Borax (Natriumtetraborat)

Die Formel und was wirklich dahintersteckt

Bor steht im Periodensystem an einer Grenzstelle. Als Halbmetall besitzt es in seiner Aussenschale ein Elektron zu wenig für vier gleichwertige Bindungen. Deshalb tritt Bor in Sauerstoffverbindungen in zwei Formen auf. Es kann drei Nachbarn binden und liegt dann flach, oder es nimmt ein viertes Sauerstoff-Atom auf und wird räumlich. Diese Doppelnatur erklärt den Bau der Borate.

In Tabellenwerken steht Borax meist als Na₂B₄O₇ · 10 H₂O. Diese Schreibweise ist historisch gewachsen und rechnerisch korrekt, beschreibt den tatsächlichen Bau des Kristalls aber nur ungenau.

Strukturuntersuchungen zeigen ein anderes Bild. Nach diesen Untersuchungen enthält das Salz ein zusammenhängendes Ion, das Tetraborat-Anion mit der Formel [B₄O₅(OH)₄]²⁻. Ein Anion ist ein negativ geladenes Teilchen; die moderne Schreibweise lautet deshalb Na₂[B₄O₅(OH)₄] · 8 H₂O.

In diesem Anion sind vier Bor-Atome zu einem Ring verknüpft; zwei davon sind von drei Sauerstoff-Atomen umgeben und liegen flach. Die beiden anderen sind von vier Sauerstoff-Atomen umgeben. Sie bilden ein räumliches Tetraeder. Als Brücken zwischen den Bausteinen dienen fünf Sauerstoff-Atome, und jedes der vier Bor-Atome trägt zusätzlich eine OH-Gruppe.

Daraus folgt eine Feinheit, die die alte Formel verdeckt. Von den zehn Wassermolekülen sind zwei chemisch fest in das Anion eingebaut, nur acht sitzen als eigentliches Kristallwasser im Gitter. Eine Neutronenbeugungs-Untersuchung von 1978 hat diesen Bau im Detail bestätigt.¹

Die beiden Natrium-Ionen gleichen die zweifach negative Ladung des Anions aus. In den Borat-Ring sind sie nicht eingebaut. Wassermoleküle umgeben sie stattdessen.

Steckbrief

Warum die Lösung alkalisch reagiert

In Wasser zerfällt das Tetraborat-Anion des Borax. Dabei entstehen zwei verschiedene Teilchen zu gleichen Teilen: Borsäure B(OH)₃ und das Borat-Ion [B(OH)₄]⁻. Die Borsäure ist eine sehr schwache Säure. Das Borat-Ion ist ihre zugehörige Base.

Ein Gemisch aus einer schwachen Säure und ihrer Base im Verhältnis eins zu eins nennt die Chemie einen Puffer. Bei Zugabe von etwas Säure oder Lauge hält ein Puffer den pH-Wert stabil. Weil Borsäure so schwach ist, liegt dieser Punkt im deutlich alkalischen Bereich.

Bei 25 Grad Celsius erreicht eine 0,01-molare Boraxlösung einen pH-Wert von rund 9,2. Dieser Wert ist so gut reproduzierbar, dass Borax als Bezugspunkt zur Kalibrierung von pH-Messgeräten dient. In Laboren gehört die Boraxlösung damit zu den Standardpuffern.

Die alkalische Reaktion erklärt auch, warum Borax in vielen technischen Rezepturen auftaucht. Von der Reaktion des Natriumbicarbonats unterscheidet sie sich im Mechanismus. Auch dieses Natriumsalz reagiert alkalisch.

Was beim Erhitzen passiert

Borax gibt sein Wasser stufenweise ab. Ab etwa 60 Grad Celsius geht das Decahydrat in eine wasserärmere Form über, die dem Mineral Tinkalkonit entspricht. Sie enthält rund fünf Wassermoleküle.

Erhitzt man weiter, entweicht der Rest. Bei etwa 150 Grad Celsius ist das meiste Wasser fort, vollständig wasserfrei wird das Salz erst bei deutlich höheren Temperaturen. Dabei bläht sich die Masse stark auf, weil der Wasserdampf durch die zähflüssig werdende Schicht entweicht.

Bei rund 740 Grad Celsius schmilzt das wasserfreie Natriumtetraborat, und die Schmelze erstarrt zu einem klaren, glasartigen Feststoff. Genau dieses Verhalten ist die Grundlage fast aller technischen Anwendungen.

Vorkommen und Gewinnung

In der Natur kommt Bor nicht als reines Element vor. Es verbindet sich mit Sauerstoff zu Borsäure oder zu Salzen, den Boraten.² Borax ist eines dieser Borate und tritt als Mineral Tinkal auf.

Boratlagerstätten entstehen unter zwei Bedingungen gemeinsam. Nötig sind vulkanische Tätigkeit und trockenes Klima. Über vulkanische Quellen gelangt Bor in abflusslose Seen. Verdunstet das Wasser schneller, als Zufluss nachkommt, reichern sich die Salze an; aus der übersättigten Lauge kristallisieren die Borate aus.

Solche Verdunstungslagerstätten liegen selten im Verborgenen. Sie bilden mächtige Schichten im Seesediment. Oft wechseln diese mit Ton und Mergel. In den Sedimenten türkischer Boratbecken sind neben den Boraten auch Tonminerale und Zeolithe beschrieben worden.³ Ähnlich wie beim Bentonit stammt der Ausgangsstoff aus vulkanischem Material.

Vier Minerale decken laut US-amerikanischem Rohstoffdienst rund 90 Prozent des weltweiten industriellen Boratbedarfs:²

• Tinkal — natürliches Borax-Decahydrat, Ausgangsstoff für Natriumborate
• Kernit — wasserärmeres Natriumborat, Ausgangsstoff für Borsäure
• Ulexit — Natrium-Calcium-Borat, Rohstoff für Spezialgläser und Keramik
• Colemanit — Calciumborat, in der Türkei das mengenmässig führende Boratmineral

Aus dem Roherz wird das reine Salz in mehreren Schritten gewonnen. Das gebrochene Gestein wird in heissem Wasser gelöst, Ton und Sand bleiben ungelöst zurück und werden abgetrennt. Die geklärte Lauge kühlt anschliessend in grossen Kristallisatoren ab. Weil die Löslichkeit mit sinkender Temperatur stark abnimmt, fällt das Borax als reines Decahydrat aus. Die Kristalle werden abgeschleudert und getrocknet.

Zwei Regionen prägen den Weltmarkt. In der Mojave-Wüste in Südkalifornien wird seit Ende des 19. Jahrhunderts Borat abgebaut; der dortige Bergbauort trägt den Namen Boron. Die Türkei besitzt jedoch die weitaus grössten Reserven. Sie ist der grösste Produzent.

Zahlen nach dem Rohstoffbericht des US Geological Survey, Ausgabe 2025.²

Der lange Weg aus Tibet

Vor der Erschliessung der amerikanischen und türkischen Lagerstätten kam Borax aus Zentralasien. In tibetischen Trockenseen setzte sich das Salz als Kruste ab. Von Hand wurde es geborgen. Über den Himalaya brachten Karawanen es nach Indien. Von dort ging es weiter nach Westen.

Der Mineralname Tinkal erinnert an diese Herkunft. Er geht auf das Sanskritwort tankana zurück, das über das Persische und Arabische nach Europa gelangte. Aus derselben Sprachkette stammt auch das Wort Borax.

Für die Abnehmer in Europa war das Salz ein Werkstoff der Metallhandwerker: Gold- und Silberschmiede brauchten es zum Löten. Weil der Weg so weit war, blieb Borax lange teuer. Eingesetzt wurde es entsprechend sparsam.

Im 19. Jahrhundert kippte diese Lage. Zunächst gewann man in der Toskana Borsäure aus vulkanischen Dampfquellen, später kam der grosstechnische Abbau in den Wüsten Kaliforniens hinzu. Fuhrwerke mit langen Maultiergespannen schafften das Rohsalz aus dem Death Valley zur Bahn. Aus dem seltenen Handelsgut wurde ein Massenrohstoff.

Technische Verwendung

In über 300 Anwendungen werden Borate eingesetzt. Mehr als drei Viertel des Weltverbrauchs entfallen jedoch auf vier Bereiche: Glas, Keramik, Wasch- und Reinigungsmittel sowie Düngemittel.² Der gemeinsame Nenner ist fast immer die Boroxid-Komponente.

Borosilikatglas

Wird ein Teil des Siliziumdioxids im Glas durch Boroxid ersetzt, ändert sich das Verhalten des Werkstoffs grundlegend. Das Netzwerk wird beweglicher. Bei Erwärmung dehnt sich das Glas deutlich weniger aus. Ein Borosilikatglas übersteht daher schroffe Temperaturwechsel. Gewöhnliches Kalk-Natron-Glas zerspringt dabei.

In typischen Laborgläsern stecken rund 80 Prozent Siliziumdioxid und etwa 13 Prozent Boroxid. Eine Übersichtsarbeit zur Chemie dieses Glastyps beschreibt, wie das Bor je nach Zusammensetzung zwischen drei- und vierfacher Koordination wechselt.⁴ Genau dieser Wechsel steuert Ausdehnung und chemische Beständigkeit.

Glasfasern

Glasfasern bilden mengenmässig den grössten Einzelmarkt für Borate. Das gilt für Textilzwecke wie für Dämmstoffe. Das Boroxid senkt die Schmelztemperatur. Damit wird die Schmelze besser ziehbar; ohne diesen Zusatz liessen sich die feinen Fäden nur schwer und teuer herstellen.

Emaille und Keramikglasuren

Emaille ist eine Glasschicht auf Metall; damit sie sich mit dem Stahl verbindet, muss sie bei vergleichsweise niedriger Temperatur fliessen. Borate wirken hier als Flussmittel. Sie senken den Schmelzpunkt und verbessern die Haftung. In keramischen Glasuren erfüllen sie dieselbe Aufgabe. Zusätzlich beeinflussen sie den Glanz.

Flussmittel beim Löten und in der Metallurgie

Metalloberflächen tragen fast immer eine dünne Oxidschicht, die verhindert, dass ein Lot sauber anhaftet. Erhitztes Borax löst diese Oxide und bindet sie in seiner Schmelze. Damit bleibt die blanke Metalloberfläche frei. Das Lot fliesst gleichmässig.

Dasselbe Prinzip nutzt die Metallurgie im grösseren Massstab: Borate gehören zu den Schlackebildnern, die unerwünschte Oxide aus der Schmelze aufnehmen. Bei Edelmetallen ist Borax bis heute das übliche Hilfsmittel beim Schmelzen.

Wasch- und Reinigungsmittel

In Waschmitteln erfüllen Borverbindungen zwei getrennte Aufgaben. Borax selbst wirkt als alkalischer Bestandteil. Es stabilisiert den pH-Wert der Waschflotte. Aus Borax und Wasserstoffperoxid wird zudem Natriumperborat hergestellt, ein Bleichmittel.

Perborat gibt seinen Sauerstoff erst in heissem Wasser ab; damit es auch bei niedrigeren Temperaturen arbeitet, setzen Hersteller Bleichaktivatoren zu. Der bekannteste heisst TAED. In vielen modernen Rezepturen ist das Perborat inzwischen durch Percarbonat ersetzt.²

Holzschutz, Flammschutz und Düngung

Wegen ihrer Wasserlöslichkeit ziehen Borate tief in Holz ein. Sie werden deshalb in Holzschutzmitteln gegen holzzerstörende Insekten und Pilze verwendet; solche Produkte unterliegen in der Schweiz dem Biozidrecht.

Für den Flammschutz nutzt man das Aufblähen und Schmelzen: Behandelte Zellulose-Dämmstoffe bilden im Brandfall eine glasige Schicht. Diese bremst den Sauerstoffzutritt. In der Landwirtschaft schliesslich ist Bor ein Spurennährstoff für Pflanzen; Boratdünger gleichen Mangel in borarmen Böden aus.

Die Boraxperle

Aus dem Schmelzverhalten hat die analytische Chemie eine klassische Nachweismethode entwickelt. Man schmilzt eine kleine Menge Borax an einer Drahtöse. Es entsteht eine klare Perle. Dann bringt man eine Spur der zu prüfenden Probe hinein und erhitzt erneut.

Die Boraxschmelze löst Metalloxide. Mit ihnen bildet sie farbige Borate. Aus der Farbe der erkalteten Perle lässt sich auf das Metall schliessen. Die Methode ist alt. Sie kommt ohne Geräte aus und wird bis heute im Unterricht gezeigt.

Regulatorische Einstufung

Der rechtliche Status von Borax ist gut dokumentiert und in mehreren Erlassen geregelt. Die folgenden Angaben sind Statusfeststellungen aus dem geltenden Recht.

Grundlage ist die europäische CLP-Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 über Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen. Ihr Anhang VI enthält die rechtsverbindlichen Einstufungen. Borax und seine wasserärmeren Formen sind dort als reproduktionstoxisch der Kategorie 1B geführt, mit dem Gefahrenhinweis H360FD. Eingefügt wurde diese Einstufung durch die Verordnung (EG) Nr. 790/2009; anwendbar ist sie seit dem 1. Dezember 2010.⁵

Die Einträge tragen eigene Indexnummern. Für das Decahydrat, also das eigentliche Borax, lautet sie 005-011-01-1. Für die wasserfreie Form gilt 005-011-00-4, für das Pentahydrat 005-011-02-9.

Für die Schweiz verweist die Chemikalienverordnung (ChemV, SR 813.11) in Anhang 2 auf die massgebende Fassung der CLP-Verordnung. Die Einstufung gilt damit auch hier. Die ChemV nennt die Borat-Einträge im Anhang ausdrücklich, zuletzt in der Fassung der delegierten Verordnung (EU) 2023/1435.

Ein zweiter Strang betrifft das Chemikalienrecht der Europäischen Union. Stoffe nach Artikel 57 der REACH-Verordnung gelten als besonders besorgniserregend und werden auf einer Kandidatenliste geführt. Die Schweiz führt eine eigene Liste in Anhang 3 ChemV. In der Fassung vom 1. September 2025 umfasst sie 247 Stoffe und Stoffgruppen, darunter Dinatriumtetraborat mit der EG-Nummer 215-540-4.⁶

Bei kosmetischen Mitteln ist die Lage eindeutig. Artikel 6 der Verordnung des EDI über kosmetische Mittel (VKos, SR 817.023.31) verbietet CMR-Stoffe. Gemeint sind Stoffe, die nach der in der ChemV genannten CLP-Fassung als fortpflanzungsgefährdend der Kategorien 1A, 1B oder 2 gelten.

In der Europäischen Union wurde dieselbe Frage 2019 abschliessend geklärt. Die Verordnung (EU) 2019/831 strich die gesamte Gruppe der Borate und Tetraborate aus der Liste der beschränkt zulässigen Stoffe. Sie nahm die Gruppe stattdessen in Anhang II der Kosmetikverordnung (EG) Nr. 1223/2009 auf. Anhang II ist die Liste der in kosmetischen Mitteln verbotenen Stoffe. Boraxdecahydrat steht dort unter der Eintragsnummer 1396.⁷

Als Lebensmittelzusatzstoff trägt Natriumtetraborat die Nummer E 285. Die schweizerische Zusatzstoffverordnung (ZuV, SR 817.022.31) führt den Stoff in ihrer Anwendungsliste in Anhang 3 auf. Zugelassen ist er dort für genau eine Lebensmittelkategorie: Störrogen, also Kaviar, mit einer Höchstmenge von 4000 mg/kg, berechnet als Borsäure.⁸ Für alle übrigen Lebensmittel enthält die Anwendungsliste keinen Eintrag.

Häufige Fragen

Was ist Borax chemisch genau?

Borax ist Natriumtetraborat-Decahydrat, ein Natriumsalz der Borsäure. Die geläufige Formel lautet Na₂B₄O₇ · 10 H₂O. Strukturell zutreffender ist Na₂[B₄O₅(OH)₄] · 8 H₂O, weil das Salz ein ringförmiges Tetraborat-Anion enthält.

Warum reagiert eine Boraxlösung alkalisch?

Weil das Tetraborat-Anion in Wasser zu gleichen Teilen in Borsäure und Borat-Ionen zerfällt. Borsäure ist eine sehr schwache Säure. Das entstehende Gemisch wirkt als Puffer und stellt sich bei einem pH-Wert von rund 9,2 ein.

Woher stammt der Rohstoff?

Aus Verdunstungslagerstätten in trockenen Gebieten mit vulkanischer Vorgeschichte. Die grössten Reserven liegen in der Türkei. Weitere liegen in Kalifornien, Chile, Peru und China. Historisch kam Borax über Karawanenwege aus tibetischen Trockenseen nach Europa.

Was ist der Unterschied zwischen Borax und Borsäure?

Borsäure ist die freie Säure mit der Formel B(OH)₃. Borax ist eines ihrer Natriumsalze. In wässriger Lösung gehen beide ineinander über. Deshalb behandelt das Chemikalienrecht sie als eine Stoffgruppe mit gleicher Einstufung.

Wofür wird Borax technisch verwendet?

Hauptsächlich für Borosilikatglas und Glasfasern sowie für Emaille und Keramikglasuren. Dazu kommt der Einsatz als Flussmittel beim Löten und in der Metallurgie. Weitere Felder sind Wasch- und Reinigungsmittel, Holzschutz, Flammschutz und Boratdünger für borarme Böden.

Welchen Status hat Borax im Schweizer Recht?

Die ChemV (SR 813.11) übernimmt die europäische CLP-Einstufung als reproduktionstoxisch Kategorie 1B. Der Stoff steht zudem auf der Kandidatenliste in Anhang 3 ChemV. In kosmetischen Mitteln ist er verboten. Als Zusatzstoff E 285 ist er nur für Störrogen zugelassen.

Quellen

1. Levy HA, Lisensky GC. Crystal structures of sodium sulfate decahydrate (Glauber's salt) and sodium tetraborate decahydrate (borax). Redetermination by neutron diffraction. Acta Crystallographica Section B, 1978. DOI: 10.1107/S0567740878011504
2. U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries 2025 — Boron. Reston, VA, 2025. DOI: 10.3133/mcs2025
3. Helvacı C. Stratigraphy, mineralogy, and genesis of the Bigadic borate deposits, western Turkey. Economic Geology, 1995. DOI: 10.2113/gsecongeo.90.5.1237
4. Smedskjaer MM, Youngman RE, Mauro JC. Principles of Pyrex® glass chemistry: structure–property relationships. Applied Physics A, 2014. DOI: 10.1007/s00339-014-8396-1
5. Verordnung (EG) Nr. 790/2009 der Kommission zur Anpassung der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), Anhang VI Teil 3, Einträge 005-011-00-4, 005-011-01-1 und 005-011-02-9. ABl. L 235 vom 5.9.2009
6. Chemikalienverordnung (ChemV) vom 5. Juni 2015, SR 813.11, Art. 70 sowie Anhang 2 und Anhang 3 (Kandidatenliste, Fassung vom 1. September 2025)
7. Verordnung (EU) 2019/831 der Kommission zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 1223/2009 über kosmetische Mittel, Anhang II Einträge 1394 bis 1396. ABl. L 137 vom 23.5.2019 — sowie Verordnung des EDI über kosmetische Mittel (VKos), SR 817.023.31, Art. 6
8. Zusatzstoffverordnung (ZuV) vom 25. November 2013, SR 817.022.31, Anhang 3 (Anwendungsliste), Eintrag E 285 Natriumtetraborat