ACIDE BORIQUE: STRUCTURE CHIMIQUE, PROPRIÉTÉS, PRÉPARATION, UTILISATIONS - CHIMIE - 2024

L' acide borique est un composé inorganique de formule chimique H ₃ BO ₃. Il se compose d'un solide blanc ou incolore. C'est un acide faible qui en solution aqueuse produit, selon sa concentration, un pH compris entre 3,8 et 4,8. Il est peu soluble dans l'eau froide et modérément soluble dans l'eau chaude.

L'acide borique a été découvert en 1702 par Wilhelm Homberg (1652-1713), qui a traité le borax avec de l'acide sulfurique, obtenant une solution à action médicinale qui a reçu le nom d'eau sédative d'Homberg.

Échantillon solide d'acide borique sur le verre de la montre. Source: Walkerma via Wikipedia.

Cependant, on note également que Homberg a préparé l'acide borique en ajoutant de l'eau au borax et en chauffant la solution jusqu'à évaporation, laissant ainsi les cristaux d'acide borique dans le sédiment.

Cet acide est un composé très utile qui a de nombreuses applications dans l'industrie et la médecine, également utilisé comme insecticide, préservation du bois, ignifuge et est un constituant d'une solution tampon de pH.

Structure chimique

Molécule d'acide borique représentée par un modèle de sphères et de barres. Source: Benjah-bmm27

Dans l'image du haut, nous avons la molécule réelle de H ₃ BO ₃. Notez que les atomes d'hydrogène, représentés par des sphères blanches, ne sont pas liés à l'atome central de bore, comme la formule chimique pourrait le suggérer; mais plutôt aux atomes d'oxygène, représentés par des sphères rouges.

Ainsi, une formule plus pratique, bien que moins utilisée, pour l'acide borique est le B (OH) ₃, indiquant que son acidité est due aux ions H ⁺ libérés par ses groupes OH. La molécule B (OH) ₃ a une géométrie de plan trigonal, avec son atome de bore ayant une hybridation chimique sp ².

B (OH) ₃ est une molécule hautement covalente, car la différence d'électronégativité entre l'atome de bore et l'oxygène n'est pas très grande; les liaisons BO sont donc essentiellement covalentes. A noter également que la structure de cette molécule ressemble à celle d'un spinner. Sera-t-il capable de tourner sur son propre axe de la même manière?

Cristaux

Cellule unitaire pour le cristal H3BO3. Source: Benjah-bmm27

L'image du haut montre la maille élémentaire correspondant à la structure cristalline triclinique de l'acide borique qui, dans certaines conditions de synthèse, peut adopter la structure hexagonale compacte. Notez qu'il y a quatre molécules par maille élémentaire, et qu'elles sont disposées en deux couches, A et B, en alternance (elles ne sont pas superposées l'une sur l'autre).

En raison de la symétrie et de l'orientation des liaisons B-OH, on peut supposer que B (OH) ₃ est apolaire; cependant, l'existence de liaisons hydrogène intermoléculaires change la donne. Chaque molécule de B (OH) ₃ donnera ou recevra trois de ces ponts, avec un total de six interactions dipôle-dipôle, comme le montre l'image ci-dessous:

Couches cristallines de H3BO3 observées à partir d'un axe supérieur. Source: Benjah-bmm27

Notez que ces liaisons hydrogène sont les interactions directionnelles qui régissent les cristaux d'acide borique et établissent des modèles d'aspects ornementaux; anneaux intérieurs peut-être avec suffisamment d'espace pour occlure certaines impuretés qui ne sont pas dans les défauts cristallins.

Ces liaisons hydrogène, malgré la faible masse moléculaire de B (OH) ₃, maintiennent son cristal suffisamment cohésif pour qu'il ait besoin d'une température de 171 ºC pour fondre. On ne sait pas quels effets des pressions élevées (de l'ordre de GPa) auraient sur les couches moléculaires de B (OH) ₃.

Propriétés

Des noms

IUPAC: acide borique et trihydrooxyde de bore. Autres noms: acide orthoborique, acide boracique, sassolite, borofax et trihydroxyborane.

Masse molaire

61,83 g / mol

Apparence physique

Solide blanc clair, incolore et cristallin. Il est également disponible sous forme de granulés ou de poudre blanche. Légèrement crémeux au toucher.

Odeur

Toilette

Goût

Légèrement amer

Point de fusion

170,9 ºC

Point d'ébullition

300 ºC

Solubilité dans l'eau

Modérément soluble dans l'eau froide et soluble dans l'eau chaude:

2,52 g / 100 ml (0 ºC)

27,50 g / 100 ml (100 ºC)

L'acide borique est partiellement soluble dans l'eau et a tendance à s'y enfoncer. Ladite solubilité tend à augmenter en présence d'acides, tels que chlorhydrique, citrique et tartrique.

Solubilité dans d'autres solvants

-Glycérol: 17,5% à 25 ºC

-Éthylène glycol: 18,5% à 25 ºC

-Acétone: 0,6% à 25 ºC

-Acétate d'éthyle: 1,5% à 25 ºC

-Méthanol: 172 g / L à 25 ºC

-Éthanol: 94,4 g / L à 25 ºC

Coefficient de partage octanol / eau

Log P = -0,29

Acidité (pKa)

9.24. 12.4. 13.3. Ce sont les trois constantes de leurs dissociations respectives pour libérer H ⁺ dans l'eau.

pH

3,8 - 4,8 (3,3% en solution aqueuse)

5,1 (0,1 molaire)

La pression de vapeur

1,6 10 ^-6 mmHg

Stabilité

Stable dans l'eau

Décomposition

Il se décompose lorsqu'il est chauffé au-dessus de 100 ° C, formant de l'anhydride borique et de l'eau.

Réactivité

L'acide borique forme des sels solubles avec des cations monovalents, par exemple: Na ₂ B ₄ O ₇.10H ₂ O, et des sels insolubles avec des cations divalents, CaB ₄ O ₇.6H ₂ O.

En solution aqueuse, il produit une solution acide, pensant que cette propriété était due à la soustraction des groupes OH ^- de l'eau. L'acide borique est classé comme un acide faible du type Lewis.

L'acide borique réagit avec le glycérol et le mannitol, augmentant l'acidité du milieu aqueux. Le pKa est modifié de 9,2 à 5, en raison de la formation du chélate de bore-mannitol ^-, qui libère H ⁺.

préparation

L'acide borique se trouve à l'état libre dans les émanations volcaniques dans des régions telles que la Toscane en Italie, les îles Lipari et dans l'État du Nevada, aux États-Unis. On le trouve également dans des minéraux tels que le borax, la boracite, l'urlexite et la colémanite.

L'acide borique est préparé principalement par la réaction du borax minéral (tétraborate de sodium décahydraté) avec des acides minéraux, tels que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, etc.

Na ₂ B ₄ O ₉ 10H ₂ O + HCl => 4 H ₃ BO ₃ + 2 NaCl + 5 H ₂ O

Il est également préparé par hydrolyse du trihalogénure de bore et du diborane.

L'acide borique est préparé à partir de colémanite (Ca ₂ B ₆ O ₁₁ · 6 H ₂ O). La procédure consiste à traiter le minéral avec de l'acide sulfurique pour dissoudre les composés du bore.

Ensuite, la solution dans laquelle l'acide borique est présent est séparée des fragments non dissous. La solution est traitée avec du sulfure d'hydrogène pour précipiter les impuretés d'arsenic et de fer. Le surnageant est refroidi pour produire un précipité d'acide borique et le séparer de la suspension.

Applications

Dans l'industrie

L'acide borique est utilisé dans la fabrication de la fibre de verre. En aidant à abaisser le point de fusion, il augmente la résistance et l'efficacité de la fibre de verre textile - un matériau utilisé pour renforcer le plastique utilisé dans les navires, la tuyauterie industrielle et les cartes de circuits informatiques.

L'acide borique participe à la fabrication du verre borosilicaté, ce qui permet l'obtention d'un verre résistant aux changements de température, utilisable dans la cuisine des maisons, en verrerie dans les laboratoires, tubes fluorescents, fibre optique, Écrans LCD, etc.

Il est utilisé dans l'industrie métallurgique pour durcir et traiter les alliages d'acier, ainsi que pour favoriser le revêtement métallique des matériaux.

Il est utilisé comme composant chimique dans la fracturation hydraulique (fracking): une méthode utilisée dans l'extraction de pétrole et de gaz. L'acide borique agit comme un retardateur de feu dans les matériaux cellulosiques, les plastiques et les textiles qui sont imprégnés d'acide borique pour augmenter leur résistance au feu.

En médecine

L'acide borique est utilisé dilué dans un collyre. Les capsules de gélatine d'acide borique sont utilisées pour traiter les infections fongiques, en particulier Candida albicans. Il a également été utilisé dans le traitement de l'acné.

L'acide borique est saupoudré sur les chaussettes pour prévenir les infections du pied, comme le pied d'athlète. De même, des solutions contenant de l'acide borique sont utilisées dans le traitement de l'otite externe chez l'homme, ainsi que chez l'animal.

L'acide borique est ajouté aux bouteilles utilisées pour la collecte d'urine, ce qui empêche la contamination bactérienne avant d'être examiné dans les laboratoires de diagnostic.

Insecticide

L'acide borique est utilisé pour contrôler la prolifération des insectes, tels que les cafards, les termites, les fourmis, etc. Il ne tue pas instantanément les cafards, car il affecte d'abord leurs systèmes digestif et nerveux, ainsi que la destruction de leur exosquelette.

L'acide borique agit lentement, permettant aux insectes qui l'ont ingéré d'entrer en contact avec d'autres insectes, propageant ainsi l'empoisonnement.

Préservation

L'acide borique est utilisé pour empêcher l'attaque du bois par les champignons et les insectes, étant utilisé à cette fin en association avec l'éthylène glycol. Ce traitement est également efficace pour contrôler le limon et les algues.

Tampon PH

L'acide borique et sa base conjuguée forment un système tampon de pKa = 9,24, ce qui indique que ce tampon est plus efficace à pH alcalin, ce qui est inhabituel chez les êtres vivants. Cependant, le tampon borate est utilisé dans la régulation du pH dans les piscines.

Réacteurs nucléaires

L'acide borique a la capacité de capturer les neutrons thermiques, ce qui réduit la possibilité d'une fission nucléaire incontrôlée pouvant entraîner des accidents nucléaires.

agriculture

Le bore est un élément essentiel pour la croissance des plantes, ce qui a conduit à l'utilisation de l'acide borique pour l'apport de l'élément. Cependant, trop d'acide borique peut nuire aux plantes, en particulier aux agrumes.

Contre-indications

Il faut éviter l'utilisation d'acide borique sur la peau dénudée, les plaies ou les brûlures qui permettent son absorption. Il s'agit d'un composé toxique à l'intérieur du corps et dans certains cas, il peut provoquer des évanouissements, des convulsions, des spasmes, des tics faciaux et une pression artérielle basse.

Le médecin doit être consulté pour l'utilisation de capsules vaginales d'acide borique chez la femme enceinte, car il a été indiqué que cela pourrait provoquer une déformation fœtale et une diminution du poids corporel de l'enfant à la naissance.

Le placement d'acide borique, utilisé comme insecticide, dans des endroits à la portée des enfants doit également être évité, car les enfants sont plus sensibles à l'action toxique de l'acide borique, établissant la dose mortelle en eux de 2000 à 3000 mg..

Références

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