Bore

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

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Élément chimique - Métalloïde

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Bore

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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]

9, 3 ^[2]

Noir

7440-42-8 ^[3]

Propriétés atomiques

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

Oxyde

faiblement acide

Structure cristalline

Propriétés physiques

solide

2 075 °C ^[1]

4 000 °C ^[1]

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

1^re : 8, 29802 eV ^[5]

2^e : 25, 1548 eV ^[5]

3^e : 37, 93064 eV ^[5]

4^e : 259, 37521 eV ^[5]

5^e : 340, 22580 eV ^[5]

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

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, qui se trouve abondamment dans la nature sous forme de borax. Il y a deux formes allotropiques de bore; le bore amorphe est une poudre brune, mais le bore métallique est noir. La forme métallique est dure (9, 3 sur l'échelle de Mohs) et mauvais conducteur d'électricité à température ambiante.

Caractéristiques notables

Le bore possède une orbitale-p presque vide (1 électron pour 6 «places» disponibles). Trivalent (3 électrons sur sa couche de valence), il est utilisé en électronique comme dopant de type p (déficient en électrons/riche en «trou») pour le silicium (tétravalent). Les composés du bore se comportent fréquemment comme des acides de Lewis, se liant facilement avec des espèces riches en électrons pour 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 a la résistance à la traction la plus élevée de l'ensemble des éléments connus.

Le nitrure de bore cubique est parfois utilisé pour faire des matériaux qui sont aussi durs que le diamant. Le nitrure agit aussi comme isolant électrique mais conduit la chaleur comme un métal. Le nitrure de bore hexagonal a des qualités de lubrifiant identiques au graphite. Le bore est aussi identique 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^[6].

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 autorise des bactéries de communiquer entre elles pour évaluer leur nombre et de déclencher certaines actions (comme la luminescence) que si elles sont assez nombreuses; il consiste en un sucre qui enserre un atome de bore.

Le bore présente aussi, à haute pression (plus de 100 000 atmosphères), l'surprenante faculté de pouvoir former un cristal ionique à lui tout seul, tandis que d'ordinaire ce genre de 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, donnant la possibilité d'ainsi la formation d'un cristal ionique^[7].

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 — comme absorbeur de neutrons — utilisé sous forme d'acide borique dilué dans l'eau comme modérateur des 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 énormément sur les propriétés mécaniques de ces derniers. Le dosage doit être particulièrement 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), surtout 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 aussi pressenti comme futur combustible thermonucléaire dans le cadre de la fusion aneutronique.

Histoire

Les composés du bore (arabe ????? - 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 mais aussi 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 cependant 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.

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 à peu près 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 quelquefois 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 principales sont le minerai de rasorite et le minerai de borax qu'on peut trouver dans le désert des Mojaves en Californie. La Turquie est un autre pays où 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. Cependant le produit est presque toujours contaminé par des borides métalliques.

Le bore particulièrement 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^[8], il est essentiellement utilisé pour maintenir l'intégrité des parois cellulaires. Par contre, les concentrations trop élevées du sol (> 1, 0 ppm) peuvent provoquer une nécrose marginale des feuilles mais aussi 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 surtout).

Certains facteurs tels que précipitations abondantes, apport de chaux récent (pH supérieur à 6, 6), sols sablonneux (Acrisols, Podzols ainsi qu'à un niveau moindre Andosols, Luvisols et Oxisols^[9]) ou riches en matière organique facilitent les carences en bore des sols.

De petites quantités de bore sont beaucoup présents dans l'alimentation humaine, et les quantités nécessaires dans le régime alimentaire serait particulièrement faible. Cependant, le rôle physiologique exact du bore dans le règne animal est mal compris.

Le bore est présent dans l'ensemble des 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 diminué l'excrétion de calcium de 44%, et active la production d'œstrogène et de vitamine D, ce qui suggère un rôle envisageable dans la prévention de l'ostéoporose.

Aliments riches en bore

On trouve du bore essentiellement 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

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
«BORON, ELEMENTAL» dans la base de données Hazardous Substances Data Bank, consulté le 1 mai 2010
Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
(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 ]
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87^e éd. (ISBN 0849304873) , p. 10-202
(en) Stanley E. Manahan, Fundamentals of Environmental Chemistry, vol. 26, CRC Press LLC, Boca Raton, 2001
futura-sciences. com ; «Stupéfiant : le bore forme à lui seul un cristal ionique !», publié le 3 février 2009.
Solubor Flow
The occurrence and correction of boron deficiency - Victor M. Shorrocks - 1997

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Lanthanides	Actinides	Superactinides	Éléments non classés

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