Bariumborat

Vorlage:Infobox Chemikalie

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<ref name="Govindhan Dhanaraj, Kullaiah Byrappa, Vishwanath Prasad, Michael Dudley">Vorlage:Literatur</ref> 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.<ref name="Richard C. Ropp" /> 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.<ref name="Dale L. Perry">Vorlage:Literatur</ref>

Eigenschaften

Datei:BBOstructure1.png

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

Datei:BBOstructure2.png

Kristallstruktur von β-Bariumborat entlang der c-Achse.

Bariumborat-Monohydrat ist ein weißer Feststoff, der wenig wasserlöslich ist. Das ebenfalls weiße<ref name="William M. Haynes">Vorlage:Literatur</ref> Dihydrat verliert bei 140 °C Kristallwasser.<ref name="Dale L. Perry" /> Die Hochtemperaturform α-Bariumborat<ref>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.</ref> 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.<ref name="Richard C. Ropp">Vorlage:Literatur</ref> Sie kristallisiert trigonal, Vorlage:Raumgruppe mit den Gitterparametern a = 7,235 Å und c = 39,19 Å.<ref>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.</ref> Ähnlich wie die α-Form besitzt die Niedertemperaturform β-Bariumborat (BBO) eine trigonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe Vorlage:Raumgruppe<ref name="Govindhan Dhanaraj, Kullaiah Byrappa, Vishwanath Prasad, Michael Dudley" /> und den Gitterparametern a = 8,380 Å und α = 96,65°.<ref name="Fröhlich" /> Die Struktur enthält nahezu planare trimere Ionen (BO₂)₃⁻. Jedes Bariumatom wird von acht Sauerstoffatomen benachbarter Anionen koordiniert.<ref name="Fröhlich">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.</ref> 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/cm² bei 1064 nm Wellenlänge und 10 ns Impulsdauer).

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

<math>

n^2(\lambda) = A + \frac{B}{\lambda^2 + C} + D\lambda^2 </math>

beschrieben. In Veröffentlichungen werden unterschiedliche Werte für die experimentell ermittelten Sellmeier-Koeffizienten (A, B, C, D) angegeben. Beispielhaft die Werte von Kato:<ref name="Kat86">K. Kato: „Second-Harmonic Generation to 2048 Å in β-BaB₂O₄“, IEEE Journal of Quantum Electronics, 1986, 22 (7), S. 1013–1014, Vorlage:DOI.</ref>

	A	B/µm²	C/µm²	D/µm⁻²
n_o	2,7359	0,01878	−0,01822	−0,01354
n_e	2,3753	0,01224	−0,01667	−0,01516

Verwendung

Bariumborat-Monohydrat wird als Pigment, Korrosionshemmer (durch seine alkalischen Eigenschaften<ref name="Amy Forsgren">Vorlage:Literatur</ref>), Flammschutzmittel, Tannin-Verfärbungsblockierungsmittel für Lacke und weiteres verwendet.<ref name="Ash">Vorlage:Literatur</ref> Das Dihydrat wird als Flammschutzmittel in Farben, Papier, Textilien und Plastik verwendet.<ref name="Dale L. Perry" /> 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<ref name="Richard C. Ropp" /> und Akustooptiken.<ref name="DOI10.3116/16091833/13/1/28/2012">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, Vorlage:DOI.</ref> 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<ref name="Mark Peltz">Vorlage:Literatur</ref>

Risikobewertung

Bariumborat wurde am 17. Januar 2023 in der Liste der besonders besorgniserregenden Stoffe aufgenommen.<ref name="SVHC_100.033.824" />

Einzelnachweise