Boor

Borium is een chemisch element met het symbool B en atoomnummer 5. Het wordt volledig geproduceerd door spallatie van kosmische stralen en supernovae en niet door stellaire nucleosynthese, en is een element met een lage dichtheid in het Zonnestelsel en in de aardkorst. Boor is op aarde geconcentreerd door de wateroplosbaarheid van zijn meer voorkomende natuurlijke verbindingen, de boraatmineralen. Deze worden industrieel ontgonnen als verdampers, zoals borax en kerniet. De grootste bekende boorafzettingen zijn in Turkije, de grootste producent van boorhoudende mineralen.

Elementair boor is een metalloïde dat in kleine hoeveelheden in meteoroïden wordt gevonden, maar chemisch ongecombineerd boor is anders niet natuurlijk op aarde te vinden. Industrieel gezien wordt zeer zuiver boor met moeite geproduceerd vanwege de vuurvaste vervuiling door koolstof of andere elementen. Er bestaan verschillende allotropen van boor: amorf boor is een bruin poeder; kristallijn boor is zilverkleurig tot zwart, extreem hard (ongeveer 9,5 op de schaal van Mohs), en een slechte elektrische geleider bij kamertemperatuur. Het primaire gebruik van elementair boor is als boriumdraad met toepassingen die vergelijkbaar zijn met koolstofvezels in sommige materialen met een hoge sterkte.

Boor wordt voornamelijk gebruikt in chemische verbindingen. Ongeveer de helft van alle wereldwijd verbruikte boor is een additief in glasvezel voor isolatie en constructiematerialen. De volgende belangrijke toepassing is in polymeren en keramiek in hoogvaste, lichtgewicht structurele en vuurvaste materialen. Borosilicaatglas is gewenst vanwege de grotere sterkte en thermische schokbestendigheid dan gewoon natronkalkglas. Borium als natriumperboraat wordt gebruikt als bleekmiddel. Een kleine hoeveelheid boor wordt gebruikt als doteermiddel in halfgeleiders en reagentia in de synthese van organische fijnchemicaliën. Een paar boorhoudende organische farmaceutische producten worden gebruikt of zijn in studie. Natuurlijk boor bestaat uit twee stabiele isotopen, waarvan er één (boor-10) een aantal toepassingen heeft als neutronenvangstmiddel.

In de biologie hebben boraten een lage toxiciteit bij zoogdieren (vergelijkbaar met tafelzout), maar zijn ze giftiger voor geleedpotigen en worden ze gebruikt als insecticide. Boorzuur is licht antimicrobieel en er zijn verschillende natuurlijke boorhoudende organische antibiotica bekend. Boor is een essentiële voedingsstof voor planten en boorverbindingen zoals borax en boorzuur worden gebruikt als meststof in de landbouw, hoewel het slechts in kleine hoeveelheden nodig is, waarbij het overtollige giftige stoffen zijn. Boorverbindingen spelen een versterkende rol in de celwanden van alle planten. Er is geen consensus over de vraag of boor een essentiële voedingsstof is voor zoogdieren, inclusief mensen, hoewel er enig bewijs is dat het de gezondheid van de botten ondersteunt.

Geschiedenis

Het woord borium werd bedacht uit borax, het mineraal waarvan het werd geïsoleerd, naar analogie met koolstof, dat borium chemisch gezien lijkt.

Borax, zijn minerale vorm die toen bekend stond als tincal, werd in China gebruikt vanaf 300 n.Chr., en sommige ruwe borax bereikte het Westen, waar de Perso-Arabische alchemist Jābir ibn Hayyān het blijkbaar in 700 n.Chr. noemde. Marco Polo bracht in de 13e eeuw enkele glazuren terug naar Italië. Agricola, rond 1600, meldt het gebruik van borax als een flux in de metallurgie. In 1777 werd boorzuur erkend in de warmwaterbronnen (soffioni) in de buurt van Florence, Italië, en werd bekend als zout sedativum, met voornamelijk medische toepassingen. Het zeldzame mineraal wordt sassoliet genoemd, dat in Sasso, Italië wordt gevonden. Sasso was de belangrijkste bron van Europese borax van 1827 tot 1872, toen Amerikaanse bronnen het verving. Boriumverbindingen werden relatief zelden gebruikt tot het einde van de jaren 1800 toen Francis Marion Smith’s Pacific Coast Borax Company ze voor het eerst populariseerde en in volume produceerde tegen lage kosten.

Boron werd niet erkend als een element totdat het werd geïsoleerd door Sir Humphry Davy en door Joseph Louis Gay-Lussac en Louis Jacques Thénard. In 1808 merkte Davy op dat elektrische stroom die door een oplossing van boraten werd gestuurd, een bruine neerslag op één van de elektroden produceerde. In zijn latere experimenten gebruikte hij kalium om boorzuur te verminderen in plaats van elektrolyse. Hij produceerde genoeg boor om een nieuw element te bevestigen en noemde het element boracium. Gay-Lussac en Thénard gebruikten ijzer om boorzuur te verminderen bij hoge temperaturen. Door boor met lucht te oxideren, toonden ze aan dat boorzuur een oxidatieproduct van boor is. Jöns Jacob Berzelius identificeerde boor als element in 1824. Zuiver boor werd waarschijnlijk voor het eerst geproduceerd door de Amerikaanse chemicus Ezekiel Weintraub in 1909.

Natuurlijk voorkomen

Borium is zeldzaam in het heelal en in het zonnestelsel door sporenvorming in de oerknal en in de sterren. Het wordt in kleine hoeveelheden gevormd in de nucleosynthese van kosmische stralen en kan ongecombineerd gevonden worden in kosmisch stof en meteoroïde materialen.

In het zuurstofrijke milieu van de aarde wordt boor altijd volledig geoxideerd tot boraat gevonden. Boor komt op aarde niet voor in elementaire vorm. Extreem kleine sporen van elementair boor werden gedetecteerd in het maanregoliet.

Hoewel boor een relatief zeldzaam element in de aardkorst is, dat slechts 0,001% van de korstmassa vertegenwoordigt, kan het door de werking van water sterk geconcentreerd zijn, waarin veel boraten oplosbaar zijn. Het komt van nature voor in verbindingen zoals borax en boorzuur (soms in vulkanisch bronwater). Er zijn ongeveer honderd boraatmineralen bekend.

Op 5 september 2017 rapporteerden wetenschappers dat de Curiosity rover boor, een essentieel ingrediënt voor het leven op aarde, op de planeet Mars heeft gedetecteerd. Een dergelijke bevinding, samen met eerdere ontdekkingen dat er mogelijk water aanwezig was op het oude Mars, ondersteunt verder de mogelijke vroege bewoonbaarheid van de Gale Crater op Mars.

Productie

Economisch belangrijke bronnen van boor zijn de mineralen colemaniet, rasoriet (kerniet), ulexiet en tinkal. Deze vormen samen 90% van het gedolven boorhoudende erts. De grootste bekende, vaak nog onontgonnen boraxafzettingen in de wereld bevinden zich in Midden- en West-Turkije, waaronder de provincies Eskişehir, Kütahya en Balıkesir. De wereldwijde bewezen reserves aan boorhoudende mineralen bedragen meer dan een miljard metrische ton, tegenover een jaarlijkse productie van ongeveer vier miljoen ton.

Turkije en de Verenigde Staten zijn de grootste producenten van boorproducten. Turkije produceert ongeveer de helft van de wereldwijde jaarlijkse vraag, via Eti Mine Works (Turks: Eti Maden İşletmeleri) een Turks staatsbedrijf dat zich richt op boorproducten. Het heeft een overheidsmonopolie op de winning van boorhoudende mineralen in Turkije, dat 72% van de bekende afzettingen in de wereld bezit. In 2012 had het een aandeel van 47% in de productie van wereldwijde boraatdelfstoffen, vóór zijn belangrijkste concurrent, Rio Tinto Group.

Bijna een kwart (23%) van de wereldwijde boorproductie is afkomstig van de enkele Rio Tinto Borax mijn (ook bekend als de Amerikaanse Borax Boron mijn) 35°2′34.447″N 117°40′45.412″W in de buurt van Boron, Californië.

Markttrend

De gemiddelde kosten van kristallijn boor zijn $5/g. Gratis boor wordt vooral gebruikt bij het maken van boorvezels, waar het wordt afgezet door chemische dampdepositie op een wolfraamkern (zie hieronder). Boorvezels worden gebruikt in lichtgewicht composiettoepassingen, zoals tapes met een hoge sterkte. Dit gebruik is een zeer kleine fractie van het totale gebruik van boor. Boor wordt in halfgeleiders ingebracht als boorverbindingen, door middel van ionenimplantatie.

Het geschatte wereldwijde verbruik van boor (bijna volledig als boorverbindingen) bedroeg in 2012 ongeveer 4 miljoen ton B2O3. De mijnbouw- en raffinagecapaciteiten voor boor worden voldoende geacht om de verwachte groei in het komende decennium te kunnen opvangen.

De vorm waarin boor wordt verbruikt is de afgelopen jaren veranderd. Het gebruik van ertsen zoals colemaniet is afgenomen als gevolg van de bezorgdheid over het arseengehalte. Consumenten zijn overgegaan tot het gebruik van geraffineerde boraten en boorzuur met een lager gehalte aan vervuilende stoffen.

De toenemende vraag naar boorzuur heeft een aantal producenten ertoe gebracht te investeren in extra capaciteit. De Turkse staatsbedrijf Eti Mine Works heeft in 2003 een nieuwe boorzuurfabriek geopend met een productiecapaciteit van 100.000 ton per jaar bij Emet. De Rio Tinto Group heeft de capaciteit van haar boorinstallatie verhoogd van 260.000 ton per jaar in 2003 tot 310.000 ton per jaar in mei 2005, met plannen om dit te laten groeien tot 366.000 ton per jaar in 2006. De Chinese boorproducenten hebben niet kunnen voldoen aan de snel groeiende vraag naar hoogwaardige boraten. Dit heeft ertoe geleid dat de invoer van natriumtetraboraat (borax) tussen 2000 en 2005 honderdvoudig is toegenomen en dat de invoer van boorzuur in dezelfde periode met 28% per jaar is toegenomen.

De stijging van de wereldwijde vraag is het gevolg van de hoge groeipercentages in de productie van glasvezels, glasvezel en borosilicaatglas. Een snelle toename van de productie van versterkingsglas in Azië heeft de ontwikkeling van boorvrije versterkingsglasvezels in Europa en de VS gecompenseerd. De recente stijgingen van de energieprijzen kunnen leiden tot een groter gebruik van isolatieglasvezel, met als gevolg een groei van het boorverbruik. Roskill Consulting Group voorspelt dat de wereldvraag naar boor met 3,4% per jaar zal groeien tot 21 miljoen ton in 2010. De grootste groei van de vraag wordt verwacht in Azië, waar de vraag met gemiddeld 5,7% per jaar zou kunnen stijgen.

Economisch gebruik

Bijna alle uit de aarde gewonnen boorertsen zijn bestemd om te worden geraffineerd tot boorzuur en natriumtetraboraatpentahydraat. In de Verenigde Staten wordt 70% van het boorerts gebruikt voor de productie van glas en keramiek. Het belangrijkste wereldwijde gebruik van boorverbindingen op industriële schaal (ongeveer 46% van het eindgebruik) vindt plaats bij de productie van glasvezel voor boorhoudende isolerende en structurele glasvezels, met name in Azië. Boor wordt toegevoegd aan het glas als borax pentahydraat of booroxide, om de sterkte of fluxing kwaliteiten van de glasvezels te beïnvloeden. Nog eens 10% van de wereldwijde boorproductie is voor borosilicaatglas zoals gebruikt in hoge sterkte glaswerk. Ongeveer 15% van de wereldwijde boor wordt gebruikt in boorkeramiek, inclusief superharde materialen die hieronder worden besproken. De landbouw verbruikt 11% van de wereldwijde boorproductie, en bleekmiddelen en wasmiddelen ongeveer 6%.

Elementaire boorvezel

Boorvezels (borium filamenten) zijn zeer sterke, lichtgewicht materialen die vooral worden gebruikt voor geavanceerde lucht- en ruimtevaartstructuren als onderdeel van composietmaterialen, maar ook voor consumptie- en sportartikelen met een beperkte productie, zoals golfclubs en vishengels. De vezels kunnen worden geproduceerd door chemische dampdepositie van boor op een wolfraamdraad.

Boorvezels en sub-millimetergrote kristallijne boorveren worden geproduceerd door chemische dampdepositie met behulp van een laser. Vertaling van de geconcentreerde laserstraal maakt de productie van zelfs complexe schroefvormige structuren mogelijk. Dergelijke structuren vertonen goede mechanische eigenschappen (elastische modulus 450 GPa, breukspanning 3,7%, breukspanning 17 GPa) en kunnen worden toegepast als versterking van keramiek of in micromechanische systemen.

Boronated glasvezel

Glasvezel is een vezelversterkt polymeer dat is gemaakt van kunststof dat is versterkt met glasvezels, meestal geweven in een mat. De glasvezels die in het materiaal worden gebruikt zijn gemaakt van verschillende soorten glas, afhankelijk van het gebruik van de glasvezel. Deze glazen bevatten allemaal silica of silicaat, met verschillende hoeveelheden oxiden van calcium, magnesium en soms boor. Het boor is aanwezig als borosilicaat, borax of booroxide, en wordt toegevoegd om de sterkte van het glas te verhogen, of als een vloeimiddel om de smelttemperatuur van siliciumdioxide te verlagen, die te hoog is om gemakkelijk te worden bewerkt in zijn pure vorm om glasvezels te maken.

De sterk geboorde glazen die in glasvezel worden gebruikt zijn E-glas (genoemd voor “elektrisch” gebruik, maar nu de meest voorkomende glasvezel voor algemeen gebruik). E-glas is aluminoborosilicaatglas met minder dan 1% w/w alkalioxiden, voornamelijk gebruikt voor glasversterkte kunststoffen. Andere veel voorkomende hoog-borium glassoorten zijn C-glas, een alkali-kalk glas met een hoog gehalte aan booroxide, dat wordt gebruikt voor glasvezels en isolatie, en D-glas, een borosilicaatglas, dat wordt genoemd vanwege de lage diëlektrische constante).

Niet alle glasvezels bevatten boor, maar op wereldschaal bevat het grootste deel van de gebruikte glasvezels wel boor. Omdat het alomtegenwoordige gebruik van glasvezel in de bouw en isolatie, borium-houdende glasvezel de helft van de wereldwijde productie van borium verbruikt, en zijn de grootste commerciële boriummarkt.

Borosilicaatglas

Borosilicaatglas, dat typisch 12-15% B2O3, 80% SiO2 en 2% Al2O3 is, heeft een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, waardoor het een goede weerstand tegen thermische schokken heeft. Schott AG’s “Duran” en Owens-Corning’s handelsmerk Pyrex zijn twee belangrijke merknamen voor dit glas, dat zowel in laboratoriumglaswerk als in consumentenpannen en -bakkerswaren wordt gebruikt, voornamelijk voor deze weerstand. Boriumcarbide keramiek

Verschillende boorverbindingen staan bekend om hun extreme hardheid en taaiheid. Boorcarbide is een keramisch materiaal dat wordt verkregen door het ontbinden van B2O3 met koolstof in een elektrische oven:

2 B2O3 + 7 C → B4C + 6 CO

De structuur van het boorcarbide is slechts ongeveer B4C, en het toont een duidelijke uitputting van de koolstof uit deze gesuggereerde stoichiometrische verhouding. Dit is te wijten aan de zeer complexe structuur. De stof is te zien met de empirische formule B12C3 (d.w.z. met B12 dodecaëders als motief), maar met minder koolstof, omdat de voorgestelde C3-eenheden vervangen worden door C-B-C-ketens, en ook enkele kleinere (B6) octaëders aanwezig zijn (zie het artikel over boorcarbide voor de structurele analyse). Het herhalende polymeer plus de semi-kristallijne structuur van boorcarbide geeft het een grote structurele sterkte per gewicht. Het wordt gebruikt in tankpantsering, kogelvrije vesten en tal van andere structurele toepassingen.

Het vermogen van boorcarbide om neutronen te absorberen zonder langlevende radionucliden te vormen (vooral wanneer het gedoteerd is met extra boor-10) maakt het materiaal aantrekkelijk als absorptiemiddel voor neutronenstraling die in kerncentrales ontstaat. Nucleaire toepassingen van boorcarbide zijn onder meer afscherming, controlestaven en stilgelegde pellets. Binnen controlestaven wordt boorcarbide vaak gepoederd om het oppervlak te vergroten.

Metallurgie

Boor wordt aan boorstaal toegevoegd op het niveau van enkele delen per miljoen om de hardbaarheid te verhogen. Hogere percentages worden toegevoegd aan staal dat in de nucleaire industrie wordt gebruikt vanwege het neutronenabsorptievermogen van boor.

Boor kan ook de oppervlaktehardheid van staal en legeringen verhogen door te boren. Bovendien worden metaalboren gebruikt voor bekledingsgereedschappen door middel van chemische dampdepositie of fysieke dampdepositie. Implantatie van boorionen in metalen en legeringen door middel van ionenimplantatie of ionenbundelafzetting resulteert in een spectaculaire verhoging van de oppervlakteweerstand en de microhardheid. Laserlegeringen worden ook met succes gebruikt voor hetzelfde doel. Deze boriden zijn een alternatief voor gereedschappen met een diamantcoating en hun (behandelde) oppervlakken hebben vergelijkbare eigenschappen als de bulkboriden.

Zo kan bijvoorbeeld rhenium diboride worden geproduceerd bij omgevingsdruk, maar is het vrij duur vanwege rhenium. De hardheid van ReB2 vertoont een aanzienlijke anisotropie vanwege de zeshoekige gelaagde structuur. De waarde ervan is vergelijkbaar met die van wolfraamcarbide, siliciumcarbide, titanium- of zirkonium-diborium. Ook AlMgB14 + TiB2-composieten hebben een hoge hardheid en slijtvastheid en worden in bulkvorm of als coating gebruikt voor componenten die worden blootgesteld aan hoge temperaturen en slijtagebelastingen.

Wasmiddelformuleringen en bleekmiddelen

Borax wordt gebruikt in verschillende huishoudelijke was- en schoonmaakproducten, waaronder de “20 Mule Team Borax” wasversterker en “Boraxo” gepoederde handzeep. Het is ook aanwezig in sommige tandbleekformules.

Natriumperboraat dient als bron van actieve zuurstof in vele wasmiddelen, wasmiddelen, reinigingsmiddelen en bleekmiddelen. Echter, ondanks de naam, “Borateem” wasbleekmiddel bevat geen boorverbindingen meer, maar gebruikt natriumpercarbonaat als bleekmiddel. Insecticiden

Boorzuur wordt gebruikt als insecticide, met name tegen mieren, vlooien en kakkerlakken.

Halfgeleiders

Boor is een nuttig doteringsmiddel voor halfgeleiders als silicium, germanium en siliciumcarbide. Met één valentie-elektron minder dan het gastheer-atoom, geeft het een gat waardoor het p-type geleidingsvermogen ontstaat. De traditionele methode om boor in halfgeleiders te introduceren is via de atoomverspreiding bij hoge temperaturen. Dit proces maakt gebruik van vaste (B2O3), vloeibare (BBr3) of gasvormige boorbronnen (B2H6 of BF3). Na de jaren zeventig werd het echter meestal vervangen door een ionenimplantatie, waarbij vooral BF3 als boorbron wordt gebruikt. Boortrichloridegas is ook een belangrijke chemische stof in de halfgeleiderindustrie, echter niet voor doping, maar voor plasma-etsen van metalen en hun oxiden. Triethylboraan wordt ook als boorbron in dampafzettingreactoren geïnjecteerd. Voorbeelden hiervan zijn de plasmadepositie van boorhoudende harde koolstoffilms, siliciumnitridenitridenfilms en voor doping van diamantfilm met boor.

Magneten

Borium is een component van neodymiummagneten (Nd2Fe14B), die behoren tot de sterkste type permanente magneet. Deze magneten zijn te vinden in een verscheidenheid van elektromechanische en elektronische apparaten, zoals MRI (Magnetic Resonance Imaging) medische beeldvormingssystemen, in compacte en relatief kleine motoren en actuatoren. Computer HDD’s (harddisk drives), CD’s (compact disk) en DVD’s (digital versatile disk) zijn bijvoorbeeld afhankelijk van neodymiummagneetmotoren om intense rotatiekracht te leveren in een opmerkelijk compact pakket. In mobiele telefoons zorgen ‘Neo’-magneten voor het magnetisch veld waardoor kleine luidsprekers een aanzienlijk audiovermogen kunnen leveren. Afscherming en neutronenabsorber in kernreactoren

Boorafscherming wordt gebruikt als controle voor kernreactoren, waarbij gebruik wordt gemaakt van de hoge doorsnede voor het opvangen van neutronen.

In drukwaterreactoren wordt een variabele concentratie boorzuur in het koelwater gebruikt als neutronengif om de variabele reactiviteit van de brandstof te compenseren. Bij het inbrengen van nieuwe staven is de concentratie boorzuur maximaal en wordt deze tijdens de levensduur gereduceerd.

Andere niet-medische toepassingen

  • Vanwege de kenmerkende groene vlam wordt amorf boor gebruikt in pyrotechnische fakkels.
  • Lijmen op basis van zetmeel en caseïne bevatten natriumtetraboraatdecahydraat (Na2B4O7-10 H2O)
  • Sommige anticorrosiesystemen bevatten borax.
  • Natriumboraten worden gebruikt als vloeimiddel voor het solderen van zilver en goud en met ammoniumchloride voor het lassen van ferrometalen. Ze zijn ook brandvertragende additieven voor kunststoffen en rubber artikelen.
  • Boorzuur (ook wel orthoboorzuur genoemd) H3BO3 wordt gebruikt bij de productie van textielglas en platte beeldschermen en in veel lijmen op basis van PVAc en PVOH.
  • Triethylboraan is een stof die de JP-7 brandstof van de Pratt & Whitney J58 turbojet/ramjet motoren die de Lockheed SR-71 Blackbird aandrijven, doet ontvlammen. Het werd ook gebruikt om de F-1 motoren op de Saturn V raket te ontsteken die gebruikt werden door NASA’s Apollo en Skylab programma’s van 1967 tot 1973. Vandaag de dag gebruikt SpaceX het om de motoren van hun Falcon 9 raket te ontsteken. Triethylborane is hiervoor geschikt vanwege de pyrofore eigenschappen, met name het feit dat het met een zeer hoge temperatuur brandt. Triethylborane is een industriële initiator in radicale reacties, waarbij het zelfs bij lage temperaturen effectief is.
  • Boraten worden gebruikt als milieuvriendelijke houtverduurzamingsmiddelen.

Farmaceutische en biologische toepassingen

Boorzuur heeft antiseptische, schimmelwerende en antivirale eigenschappen en wordt om deze redenen toegepast als waterzuiveraar bij de behandeling van zwembadwater. Milde oplossingen van boorzuur zijn gebruikt als oogantiseptica.

Bortezomib (op de markt gebracht als Velcade en Cytomib). Boor verschijnt als een actief element in zijn eerste goedgekeurde organische farmaceutische in de farmaceutische bortezomib, een nieuwe klasse van geneesmiddel genaamd de proteasoomremmers, die actief zijn in myeloom en een vorm van lymfoom (het is in momenteel in experimentele proeven tegen andere soorten lymfoom). Het booratoom in bortezomib bindt de katalytische site van de 26S proteasoom met hoge affiniteit en specificiteit.

  • Een aantal potentiële boriumhoudende geneesmiddelen met behulp van borium-10, zijn bereid voor gebruik in boriumneutronenvangsttherapie (BNCT).
  • Sommige boorverbindingen zijn veelbelovend bij de behandeling van artritis, hoewel er nog geen enkele algemeen goedgekeurd is voor dit doel.

Tavaborole (op de markt gebracht als Kerydin) is een Aminoacyl tRNA synthetase remmer die wordt gebruikt voor de behandeling van teennagelschimmel. Het is in juli 2014 door de FDA goedgekeurd.

Dioxaborolane chemie maakt het mogelijk om radioactief fluoride (18F) te labelen op antilichamen of rode bloedcellen, waardoor positron emissie tomografie (PET) beeldvorming van respectievelijk kanker en bloedingen mogelijk wordt. Een mens-afgeleide, Genetische, Positron-emitterende en Fluorescerende (HD-GPF) reportersysteem maakt gebruik van een menselijk eiwit, PSMA en niet-immunogeen, en een kleine molecule die positronemitterend (boorgebonden 18F) en fluorescerend is voor dual modality PET en fluorescentie beeldvorming van genoom-gemodificeerde cellen, bijvoorbeeld kanker, CRISPR/Cas9, of CAR T-cellen, in een hele muis.

Biologie

Borium is een essentiële voedingsstof voor planten, die vooral nodig is voor het behoud van de integriteit van de celwanden. Hoge bodemconcentraties van meer dan 1,0 ppm leiden echter tot marginale en tipnecrose in de bladeren en tot slechte algemene groeiprestaties. Bij planten die bijzonder gevoelig zijn voor boor in de bodem veroorzaken concentraties van slechts 0,8 ppm dezelfde symptomen. Bijna alle planten, zelfs de planten die enigszins tolerant zijn voor boor in de grond, zullen op zijn minst enkele symptomen van boortoxiciteit vertonen wanneer het boorgehalte in de grond hoger is dan 1,8 ppm. Wanneer dit gehalte hoger is dan 2,0 ppm, zullen weinig planten goed presteren en zullen sommige planten het misschien niet overleven.

Men denkt dat boor verschillende essentiële rollen speelt bij dieren, waaronder de mens, maar de exacte fysiologische rol wordt slecht begrepen. Een kleine menselijke proef die in 1987 werd gepubliceerd, rapporteerde over postmenopauzale vrouwen die eerst een tekort aan boor hadden en daarna met 3 mg/dag werden aangevuld. Boorsuppletie verminderde duidelijk de uitscheiding van urinecalcium en verhoogde de serumconcentraties van 17 beta-estradiol en testosteron.

Het U.S. Institute of Medicine heeft niet bevestigd dat boor een essentiële voedingsstof is voor de mens, dus er is noch een Recommended Dietary Allowance (RDA), noch een Adequate Inname vastgesteld. De inname via de voeding van volwassenen wordt geschat op 0,9 tot 1,4 mg/dag, waarbij ongeveer 90% wordt geabsorbeerd. Wat geabsorbeerd wordt, wordt meestal uitgescheiden in de urine. De toelaatbare bovengrens van de inname voor volwassenen is 20 mg/dag.

In 2013 suggereerde een hypothese dat het mogelijk was dat borium en molybdeen de productie van RNA op Mars katalyseerden, waarbij het leven naar de aarde werd getransporteerd via een meteoriet ongeveer 3 miljard jaar geleden.

Er bestaan verschillende bekende boorhoudende natuurlijke antibiotica. De eerste die werd gevonden was boromycine, geïsoleerd uit streptomyces.

Congenitale endotheliale dystrofie type 2, een zeldzame vorm van corneale dystrofie, is gekoppeld aan mutaties in het SLC4A11-gen dat een transporter codeert die naar verluidt de intracellulaire concentratie van boor regelt.

Analytische kwantificering

Voor de bepaling van het boorgehalte in levensmiddelen of materialen wordt de colorimetrische curcuminemethode gebruikt. Boor wordt omgezet in boorzuur of boraten en bij reactie met curcumine in zure oplossing wordt een rood gekleurd boor-chelate complex, rosocyanine, gevormd.

Toxiciteit

Elementair boor, booroxide, boorzuur, boraten en veel organoboronverbindingen zijn relatief niet-toxisch voor mens en dier (met een toxiciteit die vergelijkbaar is met die van keukenzout). De LD50 (dosis waarbij sprake is van 50% sterfte) voor dieren is ongeveer 6 g per kg lichaamsgewicht. Stoffen met LD50 boven 2 g worden als niet-toxisch beschouwd. Een inname van 4 g/dag boorzuur werd zonder incidenten gemeld, maar meer dan dit wordt in meer dan enkele doses als giftig beschouwd. Inname van meer dan 0,5 gram per dag gedurende 50 dagen veroorzaakt lichte spijsverterings- en andere problemen die wijzen op toxiciteit. Voedingssupplementatie van boor kan nuttig zijn voor de groei van de botten, wondgenezing en antioxidant activiteit, en onvoldoende hoeveelheid boor in de voeding kan leiden tot boortekort.

Enkele medische doses van 20 g boorzuur voor neutronenvangsttherapie zijn gebruikt zonder onnodige toxiciteit.

Boorzuur is giftiger voor insecten dan voor zoogdieren en wordt routinematig gebruikt als insecticide.

De boranen (boorwaterstofverbindingen) en soortgelijke gasvormige verbindingen zijn vrij giftig. Zoals gewoonlijk is het geen element dat intrinsiek giftig is, maar hun toxiciteit hangt af van de structuur. De boranen zijn ook zeer ontvlambaar en vereisen speciale aandacht bij de behandeling. Natriumborohydraat vormt een brandgevaar door zijn reducerende aard en het vrijkomen van waterstof bij contact met zuur. Boorhalogeniden zijn corrosief.

Boor is noodzakelijk voor de groei van planten, maar een overmaat aan boor is giftig voor planten en komt vooral in zure grond voor. Het presenteert zich als een vergeling vanaf het puntje van de oudste bladeren en zwarte vlekken in gerstebladeren, maar het kan worden verward met andere spanningen zoals magnesiumtekort in andere planten.