Bor (B) und Wasser

Bor ist zu 4-5 ppm in Meerwasser enthalten. In Flusswasser sind im Allgemeinen nur etwa 10 ppb dieses Elements anzutreffen. In der Meeresalge Lactuca wurden Borkonzentrationen von 8-15 ppm, in Miesmuscheln von 4-5 ppm (auf die Feuchtmasse bezogen) gefunden.
In gelöstem Zustand liegt Bor meist als B(OH)₃(aq) oder B(OH)₄^-(aq) vor.
 

Wie und in welchen Verbindungen reagiert Bor mit Wasser?

Unter normalen Bedingungen reagiert Bor nicht mit Wasser. Bei Borverbindungen kann das sehr wohl der Fall sein. So reagiert beispielsweise der Bortrifluorid-Ethylether-Komplex mit Wasser, wobei Diethylether und BF₃, sowie hochentzündliche Gase entstehen. Einige Borverbindungen, wie Bortriiodid, sind in Wasser hydrolysierend.
 

Wasserlöslichkeit von Bor und/oder seinen Verbindungen

Borsalze sind in der Regel gut wasserlöslich. Borsäure hat eine Wasserlöslichkeit von 57 g/L, bei Borax und Bortrioxid ist diese mit 25,2 bzw. 22 g/L etwas niedriger. Bortrifluorid ist mit 2,4 g/L deutlich schlechter in Wasser löslich und manche Borverbindungen, wie etwa Bornitrid, können sogar komplett unlöslich sein.

Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann

Wie kann Bor ins Wasser gelangen?

Die wichtigsten Gesteine, in denen Bor vorkommt, sind Kernit, Borax, Ulexit und Colemanit. Außerdem ist es in Schiefer und lehmreichen Gestein zu finden. In lufttrockenen Böden sind Borkonzentrationen von etwa 5-80 ppm anzutreffen. An besonders borreichen Standorten, wie etwa Fumarolen, ist das Element vor allem in Form von Borsäure, Boraten und Bormineralien zu finden. Inwiefern es an Tonmineralien gebunden wird, ist abhängig vom pH-Wert. Aus Boden und Gesteinen kann Bor durch Verwitterung auch in Gewässer gelangen.
In der Industrie wird das pure Element, außer zur Herstellung von Metallboriden oder zur Verbesserung der Leitfähigkeit von etwa Aluminium oder der Fließeigenschaften von Eisen, selten verwendet. Aus Metallboriden werden beispielsweise Turbinenschaufeln, Raketendüsen, Gefäße für Reaktionen bei hohen Temperaturen und Elektroden hergestellt. Stahl wird durch Zugabe von Bor härter.
Natriumperborat wird Waschmitteln als Bleichmittel hinzugegeben. Hieraus entsteht schließlich Borat, von dem bekannt ist, dass es Wasserpflanzen direkt schädigt. Borate dienen außerdem als Wasserenthärter. Andere Borverbindungen kommen bei der Herstellung von Glas, das stabiler und weniger hitzeempfindlich wird, Glasfasern zur Isolation von Gebäuden, Keramik und Emaille zum Einsatz. Sie sind auch in Reinigungsmitteln, Batterien, zum Teil illegalen Konservierungsmitteln und Augentropfen enthalten. Die wichtigsten dieser Verbindungen sind Borax, Boroxid und Borsäure. So sind beispielsweise Borsäure und Borax in großen Mengen in Düngern und Pflanzenschutzmitteln enthalten. Das Element ist außerdem Bestandteil von Imprägnierungs- und Holzschutzmitteln. Als Borcarbid oder Bornitrid wird es als Schleifmittel eingesetzt.
Eine besondere Funktion hat in eine Polymermatrix eingebettetes Bor, das nämlich Kernreaktoren reguliert und sie in bedrohlichen Situationen abkühlt. Es dient zudem als Neutronenabsorber im Kern des Reaktors.
Bor gelangt häufig bei Haus- und Sondermülldeponien, die nicht ausreichend gesichert sind, in Boden und Grundwasser. Dort ist es auch ein typischer Indikatorstoff, der angibt, dass möglicherweise noch andere Schadstoffe zu finden sind.
 

Welche Umweltprobleme können durch Wasserverunreinigung mit Bor entstehen?

Bor ist für manche Organismen essentiell und scheint eine Rolle bei der Zellteilung zu spielen. Dies gilt etwa für Grünalgen, aber auch höhere Pflanzen. Ein Bormangel führt zu Wachstumsproblemen der Pflanze, und sie kann keine Zucker mehr mobilisieren. Die Borverbindung, die wahrscheinlich hauptsächlich aufgenommen wird, ist Borsäure. Pflanzen enthalten 30-75 ppm Bor (trockenmassebezogen), und ab Konzentrationen von etwa 100 ppm wird meist eine toxische Wirkung deutlich, die Ernteerträge vermindern kann. Während Gräser relativ hohe Konzentrationen des Elements tolerieren, sind Pinusarten meist sehr empfindlich. Im Allgemeinen benötigen jedoch Bäume im Verhältnis zu anderen Pflanzen die größten Mengen dieses Elements. Als tolerierbare Konzentration von Bor im Boden gelten 25 ppm.
Für Wirbeltieren scheint Bor nicht essentiell zu sein.
Höhere Konzentrationen Bor in Gewässern wirken toxisch auf Fische. Hierbei handelt es sich um etwa 10-300 mg/L. Für Wasserpflanzen sind vor allem Borate gefährlich.
Während Borsäure als schwach wassergefährdender Stoff gilt, gehören Borhalogenide sogar in die Wassergefährdungsklasse 3, stark wassergefährdend. Bor besitzt eine mittlere Mobilität und ein geringes Transformationspotenzial, weswegen sein Ausbreitungspotenzial als relativ hoch gilt.
Bor besitzt zwei stabile und vierzehn instabile Isotope.
 

Welche Gesundheitseffekte kann Bor im Wasser verursachen?

Der menschliche Körper enthält etwa 0,7 ppm Bor, welches als wahrscheinlich nicht essentiell für unsere Körperfunktionen gilt. Da das Element jedoch für Pflanzen essentiell ist, nehmen auch wir es mit unserer Nahrung auf. Die tägliche Einnahme liegt normalerweise bei etwa 2 mg, und die in Obst und Gemüse enthaltene Menge liegt deutlich unter der Grenze, die gesundheitsschädlich sein könnte.
Bei einer Einnahme von etwa 5 g Borsäure wird der menschliche Körper deutlich beeinträchtigt, da es zu Übelkeit, Erbrechen, Durchfall und Kreislaufproblemen kommt, und etwa 20 g gelten als lebensgefährlich. Sie reizt außerdem die Augen und kann zu Hautausschlägen führen. Verätzungen entstehen beispielsweise durch Bortrifluorid.
Es könnte ein Zusammenhang zwischen der Menge Bor im Boden und Trinkwasser und dem häufigeren Vorkommen von Arthritis in der Bevölkerung bestehen.
Sowohl Borsäure, als auch Borax werden in bestimmten Mengen in der Medizin eingesetzt. Die Eigenschaft von Bor als Neutronenfänger wird zudem bei der Behandlung von Gehirntumoren genutzt (boron neutron capture therapy).
 

Welche Wasserreinigungstechnologien können genutzt werden um Bor zu entfernen?

In der Natur kommt Bor vor allem als Borsäure und in Form ihrer Salze vor. Besonders Borsäure ist, wegen ihrer Ähnlichkeit mit Silikaten, mit Hilfe von Ionenaustauschern nur schwer aus dem Wasser zu entfernen.

Die Trinkwassernormen von der EU und Deutschland geben eine maximale Borkonzentration von 1 mg/l vor. Die Empfehlung der WHO liegt bei 0,5 mg/l.

Trinkwassernormen im Vergleich

Quellenangaben
 

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