Bore - L’Élémentarium

Bore

Le bore a été découvert en 1808, simultanément par Louis Joseph Gay-Lussac, Louis Jacques Thenard et Humphry Davy. Son nom vient du persan boûraq qui signifie brillant à cause de la brillance des cristaux de borax. Le bore peut se présenter sous forme amorphe, une poudre noire, utilisée dans les effets pyrotechniques où il apporte une couleur verte. Il est également présent sous forme cristalline, un solide cassant et très dur.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
5	10,81 g.mol^-1	[He] 2s² 2p¹	rhomboédrique de paramètres a = 0,5067 nm et angle alpha = 58°4′	98 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
2,34 g.cm^-3	9,3	2 076°C	2 550°C (sublimation)	1.10^-4 S.m^-1	27,4 W.m^-1.K^-1	insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	État d’oxydation	pK_a : H₃BO₃/B(OH)₄^–	E° : H₃BO₃+ 3H⁺ + 3e = B_(s) + 3H₂O	E° : BF₄^– + 3e = B_(s) + 4F^–
2,04	+3	9,23	-087 V	-1,04 V

Données thermodynamiques

Bore cristallisé

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 5,9 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 11,1 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 22,2 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 535,5 kJ.mol^-1

Bore gazeux

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 560 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 519 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 153,32 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Élaboration industrielle et production

Par magnésiothermie de l’oxyde de bore (B₂O₃). La pureté obtenue est de l’ordre de 90 %. La production mondiale est d’environ de 15 t/an.

Propriétés intéressantes

Le bore a plusieurs propriétés intéressantes :

Grande dureté : 9,3 dans l’échelle de Mohs.
Fort pouvoir réducteur.
Réfractaire : sa température de fusion est de 2076 °C.
L’isotope ¹⁰B, présent à la teneur de 18,8 % dans le bore naturel, a une forte capacité de capture des neutrons thermiques (ceux qui sont présents dans les réacteurs des centrales nucléaires). Le bore, éventuellement enrichi en ¹⁰B, est utilisé sous diverses formes : bore, silicate de bore, borates, carbure de bore…

Utilisations

Les principales utilisations du Bore sont :

Comme additif en sidérurgie (voir le produit ferrobore).
Dans les centrales nucléaires pour absorber les neutrons et ainsi réguler ou arrêter le fonctionnement des centrales.
En pyrotechnie donne une couleur verte et en particulier, sous forme de bore amorphe (particulièrement oxydable), en présence de nitrate de potassium, comme source d’allumage pour gonfler des « air bags » utilisés comme protection contre les chocs dans les automobiles.
Sous forme de fibres de diamètre : 100 à 140 μm. Les fibres sont fabriquées par réduction en bore, de trichlorure de bore, à l’aide de dihydrogène, sur un filament de tungstène chauffé par effet Joule. Les fibres obtenues, réfractaires et rigides, sont utilisées pour renforcer des matrices plastiques ou métalliques (titane ou aluminium en aéronautique, par exemple dans les avions de combat américains F-14 et F-15).
En électronique, pour doper le silicium, le bore étant accepteur d’électrons, et ainsi obtenir un semi-conducteur de type p.

Bibliographie

P. Blazy et El-Aïd Jdid, « Bore », Techniques de l’Ingénieur, 2011.