Barium metaborate monohydrate bei Alfa Aesar, abgerufen am 8. Juni 2014 (Seite nicht mehr abrufbar).
2. Richard C. Ropp: Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Newnes, 2012, S. 511 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
3. W. Paulus: Microbicides for the Protection of Materials: A Handbook. Springer, 1993, S. 429 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
4. Eintrag zu Bariummetaborat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 22. Mai 2023. (JavaScript erforderlich)
5. Eintrag zu Bariumdibortetraoxid im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 22. Mai 2023. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
6. Eintrag in der SVHC-Liste der Europäischen Chemikalienagentur, abgerufen am 30. Januar 2023.
7. Govindhan Dhanaraj, Kullaiah Byrappa, Vishwanath Prasad, Michael Dudley: Springer Handbook of Crystal Growth. Springer, 2010, S. 729 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
8. Dale L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds, Second Edition. CRC Press, 2011, S. 498 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
9. William M. Haynes: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 93rd Edition. CRC Press, 2012, S. 50 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
10. Die Bezeichnung der Tief- und Hochtemperaturform als β- und α-Form wird in der Literatur uneinheitlich gehandhabt. In der neueren Literatur hat sich die Bezeichnung α-Form für die Hochtemperaturform etabliert.
11. A. Perloff, S. Block, A.D. Mighell: The crystal structure of the high temperature form of barium borate. In: Acta Crystallographica, 20, 1966, S. 819–823, doi:10.1107/S0365110X66001920.
12. R. Fröhlich: Crystal structure of the low-temperature form of BaB₂O₄. In: Zeitschrift für Kristallographie, 168, 1984, S. 109–112, doi:10.1524/zkri.1984.168.14.109.
13. K. Kato: „Second-Harmonic Generation to 2048 Å in β-BaB₂O₄“, IEEE Journal of Quantum Electronics, 1986, 22 (7), S. 1013–1014, doi:10.1109/JQE.1986.1073097.
14. Amy Forsgren: Corrosion Control Through Organic Coatings. CRC Press, 2006, S. 42 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
15. Michael Ash, Irene Ash: Handbook of Green Chemicals. Synapse Info Resources, 2004, S. 132 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
16. I. Martynyuk-Lototska: Highly efficient acoustooptic diffraction in alpha-BaB2O4 crystals: improving of geometry of acoustooptic interaction. In: Ukrainian Journal of Physical Optics. 13, 2012, S. 28, doi:10.3116/16091833/13/1/28/2012.
17. Mark Peltz: Charakterisierung von neuen nichtlinearen Kristallen zur Frequenzkonversion … Tenea Verlag Ltd., 2004, S. 148 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).