Bore

Pour les articles homonymes, voir Bore (homonymie).

Bore
Béryllium ← Bore → Carbone —     5 B                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ B ↓ Al Table complète • Table étendue
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]
Xn
Symboles : Xn : Nocif Phrases R : R22 : Nocif en cas d’ingestion.
Phrases R : 22,
SGH[6]
Attention H302, H302 : Nocif en cas d'ingestion
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.

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

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.

Lien externe

•  Bore sur Commons
• (fr) Bore - santé et environnement résumé de GreenFacts d'un rapport du Programme International sur la Sécurité Chimique de l'OMS

Notes et références

• Portail de la chimie