Un regard sur le bore semi-métallique
Le bore est un semi-métal extrêmement dur et résistant à la chaleur qui peut être trouvé dans une variété de formes et est largement utilisé dans les composés pour faire tout de blanchiments et de verre aux semi-conducteurs et engrais agricoles.
Les propriétés du bore sont:
- Symbole atomique: B
- Numéro atomique: 5
- Catégorie de l'élément: Metalloid
- Densité: 2,08 g / cm3
- Point de fusion: 3769 F (2076 C)
- Point d'ébullition: 7101 F (3927 C)
- La dureté de Moh: ~ 9.5
Caractéristiques du bore
Le bore élémentaire est un semi-métal allotropique, ce qui signifie que l'élément lui-même peut exister sous différentes formes, chacune ayant ses propres propriétés physiques et chimiques. De même, comme d'autres semi-métaux (ou métalloïdes), certaines des propriétés du bore sont de nature métallique alors que d'autres sont plus semblables aux non-métaux.
Le bore de haute pureté existe sous la forme d'une poudre amorphe de couleur brun foncé à noire ou d'un métal cristallin sombre, lustré et cassant.
Extrêmement dur et résistant à la chaleur, le bore est un mauvais conducteur de l'électricité à basse température, mais cela change à mesure que les températures augmentent. Alors que le bore cristallin est très stable et non réactif avec les acides, la version amorphe s'oxyde lentement dans l'air et peut réagir violemment dans l'acide.
Sous forme cristalline, le bore est le deuxième plus dur de tous les éléments (derrière le carbone uniquement sous sa forme de diamant) et possède l'une des températures de fusion les plus élevées. Semblable au carbone, pour lequel les premiers chercheurs ont souvent confondu l'élément, le bore forme des liaisons covalentes stables qui le rendent difficile à isoler.
L'élément numéro cinq a également la capacité d'absorber un grand nombre de neutrons, ce qui en fait un matériau idéal pour les barres de contrôle nucléaires.
Des recherches récentes ont montré que lorsqu'il est super-refroidi, le bore forme une structure atomique tout à fait différente qui lui permet d'agir comme un supraconducteur.
Histoire du bore
Bien que la découverte du bore soit attribuée aux chimistes français et anglais qui ont étudié les minéraux boratés au début du XIXe siècle, on croit qu'un échantillon pur de l'élément n'a été produit qu'en 1909.
Les minéraux de bore (souvent appelés borates), cependant, avaient déjà été utilisés par les humains pendant des siècles. La première utilisation enregistrée de borax (borate de sodium naturel) a été faite par des orfèvres arabes qui ont appliqué le composé comme un flux pour purifier l' or et l' argent au 8ème siècle après JC
Glaçures sur les céramiques chinoises datant entre le 3ème et 10ème siècles après JC ont également été montré pour faire usage du composé naturel.
Utilisations modernes du bore
L'invention du verre de borosilicate thermiquement stable à la fin des années 1800 a fourni une nouvelle source de demande pour les minéraux de borate. En utilisant cette technologie, Corning Glass Works a introduit des ustensiles de cuisine en verre Pyrex en 1915.
Dans les années d'après-guerre, les applications pour le bore ont augmenté pour inclure une gamme toujours plus large d'industries. Le nitrure de bore a commencé à être utilisé dans les cosmétiques japonais, et en 1951, un procédé de production de fibres de bore a été développé. Les premiers réacteurs nucléaires, mis en service pendant cette période, utilisaient également du bore dans leurs barres de contrôle.
Immédiatement après la catastrophe nucléaire de Tchernobyl en 1986, 40 tonnes de composés de bore ont été déversées dans le réacteur afin d'aider à contrôler la libération de radionucléides.
Au début des années 1980, le développement d'aimants permanents à base de terres rares à haute résistance a créé un nouveau marché important pour l'élément.
Plus de 70 tonnes métriques d'aimants néodyme-fer-bore (NdFeB) sont maintenant produites chaque année pour une utilisation dans tous les domaines, des voitures électriques aux écouteurs.
À la fin des années 1990, l'acier au bore a commencé à être utilisé dans les automobiles pour renforcer les composants structuraux, tels que les barres de sécurité.
Production de bore
Bien qu'il existe plus de 200 types différents de minéraux de borate dans la croûte terrestre, quatre seulement représentent plus de 90% de l'extraction commerciale des composés de bore et de bore: tincal, kernite, colémanite et ulexite.
Pour produire une forme relativement pure de poudre de bore, l'oxyde de bore présent dans le minéral est chauffé avec un flux de magnésium ou d'aluminium. La réduction produit de la poudre de bore élémentaire qui est pure à environ 92%.
Le bore pur peut être produit en réduisant davantage les halogénures de bore avec de l'hydrogène à des températures supérieures à 1500 ° C (2732 ° F).
Le bore de haute pureté, nécessaire pour être utilisé dans les semi-conducteurs, peut être obtenu en décomposant le diborane à des températures élevées et en faisant croître des monocristaux par fusion de zones ou par la méthode de Czolchralski.
Applications pour le bore
Alors que plus de six millions de tonnes métriques de minéraux contenant du bore sont extraites chaque année, la grande majorité est consommée sous forme de sels de borate, tels que l'acide borique et l'oxyde de bore, très peu étant transformé en bore élémentaire. En effet, seulement environ 15 tonnes métriques de bore élémentaire sont consommées chaque année.
L'ampleur de l'utilisation des composés de bore et de bore est extrêmement large. Certains estiment qu'il existe plus de 300 utilisations finales différentes de l'élément sous ses différentes formes.
Les cinq utilisations principales sont:
- Verre (par exemple, verre borosilicaté thermiquement stable)
- Céramiques (p. Ex. Glaçures de carreaux)
- Agriculture (par exemple, l'acide borique dans les engrais liquides).
- Détergents (p. Ex., Perborate de sodium dans un détergent à lessive)
- Agents de blanchiment (p. Ex., Détachants ménagers et industriels)
Applications métallurgiques au bore
Bien que le bore métallique ait très peu d'utilisations, l'élément est très apprécié dans un certain nombre d'applications métallurgiques. En éliminant le carbone et les autres impuretés qui se lient au fer, une infime quantité de bore - seulement quelques parties par million - ajouté à l'acier peut le rendre quatre fois plus résistant que l'acier à haute résistance moyen.
La capacité de l'élément à dissoudre et éliminer le film d'oxyde métallique le rend également idéal pour les flux de soudage. Le trichlorure de bore élimine les nitrures, les carbures et l'oxyde du métal en fusion. En conséquence, le trichlorure de bore est utilisé dans la fabrication d'aluminium, de magnésium, de zinc et d'alliages de cuivre.
En métallurgie des poudres, la présence de borures métalliques augmente la conductivité et la résistance mécanique. Dans les produits ferreux, leur existence augmente la résistance à la corrosion et la dureté, tandis que dans les alliages de titane utilisés dans les girouettes et les pièces de turbine, les borures augmentent la résistance mécanique.
Les fibres de bore, qui sont fabriquées en déposant l'élément hydrure sur du fil de tungstène, sont des matériaux structuraux légers et robustes convenant aux applications aérospatiales, ainsi que des clubs de golf et des bandes à haute résistance.
L'inclusion du bore dans l'aimant NdFeB est essentielle à la fonction des aimants permanents à haute résistance qui sont utilisés dans les éoliennes, les moteurs électriques et une large gamme d'appareils électroniques.
La propension du bore à absorber les neutrons lui permet d'être utilisé dans les barres de contrôle nucléaires, les boucliers de radiation et les détecteurs de neutrons.
Enfin, le carbure de bore, la troisième substance la plus difficile à utiliser, est utilisé dans la fabrication de divers types d'armures et de gilets pare-balles, ainsi que d'abrasifs et de pièces d'usure.
Sources:
Chemicool. Bore
URL: http://www.chemicool.com/elements/boron.html
USGS. Information sur les minéraux. Bore
URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/