BORAX: HISTOIRE, STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, UTILISATIONS, SYNTHÈSE, RISQUES - CHIMIE - 2024

Le borax ou borate de sodium est une désignation pour un groupe de composés chimiques avec une formule de base Na ₂ B ₄ O ₇. C'est un sel hygroscopique capable de former de nombreux hydrates, en plus d'être enrichi structurellement par la présence de certaines impuretés métalliques.

Les principaux composés qui reçoivent le nom de borax sont les suivants: tétraborate de sodium anhydre, Na ₂ B ₄ O ₇; tétraborate de sodium pentahydraté (Na ₂ B ₄ O ₇).5H ₂ O; et tétraborate de sodium décahydraté, Na ₂ B ₄ O ₇.10H ₂ O, ou son équivalent, tétraborate de sodium octahydraté, Na ₂ B ₄ O ₅ (OH) ₄.8H ₂ O.

Fragment de borax. Source: Léon Hupperichs

Comme on peut l'apprécier, tous les solides ci-dessus ne diffèrent que par leur degré d'hydratation; certains ont plus de molécules d'eau dans leurs cristaux que d'autres. Physiquement, le borax ressemble à des morceaux solides ou à des cristaux de craie (image du haut).

Le borax se trouve naturellement dans les sédiments lacustres saisonniers, asséché par évaporation. Le borax est produit en Turquie, dans les lacs Searles (Californie), dans le désert d'Atacama, au Chili, en Bolivie, au Tibet et en Roumanie. Les cristaux de borax peuvent être obtenus synthétiquement par un processus de nucléation lente; c'est-à-dire dans lequel la croissance des cristaux est favorisée.

Le tétraborate de sodium, anhydre et décahydraté, est peu soluble dans l'eau froide; mais sa solubilité augmente avec l'augmentation de la température. Na ₂ B ₄ O ₇.10H ₂ O est très soluble dans l'éthylène glycol, modérément soluble dans l'éthanol et légèrement soluble dans l'acétone; ce sont des solvants moins polaires que l'eau.

Borax a de nombreuses applications, comme dans la fabrication de détergents et de savons; comme retardateur de feu pour les matériaux cellulosiques; dans la production de fibre de verre; dans le nettoyage de surfaces dures telles que les métaux, le verre et la céramique; et dans l'inhibition de la corrosion, entre autres utilisations.

Le borax est irritant pour les yeux, la peau et les voies respiratoires. Par ingestion, il peut provoquer, entre autres symptômes, des vomissements, de la diarrhée, une flaccidité, des caries et des convulsions. On soupçonne actuellement qu'il peut avoir des effets nocifs sur la reproduction humaine.

L'histoire

L'histoire du borax est déroutante. Il est à noter qu'il a été découvert dans le lit d'un lac au Tibet, asséché par évaporation. Il a été transféré au 8ème siècle du Tibet à l'Arabie saoudite, suivant la soi-disant route de la soie.

Le terme «borax» est devenu populaire en raison des nombreuses applications qui ont été trouvées et commercialisées sous le nom de 20 Mule Team Borax Tradermax, qui faisait référence à la façon dont le borax était transporté à travers les déserts du Nevada et Californie.

Une autre version de sa découverte indique que les Égyptiens connaissaient son existence depuis longtemps, l'utilisant dans le soudage des métaux par la chaleur. De plus, ils l'utilisaient en médecine et dans le processus de momification. Borax a été transféré en Europe au 13ème siècle par Marco Polo.

Au milieu du XIXe siècle, de grands gisements de borax ont été découverts dans le désert de Mogave, qui a rendu son utilisation courante depuis.

Structure de Borax

Structure des ions borax. Source: Smokefoot

L'image du haut montre les ions qui composent le borax, correspondant spécifiquement à un solide avec une formule de composition de Na ₂ · 8H ₂ O (ou Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O).

Premièrement, la structure en cage de l'anion ^2- peut être notée (bien qu'il devrait avoir deux groupes -OH déprotonés, -O ^-), dans laquelle un cycle octogonal (quatre atomes B et quatre atomes O) peut être vu, avec un pont BOB le divisant. en deux moitiés.

Cette cage ne reste pas statique, mais vibre et adopte différentes formes dans l'espace; cependant, dans une moindre mesure à proximité du pont. Aussi, on peut remarquer qu'il est très "oxygéné"; c'est-à-dire qu'il a de nombreux atomes d'oxygène, capables d'interagir avec les molécules d'eau par le biais de liaisons hydrogène.

Il n'est donc pas surprenant que les cristaux de borax puissent s'hydrater et générer de nombreux hydrates. Ainsi, pour le Na ₂ · 8H ₂ O solide, il existe huit molécules de H ₂ O interagissant avec la cage borate, et en même temps, avec les centres métalliques de Na ⁺.

Côté cation, on a le complexe aqueux ⁺ _n, où la valeur de n dépendra du rapport anion / cation. Dans le solide supérieur, n = 2, on a donc: ²⁺, dont la charge 2+ neutralise la charge 2- de l'anion borate.

Cristaux

Cellule unitaire monoclinique de borax. Source: Ben Mills.

Ci-dessus se trouve la cellule unitaire monoclinique pour les cristaux de Na ₂ · 8H ₂ O ou Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O. Ici, les attractions électrostatiques et les liaisons hydrogène gouvernent ou dominent les motifs structuraux originaires de chaque travée du cristal.

Les autres hydrates et le sel anhydre perdent une ou toutes leurs molécules d'eau, modifiant la composition et la structure du cristal de borax. Dans tous, l'anion et le cation restent les mêmes (sauf s'il y a des impuretés ou des réactions secondaires), il ne peut donc y avoir aucune confusion à cet égard.

Confusions avec l'anion borate

Na ₂ · 8H ₂ O et Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O sont identiques. Parce que?

En premier lieu, si on compte ses atomes, on verra qu'ils coïncident en nombre; et d'autre part, dans l'anion B ₄ O ₇ ^2- on considère l'absence des deux groupements OH liés aux têtes bore des ponts BOB; deux OH qui, avec les deux H ⁺ de B ₄ O ₇ ^2-, ajoutent jusqu'à 2 H ₂ O, ce qui donne un total de 10 H ₂ O (8 + 2).

Propriétés

Des noms

- Borax.

- Borate de sodium.

- Tétraborate de sodium.

- Tétraborate de disodium.

Masse moléculaire

Anhydre: 201,22 g / mol.

Décahydrate: 381,38 g / mol.

Apparence physique

Un solide cristallin blanc.

Densité

Anhydre: 2,4 g / cm ³

Décahydraté: 1739 g / cm ³

Point de fusion

Anhydre: 743 ° C (1369 ° F, 1016 K).

Décahydrate: 75 ºC.

Point d'ébullition

Anhydre: 1575 ° C (2867 ° F, 1848 K).

Solubilité dans l'eau

31,78 g / L (à la fois anhydre et décahydraté).

Solubilité dans les solvants organiques

Il est très soluble dans l'éthylène glycol, modérément soluble dans le diéthylène glycol et le méthanol, et légèrement soluble dans l'acétone.

Indice de réfraction (ηD)

Anhydre: η ₁ = 1,447; η ₂ = 1,469.

Décahydrate: η ₂ = 1,472.

Stabilité

Il est stable dans des conditions de stockage appropriées. Bien qu'il ait une faible pression de vapeur, il augmente avec la température, conduisant à la cristallisation et à la condensation, de sorte que les fluctuations excessives de température et d'humidité doivent être évitées.

Émission lumineuse

Le tétraborate de sodium, lorsqu'il est soumis à l'action du feu, émet une lumière verte.

Réactions

- Lorsqu'il est dissous dans l'eau, il crée des solutions alcalines avec un pH d'environ 9,2.

- Le borax réagit pour former d'autres borates, comme le perborate (PBS).

- Il produit également de l'acide borique en réagissant avec l'acide chlorhydrique:

Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 Na ⁺ + 2 Cl ^- + 5 H ₂ O

- Le tétraborate de sodium se comporte comme une substance amphotère, car en solution aqueuse il s'hydrolyse et est capable de neutraliser les acides. De la même manière, il est capable de neutraliser les alcalis à haute concentration, évitant une élévation excessive du pH du milieu.

Applications

Borax a de nombreuses applications, tant chez l'homme que dans toutes les activités qu'il exerce.

Action antioxydante

Le borax a la capacité de dissoudre les oxydes. Pour cette raison, il est utilisé dans la récupération de métaux tels que le laiton, le cuivre, le plomb et le zinc.

Il est également utilisé pour empêcher l'oxydation des barres métalliques dans les fonderies. Le borax recouvre sa surface, à l'exclusion de l'air, et empêche donc l'oxydation. De plus, il empêche la corrosion des matériaux ferreux dans la fabrication automobile.

La solubilité du borax dans l'éthylène glycol a été utile dans les formulations d'antigel. Le borax neutralise les résidus acides produits lors de la décomposition de l'éthylène glycol, minimisant l'oxydation que la surface des métaux peut subir.

Fabrication d'adhésifs

- Borax fait partie d'une formulation adhésive à base d'amidon pour papier ondulé et carton.

- C'est un agent peptisant dans la fabrication d'adhésifs à base de caséine et de dextrine.

- Il agit en renforçant les matériaux adhésifs grâce à la réticulation des groupes hydroxyles conjugués.

Retardateur de flamme

Il est utilisé comme ignifuge dans les matériaux cellulosiques et autres polymères contenant des groupes hydroxyle. Il exerce son action à travers divers mécanismes, dont la formation d'une couche vitreuse qui limite l'accès aux carburants.

Fabrication de verre borosilicaté (Pyrex)

Le borax est une source de bore utilisée dans la fabrication du verre borosilicaté; caractérisé par un point de fusion élevé, un faible coefficient de dilatation et une résistance élevée aux chocs thermiques.

Cela lui permet d'être soumis à des températures élevées sans subir de fractures, recevant le nom de verre réfractaire.

Le verre borosilicaté est utilisé dans la fabrication de matériaux à utiliser à la maison pour cuire des aliments. Il est également utilisé dans les laboratoires dans des béchers, flacons, éprouvettes doseuses, pipettes, etc.

Émulsifiant

Le borax, avec d'autres composés, est utilisé pour émulsionner les savons et autres paraffines. Il est également utilisé comme base pour la production de lotions, crèmes et onguents.

Les fournitures de nettoyage

- Il est ajouté dans des formulations pour nettoyer les surfaces fermes telles que le métal, le verre et la céramique.

- Il est utilisé dans les nettoyants pour les mains, le matériel de polissage et les savons détergents pour une utilisation dans les blanchisseries et à la maison. De plus, il facilite l'élimination des dépôts huileux des planchers d'usine.

Utilisations médicales

- Il est utilisé dans le traitement des infections fongiques du pied.

- Il fait partie de la formule des nutriments qui fournissent du bore. On pense que cet élément est impliqué dans le métabolisme du calcium, du phosphore et du magnésium et peut être nécessaire à la structure osseuse.

- Il est impliqué dans le dosage de l'hémoglobine glycosylée (HbA1C), test utilisé pour déterminer le développement à long terme du diabète chez un patient, puisque la demi-vie d'un érythrocyte est de 120 jours.

Ces informations sont plus utiles pour le clinicien que les mesures individuelles de glycémie du patient.

Tampon PH

Il est utilisé dans divers systèmes tampons de pH utilisés en biochimie; parmi eux, le Tris (hydroxyméthyl) aminométhane-borate, utilisé dans l'électrophorèse sur polyacrylamide d'acides nucléiques d'ADN et d'ARN.

Diminution de la dureté de l'eau

Le borax est capable de se combiner avec les ions calcium et magnésium présents dans l'eau, réduisant leur concentration. Cela réduit la dureté de l'eau.

Engrais et compost

Le borax est utilisé comme source de bore. Le calcium et le bore sont impliqués dans la formation de la paroi cellulaire végétale. De plus, il a été souligné que le bore favorise la pollinisation, c'est pourquoi il intervient dans la fertilisation et la prolifération des plantes.

Préservation du bois

Borax combat le ver du bois, un coléoptère qui consomme et détruit le bois. Il est également utilisé dans la conservation et l'entretien des bateaux en bois.

Flux et flux

Il est utilisé comme fondant dans le soudage de l'acier et du fer, provoquant une diminution du point de fusion et l'élimination de l'oxyde de fer; un contaminant indésirable. Dans un même but, il participe à la soudure de l'or et de l'argent.

Autres

- Il est utilisé comme pesticide doux; par exemple, pour lutter contre les mites sur la laine.

- La pulvérisation est utilisée pour lutter contre les ravageurs présents dans les armoires, les réservoirs internes, dans les interstices des murs, et en général, là où l'utilisation de pesticides plus polluants n'est pas souhaitée.

- Il est utilisé dans les réacteurs nucléaires pour contrôler des réactions qui pourraient produire, dans des cas extrêmes, une réaction en chaîne.

- Dans les radiateurs de voiture, le borax est utilisé pour bloquer les endroits où il y a des fuites d'eau.

Synthèse

Le borax est obtenu par réaction de l'ulexite minérale, composée des éléments bore, sodium et calcium, de formule NaCaB ₅ O ₉.8H ₂ O, avec du carbonate de sodium et de l'hydrocarbonate de sodium en milieu aqueux.

En fait, la synthèse du tétraborate de sodium ou du borax est peu utilisée; La plupart du composé produit est obtenu en extrayant les minéraux qui le contiennent.

Le procédé peut se résumer à une dissolution du minerai dans l'eau, suivie d'une filtration dans l'argile et enfin d'une évaporation de la solution aqueuse.

Des risques

Le borax est un produit naturel, cependant, il peut causer une série de dommages à la santé humaine. Par exemple, le contact avec la poudre de borax peut provoquer une irritation cutanée pouvant entraîner une dermatite.

De même, le borax provoque une irritation des yeux et des voies respiratoires supérieures. Les symptômes de son inhalation comprennent la toux et le mal de gorge.

Pendant ce temps, la prise de borax présente les symptômes suivants: vomissements, nausées, diarrhée, flaccidité, maux de tête et convulsions. De plus, le système nerveux central et la fonction rénale peuvent être affectés.

Des études menées sur des rats mâles, nourris avec du borax, une atrophie testiculaire a été observée chez eux. Alors que les études menées sur des rates gravides ont indiqué que le borax pouvait traverser le placenta, entraînant une altération du développement fœtal, se manifestant par un faible poids à la naissance.

On pense que l'exposition au borax affecte la fonction de reproduction masculine chez les hommes, se manifestant par une réduction du nombre de spermatozoïdes.

Une dose mortelle de 10 à 25 grammes est estimée pour l'apport de borax chez l'adulte.

Références

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