Bore


Bore
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Bore
BérylliumBoreCarbone
   

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B
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
B
Al
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Informations générales
Nom, symbole, numéro Bore, B, 5
Série chimique Métalloïdes
Groupe, période, bloc 13 (IIIA), 2, p
Masse volumique 2,34 g·cm-3 (cristaux)[1]
2,37 g·cm-3 (variété amorphe)[1]
Dureté 9,3 [2]
Couleur Noir
No CAS 7440-42-8 [3]
No EINECS 231-151-2
Propriétés atomiques
Masse atomique 10,811 ± 0,007 u [1]
Rayon atomique (calc) 85 pm (87 pm)
Rayon de covalence 0,84 ± 0,03 Å [4]
Rayon de van der Waals 208 pm
Configuration électronique [He] 2s2 2p1
Électrons par niveau d’énergie 2, 3
État(s) d’oxydation 3
Oxyde faiblement acide
Structure cristalline Rhomboédrique
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 2 075 °C [1]
Point d’ébullition 4 000 °C [1]
Énergie de fusion 50,2 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 480 kJ·mol-1 (1 atm, 4 000 °C)[1]
Volume molaire 4,39×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 1,56×10-5 atm à 2 140 °C[2]
Vitesse du son 16 200 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 2,04
Chaleur massique 1 026 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1,0×10-4 S·m-1
Conductivité thermique 27,4 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[5]
1re : 8,29802 eV 2e : 25,1548 eV
3e : 37,93064 eV 4e : 259,37521 eV
5e : 340,22580 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
10B 19,9 % stable avec 5 neutrons
11B 80,1 % stable avec 6 neutrons
12B {syn.} 20,20 ms β- 13,369 12C
Précautions
Directive 67/548/EEC[6]
Nocif
Xn
Phrases R : 22,
SGH[6]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Attention
H302,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
Cristaux de borax, un composé du bore

Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.

C'est un métalloïde trivalent, plutôt rare dans l'écorce terrestre et le système solaire, mais assez abondant à la surface de la Terre, notamment sous forme de borax, du fait de la solubilité élevée des borates. Il existe deux variétés allotropiques de bore à l'état de corps simple : le bore amorphe est une poudre brune, tandis que le bore métallique est noir. Le bore métallique est dur — 9,3 sur l'échelle de Mohs — et présente une faible conductivité électrique à température ambiante. Il présente un grand intérêt tant pour la variété de ses composés, pour les progrès qu'il a rendu possibles dans la compréhension de la liaison chimique, que pour son importance industrielle et technologique. Il est utilisé essentiellement sous forme de perborate de sodium Na2B2O4(OH)4 dans les lessives et les détergents, ainsi que sous forme de borax Na2B4O7·10H2O dans les matériaux en fibres de verre.

Sommaire

Histoire

Les composés du bore (arabe بورون - buraq, persan burah « brillant »), sont connus depuis des milliers d'années. Dans l'Égypte antique, le procédé de momification dépendait du natron, un minerai contenant des borates ainsi que d'autres sels plus communs. Les Chinois utilisaient une glaise de borax depuis − 300 et les Romains utilisaient des composés de bore pour la fabrication du verre.

Cet élément ne fut isolé qu'en 1808 par Sir Humphry Davy, Gay-Lussac et le baron Louis Jacques Thénard, qui obtinrent une pureté de 50 %. Ils n'identifièrent toutefois pas la substance comme un élément.
Ce fut Jöns Jacob Berzélius qui en 1824 identifia le bore comme un élément. Le premier échantillon de bore pur fut obtenu par le chimiste américain W. Weintraub en 1909.

Isotopes

Article détaillé : Isotopes du bore.

Le bore possède 14 isotopes connus, avec un nombre de masse variant entre 6 et 19. Seuls deux, 10B et 11B sont stables et naturellement présents dans la nature, le second représentant 80% du bore naturel. Les radioisotopes du bore ont une durée de vie courte (8B ayant la durée de vie la plus longue a une demi-vie de 770 ms) et se désintègrent pour les plus légers que les isotopes stable en isotopes de l'hélium (via des isotopes du béryllium pour certains), les plus lourds en isotopes du carbone.

Caractéristiques notables

Granules de bore élémentaire[7].

Le bore est le seul élément non métallique de sa colonne (groupe) du tableau périodique. À ce titre, ses propriétés chimiques diffèrent de celles de l'aluminium, du gallium, de l'indium et du thallium. Ainsi, il ne présente pas de chimie ionique en solution aqueuse. Le bore possède une orbitale-p presque vide (un seul électron sur les six pouvant occuper cette sous-couche). Trivalent (susceptible de former trois liaisons covalentes), il est utilisé en électronique comme dopant de type p (accepteur d'électrons / riche en trous) pour le silicium (tétravalent). Les composés du bore se comportent souvent comme des acides de Lewis, se liant aisément avec des espèces riches en électrons afin de combler son déficit électronique.

Le bore est transparent à la lumière infrarouge. À température ambiante, le bore est un mauvais conducteur électrique mais est un bon conducteur à température élevée.

Le bore possède la résistance à la traction la plus élevée de tous les éléments connus.

Le nitrure de bore cubique peut être employé pour faire des matériaux aussi durs que le diamant. Le nitrure agit également en tant qu'isolant électrique, mais conduit la chaleur comme un métal. Le nitrure de bore hexagonal a des qualités de lubrifiant semblables à celles du graphite. Le bore ressemble également au carbone car il a la possibilité de former des réseaux moléculaires stables par liaisons covalentes.

Il est présent dans les lessives, ce qui en fait un traceur de pollution urbaine dans les réseaux d'assainissement. On le détecte dans l'eau grâce à la curcumine, avec laquelle il forme le rouge de rosocyanine[8].

Curieusement, le bore n'entre dans la composition que d'une seule molécule ayant un rôle biologique connu : AI-2 (autoinducer 2), découvert en 1994 par Bonnie L. Bassler, est un agent qui permet à des bactéries de communiquer entre elles pour évaluer leur nombre et de déclencher certaines actions (comme la luminescence) que si elles sont relativement nombreuses ; il consiste en un sucre qui enserre un atome de bore.

Le bore présente également, à haute pression (plus de 10 GPa, ou 100 000 atm), la faculté de pouvoir former un cristal ionique à lui seul, alors que d’ordinaire un tel cristal est constitué d’au moins deux types d’atomes différents. Cette propriété s’explique par le fait que, sous l’effet de la pression, les atomes de bore s’assemblent en deux types d’amas aux caractéristiques ioniques différentes, l’un se comportant comme un cation et l’autre comme un anion, permettant ainsi la formation d’un cristal ionique[9].

Applications

  • Le composé du bore ayant la plus grande importance économique est le borax ou tétraborate de sodium Na2B4O7·5H2O, qui est utilisé pour la fabrication de fibre de verre isolante, et comme agent de blanchiment.
  • Pour la couleur verte qu'il donne dans la flamme, le bore amorphe est utilisé dans les effets pyrotechniques ;
  • L'acide borique est un composé important dans les produits textiles ;
  • Des composés du bore sont utilisés en synthèse organique et pour produire des verres borosilicatés tels que le Pyrex ;
  • Certains sels de bore sont utilisés comme pesticides pour le bois, avec l'avantage de présenter une faible toxicité ;
  • Le 10B est utilisé, sous forme d'acide borique dilué dans l'eau, comme absorbant neutronique dans les réacteurs nucléaires. Il joue aussi un rôle de bouclier contre les radiations et dans les détecteurs de neutrons
  • On le trouve en alliage avec le fer et le néodyme (Nd2Fe14B) dans de puissants aimants permanents.
  • En métallurgie, le bore renforce la résistance des joints de grains. La combinaison du bore et du titane (appelé « couple titane-bore ») dans les aciers influe considérablement sur les propriétés mécaniques de ces derniers. Le dosage doit être très précis, certaines normes d'élaboration interdisent les concentrations en bore supérieures à 0, 0005 % (en masse).
  • Des composés de bore sont étudiés pour un très grand nombre d'applications comme dans les membranes perméables au sucre, les capteurs d'hydrate de carbone.
  • Dans l'industrie des semi-conducteurs, le bore est un dopant accepteur (type-P), notamment dans le silicium.
  • Le diborane est un ergol étudié dans le domaine de l'astronautique pour son impulsion spécifique élevée avec le fluorure d'oxygène.
  • Le bore (combiné à de l’hydrogène) est également pressenti comme futur combustible thermonucléaire dans le cadre de la fusion aneutronique.

Production

Les États-Unis et la Turquie sont les deux plus grands producteurs de bore. La Turquie détient près de 65 % des réserves mondiales et les États-Unis environ 13 %. On ne trouve pas de bore dans la nature sous sa forme élémentaire, mais sous forme combinée par exemple dans le borax (tinkalite), l'acide borique, la colémanite, la kernite, l'ulexite et les borates. On trouve parfois de l'acide borique dans les sources d'eau volcanique. L'ulexite est un minerai de bore qui possède naturellement les propriétés de la fibre optique.

Les sources économiquement les plus importantes sont le minerai de rasorite et le minerai de borax que l'on peut trouver dans le désert des Mojaves en Californie. La Turquie est un autre pays où l'on trouve de grands dépôts de borax.

Le bore pur n'est pas facile à préparer. Les premières méthodes impliquaient la réduction de l'acide borique avec un métal tel que le magnésium ou l'aluminium. Toutefois le produit est presque toujours contaminé par des borides métalliques.

Le bore très pur est préparé en réduisant des halogènures de bore volatils avec de l'hydrogène à haute température.

Rôle biologique

Le bore est un des 7 composants essentiels des plantes[10], il est principalement utilisé pour maintenir l'intégrité des parois cellulaires. En revanche, les concentrations trop élevées du sol (> 1,0 ppm) peuvent provoquer une nécrose marginale des feuilles ainsi que de mauvaises performances de croissance globale. Des niveaux trop bas (<0,8 ppm) peuvent provoquer ces mêmes symptômes dans des plantes particulièrement sensibles au bore dans le sol (arbres fruitiers notamment).

Certains facteurs tels que précipitations abondantes, apport de chaux récent (pH supérieur à 6,6), sols sablonneux (Acrisols, Podzols et à un niveau moindre Andosols, Luvisols et Oxisols[11]) ou riches en matière organique favorisent les carences en bore des sols.

De petites quantités de bore sont largement présentes dans l'alimentation humaine, et les quantités nécessaires dans le régime alimentaire seraient très faibles. Toutefois, le rôle physiologique exact du bore dans le règne animal est mal compris.

Le bore est présent dans tous les aliments produits à partir de plantes. Depuis 1989, sa valeur nutritive a été confirmé. On pense que le bore joue un rôle biochimique chez plusieurs animaux, y compris les humains. Le ministère américain de l'agriculture a mené une expérience dans laquelle les femmes ménopausées ont pris 3 mg de bore par jour. Les résultats ont montré que le bore réduit l'excrétion de calcium de 44%, et active la production d'œstrogène et de vitamine D, ce qui suggère un rôle possible dans la prévention de l'ostéoporose.

Aliments riches en bore

On trouve du bore principalement dans les légumes-feuilles (chou, laitue, poireau, céleri, etc.), les fruits (sauf ceux du genre citrus), les légumineuses et les noix. Parmi les aliments les plus riches, on compte l'avocat, l’arachide, la prune, le raisin, la poudre de chocolat et le vin.

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Lien externe

Notes et références

  1. a, b, c, d, e et f (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0) 
  2. a et b «  BORON, ELEMENTAL  » dans la base de données Hazardous Substances Data Bank, consulté le 1 mai 2010
  3. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  4. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », dans Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [lien DOI] 
  5. "Ionization Energies of Atoms and Atomic Ions," in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 91st Edition (Internet Version 2011), W. M. Haynes, ed., CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL., p. 10-203
  6. a et b SIGMA-ALDRICH
  7. Photographie prise au Museu de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya, à Terrassa, en Espagne, le 1er avril 2009.
  8. (en) Stanley E. Manahan, Fundamentals of Environmental Chemistry, vol. 26, Boca Raton, CRC Press LLC, 2001 
  9. futura-sciences.com ; « Stupéfiant : le bore forme à lui seul un cristal ionique ! », publié le 3 février 2009.
  10. Solubor Flow
  11. The occurrence and correction of boron deficiency - Victor M. Shorrocks - 1997


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés


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Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Bore de Wikipédia en français (auteurs)

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