Le bore est un semi-métal extrêmement dur et résistant à la chaleur qui peut être trouvé sous une variété de formes. Il est largement utilisé dans les composés pour tout fabriquer, des agents de blanchiment et du verre aux semi-conducteurs et aux engrais agricoles.
Les propriétés du bore sont:
- Symbole atomique: B
- Numéro atomique: 5
- Catégorie d'élément: métalloïde
- Densité: 2,08 g / cm3
- Point de fusion: 3769 F (2076 C)
- Point d'ébullition: 7101 F (3927 C)
- Dureté de Moh: ~ 9,5
Caractéristiques du bore
Le bore élémentaire est un semi-métal allotrope, ce qui signifie que l'élément lui-même peut exister sous différentes formes, chacune avec ses propres propriétés physiques et chimiques. De même, comme d'autres semi-métaux (ou métalloïdes), certaines des propriétés du matériau sont de nature métallique tandis que d'autres sont plus similaires aux non-métaux.
Le bore de haute pureté existe sous forme de poudre amorphe brun foncé à noir ou de métal cristallin foncé, brillant et cassant.
Extrêmement dur et résistant à la chaleur, le bore est un mauvais conducteur d'électricité aux basses températures, mais cela change avec l'augmentation des températures. Alors que le bore cristallin est très stable et ne réagit pas 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 seulement le carbone sous sa forme de diamant) et a 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 nucléaire.
Des recherches récentes ont montré que lorsqu'il est super-refroidi, le bore forme une structure atomique complètement différente qui lui permet d'agir comme un supraconducteur.
Histoire de Boron
Bien que la découverte du bore soit attribuée aux chimistes français et anglais qui font des recherches sur le borate minéraux au début du 19e siècle, on pense qu'un échantillon pur de l'élément n'a pas été produit jusqu'en 1909.
Cependant, les minéraux de bore (souvent appelés borates) étaient déjà utilisés par l'homme depuis des siècles. La première utilisation enregistrée de borax (borate de sodium naturel) a été réalisée par des orfèvres arabes qui ont appliqué le composé comme flux pour purifier l'or et l'argent au 8ème siècle après JC.
Il a également été démontré que des émaux sur des céramiques chinoises datant du 3ème au 10ème siècle après JC utilisent le composé d'origine naturelle.
Utilisations modernes du bore
L'invention du verre borosilicaté thermiquement stable à la fin des années 1800 a fourni une nouvelle source de demande pour les minéraux borates. En utilisant cette technologie, Corning Glass Works a introduit les ustensiles de cuisine en verre Pyrex en 1915.
Dans les années d'après-guerre, les applications du bore se sont développées pour inclure un éventail toujours plus large d'industries. Le nitrure de bore a commencé à être utilisé dans les cosmétiques japonais et, en 1951, une méthode de production de fibres de bore a été développée. Les premiers réacteurs nucléaires, mis en service au cours de 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 sur le réacteur afin de contrôler la libération de radionucléides.
Au début des années 1980, le développement d'aimants permanents de terres rares à haute résistance a en outre créé un nouveau marché important pour l'élément. Plus de 70 tonnes métriques d'aimants néodyme-fer-bore (NdFeB) sont désormais produites chaque année pour une utilisation dans tout, 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 structurels, tels que les barres de sécurité.
Production de bore
Bien que plus de 200 types différents de minéraux borates existent dans la croûte terrestre, quatre seulement plus de 90 pour cent de l'extraction commerciale du bore et des composés du bore - tincal, kernite, colémanite et ulexite.
Pour produire une forme relativement pure de poudre de bore, l'oxyde de bore qui est présent dans le minéral est chauffé avec un flux de magnésium ou d'aluminium. La réduction produit de la poudre de bore élémentaire à environ 92% pure.
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, requis pour une utilisation dans les semi-conducteurs, peut être fabriqué en décomposant le diborane à des températures élevées et en faisant croître des monocristaux par fusion de zone ou par la méthode Czolchralski.
Applications pour le bore
Alors que plus de six millions de tonnes métriques de minéraux contenant du bore sont extraits chaque année, la grande majorité consommé sous forme de sels de borate, tels que l'acide borique et l'oxyde de bore, avec très peu de conversion en bore élémentaire. En fait, seulement environ 15 tonnes métriques de bore élémentaire sont consommées chaque année.
L'étendue d'utilisation du bore et des composés du 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)
- Céramique (p. Ex. Émaux pour carreaux)
- Agriculture (p. Ex. Acide borique dans les engrais liquides).
- Détergents (par exemple, perborate de sodium dans un détergent à lessive)
- Agents de blanchiment (par exemple, détachants domestiques 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 - ajoutée 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 à retirer 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 aluminium, magnésium, zinc et 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 alliages de titane utilisé dans les cadres de jets 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 résistantes, légères matériau de structure adapté pour une utilisation dans les applications aérospatiales, ainsi que les clubs de golf et à haute résistance ruban.
L'inclusion de bore dans l'aimant NdFeB est essentielle au fonctionnement des aimants permanents à haute résistance utilisés dans les éoliennes, les moteurs électriques et une large gamme d'électronique.
La propension du bore à absorber les neutrons lui permet d'être utilisé dans les barres de contrôle nucléaire, les écrans de rayonnement et les détecteurs de neutrons.
Enfin, le carbure de bore, la troisième substance connue la plus dure, est utilisé dans la fabrication de diverses armures et gilets pare-balles ainsi que d'abrasifs et de pièces d'usure.