B2H6

Diborane

Diborane
Structure du diborane
Structure du diborane
Structure du diborane
Général
No CAS 19287-45-7
No EINECS 242-940-6
SMILES
InChI
Apparence gaz comprime, incolore, d'odeur caractéristique.[1]
Propriétés chimiques
Formule brute H6B2B2H6
Masse molaire 27,67 gmol-1
H 21,86 %, B 78,14 %,
Propriétés physiques
T° fusion -165 °C[1]
T° ébullition -92 °C[1]
Solubilité dans l'eau : hydrolysé en dihydrogène et en acide borique[1]
Masse volumique 1,18 kg/m3 à 15 °C
T° d’auto-inflammation 40 à 50 °C[1]
Point d’éclair 38 °C
Limites d’explosivité dans l’air en volume % dans l'air : 0,8-88[1]
Précautions
Transport
-
   1911   
NFPA 704

Symbole NFPA 704

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le diborane est un composé chimique de bore et d'hydrogène de formule B2H6. C'est la combinaison de deux molécules de borane BH3 liées par deux de leurs atomes d'hydrogène. A température ambiante, c'est un gaz incolore avec une odeur douçâtre qui s'enflamme facilement en présence d'humidité. Il forme avec l'air des mélanges hautement explosifs.

C'est un composé clef du bore, aux applications variées. Il est endothermique, présentant une enthalpie libre de formation positive (36 kJ/mol). Il tend donc à se décomposer en libérant du dihydrogène H2, mais avec une cinétique assez lente.

Sommaire

Propriétés et structure

Le diborane est un gaz incolore plus léger que l’air qui se condense à -92,5 °C sous 101,3 kPa avec une masse volumique de 421 kg/m3 et une chaleur latente de 515,39 kJ/mol. Il gèle à -165 °C. À 15 °C sa tension de vapeur est de 3,94 MPa et son rapport de volumes gazeux/liquide est égal à 362. Gazeux, il est très inflammable et peut provoquer spontanément de violentes explosions dans l’air. Son point critique se trouve à 16,6 °C et 4,053 MPa.

Le diborane se décompose lentement dès la température ambiante en dihydrogène et en hydrures de bore supérieurs. Cette décomposition s’accélère avec l’accroissement de la température. Il est notamment très sensible à l’humidité et s’hydrolyse instantanément en dihydrogène et acide borique H3BO3 en une réaction très exothermique :

B2H6 + 6 H2O → 2 H3BO3 + 6 H2

Au contact du lithium et de l’aluminium, le diborane donne des hydrures qui peuvent s’enflammer spontanément. Il n’exerce pas d’action corrosive sur les métaux usuels mais attaque la plupart des caoutchoucs et des matières plastiques, excepté par exemple le polytétrafluoroéthylène [CF2-CF2]n et le polychlorotrifluoroéthylène [CClF-CF2]n.

Le diborane a une structure D2h avec deux atomes d'hydrogène liants et quatre terminaux. Les liaisons entre les atomes de bore et les hydrogènes terminaux sont conventionnelles (une paire d'électrons impliquée dans chaque liaison B-H, formant une liaison covalente), mais celles entre les atomes de bore et les hydrogènes liants sont d'une nature différente (une paire d'électrons impliquée dans chaque pont B-H-B, formant une liaison à trois centres et deux électrons). La longueur de ces liaisons est par conséquent différente : 119 pm pour les B-H terminaux, mais 133 pm pour les liaisons B-H des ponts B-H-B, ce qui signifie que la force de ces liaisons est également différente (plus faible dans le pont B-H-B que dans la liaison B-H terminale).

Le gallium forme un composé de structure semblable : le digallane Ga2H6.

Préparation du diborane

Le diborane est un composé central de la chimie du bore et a donc été particulièrement étudié, de sorte que de nombreuses synthèses existent. La plupart des préparation mettent en œuvre des hydrures avec des halogénures ou des alcoolates. La production industrielle utilise le trifluorure de bore BF3 :

2 BF3 + 6 NaH → B2H6 + 6 NaF

Deux préparations de laboratoire utilisent du trichlorure de bore BCl3 avec du tétrahydruroaluminate de lithium LiAlH4, ou du trifluorure de bore BF3 avec du borohydrure de sodium NaBH4 ; ces deux méthodes ont un rendement de 30 % en diborane :

4 BCl3 + 3 LiAlH4 → 2 B2H6 + 3 LiAlCl4
4 BF3 + 3 NaBH4 → 2 B2H6 + 3 NaBF4

L'oxydation de sels de borohydrures peut être utilisée pour préparer de petites quantités :

2 NaBH4 + I2 → 2 NaI + B2H6 + H2

Réactions et utilisation

Le diborane est un réactif qui trouve un grand nombre d'applications. Les réactions dans lesquelles il intervient font souvent intervenir des bases de Lewis pour donner de nouvelles molécules. Il réagit avec l'ammoniac pour former du borazane BH3NH3 ou de la borazine B3N3H6 selon les conditions opératoires.

Il a été étudié comme ergol dans la propulsion des fusées (avec des oxydants fluorés tels que le difluor F2 et le fluorure d'oxygène OF2[2]), pour la vulcanisation des élastomères, comme catalyseur dans la polymérisation des monomères organiques, pour accroître la vitesse de flamme, comme dopant dans l'industrie des semi-conducteurs et comme réactif pour la production de silicium ultrapur destiné aux circuits électroniques.

Notes et références

  1. a , b , c , d , e  et f DIBORANE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. Ce qui donne des propergols hypergoliques de forte puissance : 372 s d’impulsion spécifique pour le propergol OF2 / B2H6, aujourd'hui abandonné car cher et dégageant des produits toxiques.

Voir aussi

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Liens externes

Bibliographie

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