Acide borique - Boric acid

Formule structurelle
Modèle de remplissage d'espace
Cristaux d'acide borique
Noms
Noms IUPAC
Acide borique
Trihydroxydoboron
Autres noms
Acide
orthoborique, acide
boracique,
sassolite , Optibor, Borofax,
trihydroxyborane,
hydroxyde de
bore (III),
trihydroxyde de bore
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Carte d'information de l'ECHA 100.030.114 Modifiez ceci sur Wikidata
Numéro CE
numéro E E284 (conservateurs)
KEGG
CID PubChem
UNII
  • InChI=1S/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H ChèqueOui
    Clé : KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N ChèqueOui
  • InChI=1/BH3O3/c2-1(3)4/h2-4H
    Clé : KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYAI
  • OB(O)O
  • [OH+]=[B-](O)O
Propriétés
B H 3 O 3
Masse molaire 61,83  g·mol -1
Apparence Solide cristallin blanc
Densité 1,435 g / cm 3
Point de fusion 170,9 °C (339,6 °F; 444,0 K)
Point d'ébullition 300 °C (572 °F; 573 K)
2,52 g/100 ml (0 °C)
4,72 g/100 ml (20 °C)
5,7 g/100 ml (25 °C)
19,10 g/100 ml (80 °C)
27,53 g/100 ml (100 °C)
Solubilité dans d'autres solvants Soluble dans les alcools inférieurs
modérément soluble dans la pyridine
très légèrement soluble dans l' acétone
log P -0,29
Acidité (p K a ) 9.24, 12.4, 13.3
Base conjuguée borate
-34.1·10 -6 cm 3 /mol
Structure
Trigonale plane
Zéro
Pharmacologie
S02AA03 ( OMS ) D08AD ( OMS )
Dangers
Fiche de données de sécurité Voir : page de données
Pictogrammes SGH GHS08 : Danger pour la santé
NFPA 704 (diamant de feu)
1
0
0
point de rupture Ininflammable
Dose ou concentration létale (LD, LC) :
DL 50 ( dose médiane )
2660 mg/kg, orale (rat)
Composés apparentés
Composés apparentés
Trioxyde de bore
Borax
Page de données supplémentaires
Indice de réfraction ( n ),
Constante diélectriquer ), etc.

Données thermodynamiques
Comportement des phases
solide-liquide-gaz
UV , IR , RMN , MS
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
ChèqueOui vérifier  ( qu'est-ce que c'est   ?) ChèqueOui??N
Références de l'infobox

L'acide borique , également appelé borate d'hydrogène , acide boracique et acide orthoborique, est un acide de Lewis monobasique faible du bore . Cependant, certains de ses comportements vis-à-vis de certaines réactions chimiques suggèrent qu'il s'agit également d'acide tribasique au sens de Brønsted . L'acide borique est souvent utilisé comme antiseptique , insecticide , ignifuge , absorbeur de neutrons ou précurseur d'autres composés chimiques. Il a pour formule chimique H 3 B O 3 (parfois écrit B(OH) 3 ), et existe sous forme de cristaux incolores ou de poudre blanche qui se dissout dans l' eau . Lorsqu'il se présente sous forme de minéral , il est appelé sassolite .

Occurrence

L'acide borique, ou sassolite , se trouve principalement à l'état libre dans certaines régions volcaniques, par exemple, dans la région italienne de Toscane , les îles Lipari et l'État américain du Nevada . Dans ces milieux volcaniques, il sort, mélangé à de la vapeur, des fissures du sol. On le trouve également comme constituant de nombreux minéraux naturels – borax , boracite , ulexite (boronatrocalcite) et colémanite . L'acide borique et ses sels se trouvent dans l'eau de mer. On le trouve également dans les plantes, y compris presque tous les fruits.

L'acide borique a d'abord été préparé par Wilhelm Homberg (1652-1715) à partir du borax, par l'action d'acides minéraux, et a reçu le nom de sal sedativum Hombergi ("sel sédatif de Homberg"). Cependant, les borates , y compris l'acide borique, sont utilisés depuis l'époque des Grecs anciens pour nettoyer, conserver les aliments et d'autres activités.

Préparation

L'acide borique peut être préparé en faisant réagir du borax (tétraborate de sodium décahydraté) avec un acide minéral , tel que l'acide chlorhydrique :

Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O + 2 HCl → 4 B(OH) 3 [ou H 3 BO 3 ] + 2 NaCl + 5 H 2 O

Il se forme également comme sous-produit de l'hydrolyse des trihalogénures de bore et du diborane :

B 2 H 6 + 6 H 2 O → 2 B(OH) 3 + 6 H 2
BX 3 + 3 H 2 O → B(OH) 3 + 3 HX (X = Cl, Br, I)

Propriétés

L'acide borique est soluble dans l'eau bouillante. Lorsqu'il est chauffé au-dessus de 170 °C, il se déshydrate en formant de l'acide métaborique (HBO 2 ) :

H 3 BO 3 → HBO 2 + H
2
O

L'acide métaborique est un solide cristallin cubique blanc et n'est que légèrement soluble dans l'eau. L'acide métaborique fond à environ 236 °C et, lorsqu'il est chauffé au-dessus d'environ 300 °C, se déshydrate davantage, formant de l' acide tétraborique , également appelé acide pyroborique (H 2 B 4 O 7 ):

4 HBO 2 → H 2 B 4 O 7 + H
2
O

Le terme acide borique peut parfois se référer à n'importe lequel de ces composés. Un chauffage supplémentaire (jusqu'à environ 330 °C) conduit au trioxyde de bore .

H 2 B 4 O 7 → 2 B 2 O 3 + H
2
O

Il existe des interprétations contradictoires pour l'origine de l'acidité des solutions aqueuses d'acide borique. La spectroscopie Raman de solutions fortement alcalines a montré la présence de B(OH)
4
ion, conduisant certains à conclure que l'acidité est exclusivement due au captage d'OH de l'eau :

B(OH) 3 + H
2
O
B(OH)
4
+ H + ( K = 7,3×10 -10 ; p K = 9,14)

ou plus correctement exprimé dans la solution aqueuse :

B(OH) 3 + 2 H
2
O
B(OH)
4
+ H
3
O+

Cela peut être caractérisé comme l' acidité de Lewis du bore vers OH , plutôt que comme l' acidité de Brønsted .

Les anions polyborate se forment à un pH de 7 à 10 si la concentration en bore est supérieure à environ 0,025 mol/L. Le plus connu d'entre eux est l'ion « tétraborate », présent dans le borax minéral :

4 [B(OH) 4 ] + 2 H + ⇌ [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2− + 7 H
2
O

L'acide borique contribue de manière importante à l'absorption des sons à basse fréquence dans l'eau de mer.

Réactions

Avec les polyols contenant des diols cis - vicinaux , tels que le glycérol et le mannitol , l'acidité de la solution d'acide borique est augmentée. Avec différentes concentrations de mannitol , le pK de B(OH) 3 s'étend sur cinq ordres de grandeur (de 9 à 4) : cette acidité exacerbée de l'acide borique en présence de mannitol est aussi parfois appelée « acide mannitoborique » . Greenwood et Earnshawn (1997) font référence à une valeur pK de 5,15 tandis qu'une valeur pK de 3,80 est également rapportée dans le livre de Vogel. Ceci est dû à la formation d'un chélate de bore-mannitol, [B(C 6 H 8 O 2 (OH) 4 ) 2 ] , également appelé complexe mannitoborate, selon la réaction de complexation suivante libérant un proton :

(acide mannitoborique)acide boriqueB(OH) 3 + 2 mannitolC 6 H 14 O 6 ?? complexe de mannitoborate[B(C 6 H 8 O 2 (OH) 4 ) 2 ] + 3 H 2 O + H +
(p K a allant de 4 à 9, selon la concentration en mannitol)

Cette caractéristique est utilisée en chimie analytique pour déterminer la teneur en bore en solution aqueuse par titrage potentiométrique avec une base forte, telle que NaOH.

L'acide borique se dissout également dans l'acide sulfurique anhydre :

B(OH) 3 + 6 H 2 SO 4 → B(HSO 4 ) 4 + 2 HSO 4 + 3 H 3 O +

L'acide borique réagit avec les alcools pour former des esters de borate , B(OR) 3 où R est un alkyle ou un aryle . Un agent déshydratant, tel que l'acide sulfurique concentré est généralement ajouté :

B(OH) 3 + 3 ROH → B(OR) 3 + 3 H 2 O

Une variété de sels sont également connus, impliquant l' anion borate trigonal planaire BO 3 3- .

Structure moléculaire et cristalline

Les trois atomes d'oxygène forment une géométrie plane trigonale autour du bore. La longueur de la liaison BO est de 136 pm et le OH est de 97 pm. Le groupe ponctuel moléculaire est C 3h .

L'acide borique cristallin est constitué de couches de molécules B(OH) 3 maintenues ensemble par des liaisons hydrogène de longueur 272 pm. La distance entre deux couches adjacentes est de 318 pm.

Cellule-unité-acide-borique-3D-balls.png
Couche-acide-borique-3D-balls.png
La cellule unitaire de l'acide borique
la liaison hydrogène (lignes pointillées)
permet aux molécules d'acide borique de former
des couches parallèles à l'état solide

Toxicologie

Sur la base d' une dose létale médiane (DL 50 ) chez les mammifères de 2 660 mg/kg de masse corporelle, l'acide borique n'est toxique que s'il est pris par voie interne ou inhalé en grande quantité. La quatorzième édition de l' indice Merck indique que la DL 50 de l'acide borique est de 5,14 g/kg pour les doses orales administrées aux rats, et que 5 à 20 g/kg ont entraîné la mort chez l'homme adulte. A titre de comparaison, la DL 50 du sel serait de 3,75 g/kg chez le rat selon l' indice Merck . Selon l' Agence des substances toxiques et du registre des maladies , « la dose mortelle minimale de bore ingéré (sous forme d'acide borique) était de 2 à 3 g chez les nourrissons, de 5 à 6 g chez les enfants et de 15 à 20 g chez les adultes. [...] Cependant, un examen de 784 intoxications humaines à l'acide borique (10 à 88 g) n'a fait état d'aucun décès, 88 % des cas étant asymptomatiques.

L'exposition à long terme à l'acide borique peut être plus préoccupante, causant des lésions rénales et éventuellement une insuffisance rénale (voir les liens ci-dessous). Bien qu'il ne semble pas être cancérigène , des études chez le chien ont rapporté une atrophie testiculaire après une exposition à 32 mg/kg pc/jour pendant 90 jours. Ce niveau est bien inférieur au LD 50 .

Selon le rapport CLH sur l'acide borique publié par le Bureau des substances chimiques de Lodz, en Pologne, l'acide borique à fortes doses présente une toxicité significative pour le développement et une tératogénicité chez les fœtus de lapin, de rat et de souris ainsi que des anomalies cardiovasculaires, des variations squelettiques et des reins légers. lésions. En conséquence, dans la 30e ATP de la directive européenne 67/548/CEE d'août 2008, la Commission européenne a décidé de modifier sa classification en catégorie 2 reprotoxique et d'appliquer les phrases de risque R60 (peut altérer la fertilité) et R61 (peut nuire à la fertilité) à l'enfant à naître).

Lors d'une réunion de l'Association européenne de fabrication de produits diagnostiques (EDMA) en 2010, plusieurs nouveaux ajouts à la liste des substances candidates très préoccupantes (SVHC) en relation avec le Règlement sur l' enregistrement, l'évaluation, l'autorisation et la restriction des produits chimiques 2007 (REACH) ont été discutés. Suite à l'enregistrement et à l'examen réalisés dans le cadre de REACH, la classification de l'acide borique CAS 10043-35-3 / 11113-50-1 est répertoriée depuis le 1er décembre 2010 est H360FD (Peut nuire à la fertilité. Peut nuire au fœtus.)

Les usages

Industriel

La principale utilisation industrielle de l'acide borique est la fabrication de fibre de verre monofilament généralement appelée fibre de verre textile. La fibre de verre textile est utilisée pour renforcer les plastiques dans des applications allant des bateaux à la tuyauterie industrielle en passant par les cartes de circuits informatiques.

Dans l'industrie de la bijouterie, l'acide borique est souvent utilisé en combinaison avec de l'alcool dénaturé pour réduire l' oxydation de surface et la formation de tartre sur les métaux lors des opérations de recuit et de brasage .

L' acide borique est utilisé dans la production du verre des écrans plats LCD .

Dans la galvanoplastie , l'acide borique est utilisé dans le cadre de certaines formules exclusives. Une telle formule connue appelle environ un rapport de 1 à 10 de H
3
BO
3
à NiSO
4
, une très petite partie de laurylsulfate de sodium et une petite partie de H
2
DONC
4
.

L'acide borique, mélangé avec du borax ( tétraborate de sodium décahydraté ) dans un rapport pondéral de 4:5, est très soluble dans l'eau, bien qu'ils ne soient pas aussi solubles séparément. La solution est utilisée comme agent ignifugeant du bois par imprégnation.

Il est également utilisé dans la fabrication de masse de pilonnage, une poudre fine contenant de la silice utilisée pour produire des revêtements de four à induction et des céramiques .

L'acide borique est l'une des substances les plus couramment utilisées pour contrer les effets nocifs de l'acide fluorhydrique réactif (HF) après un contact accidentel avec la peau. Il fonctionne en forçant les anions F libres dans l' anion tétrafluoroborate inerte . Ce processus va à l'encontre de l'extrême toxicité de l'acide fluorhydrique, en particulier sa capacité à séquestrer le calcium ionique du sérum sanguin, ce qui peut entraîner un arrêt cardiaque et une décomposition osseuse ; un tel événement peut survenir à la suite d'un contact cutané mineur avec l'HF.

L'acide borique est ajouté au borax pour être utilisé comme fondant de soudage par les forgerons .

L'acide borique, en combinaison avec de l'alcool polyvinylique (PVA) ou de l'huile de silicone , est utilisé pour fabriquer le Silly Putty .

L'acide borique est également présent dans la liste des additifs chimiques utilisés pour la fracturation hydraulique (fracking) dans les schistes de Marcellus en Pennsylvanie. En effet, il est souvent utilisé en association avec la gomme de guar comme agent réticulant et gélifiant pour contrôler la viscosité et la rhéologie du fluide de fracturation injecté à haute pression dans le puits. En effet, il est important de contrôler la viscosité du fluide pour maintenir en suspension sur de longues distances de transport les grains des agents de soutènement visant à maintenir les fissures dans les schistes suffisamment ouvertes pour faciliter l'extraction du gaz après relâchement de la pression hydraulique. Les propriétés rhéologiques de l' hydrogel de gomme de guar réticulé au borate dépendent principalement de la valeur du pH .

Médical

L'acide borique peut être utilisé comme antiseptique pour les brûlures ou coupures mineures et est parfois utilisé dans les pommades et les pansements , tels que les peluches boraciques . L'acide borique est appliqué dans une solution très diluée comme collyre. L'acide borique dilué peut être utilisé comme douche vaginale pour traiter la vaginose bactérienne due à une alcalinité excessive, ainsi que la candidose due à un candida non albicans. En tant que composé antibactérien , l'acide borique peut également être utilisé comme traitement contre l' acné . Il est également utilisé en prévention du pied d' athlète , en insérant de la poudre dans les chaussettes ou les bas. Diverses préparations peuvent être utilisées pour traiter certains types d' otites externes (infection de l'oreille) chez les humains et les animaux. Le conservateur dans les bouteilles d'échantillons d' urine au Royaume-Uni est l'acide borique.

Les solutions d'acide borique utilisées comme collyre ou sur une peau abrasée sont connues pour être toxiques, en particulier pour les nourrissons, surtout après une utilisation répétée ; c'est en raison de son taux d'élimination lent.

Insecticide

L'acide borique a été enregistré pour la première fois aux États-Unis comme insecticide en 1948 pour lutter contre les cafards , les termites , les fourmis de feu , les puces , les lépismes argentés et de nombreux autres insectes . Le produit est généralement considéré comme sûr à utiliser dans les cuisines domestiques pour lutter contre les cafards et les fourmis. Il agit comme un poison pour l'estomac affectant le métabolisme des insectes , et la poudre sèche est abrasive pour les exosquelettes des insectes . L'acide borique a également la réputation d'être "le cadeau qui continue de tuer" en ce sens que les cafards qui traversent des zones légèrement saupoudrées ne meurent pas immédiatement, mais que l'effet est comme des éclats de verre qui les séparent. Cela permet souvent à un gardon de retourner au nid où il meurt bientôt. Les cafards, étant cannibales , mangent les autres tués par contact ou consommation d'acide borique, consommant la poudre piégée dans le cafard mort et les tuant également.

Préservation

En combinaison avec son utilisation comme insecticide, l'acide borique prévient et détruit également la pourriture humide et sèche existante dans les bois. Il peut être utilisé en combinaison avec un support d' éthylène glycol pour traiter le bois extérieur contre les attaques de champignons et d'insectes. Il est possible d'acheter des tiges imprégnées de borate à insérer dans le bois via des trous de perçage où l'humidité et l'humidité sont connues pour s'accumuler et s'asseoir. Il est disponible sous forme de gel et sous forme de pâte injectable pour traiter le bois atteint de pourriture sans qu'il soit nécessaire de remplacer le bois. Des concentrés de traitements à base de borate peuvent être utilisés pour empêcher la croissance des boues, du mycélium et des algues, même dans les environnements marins.

L'acide borique est ajouté au sel dans le séchage des peaux de bovins, de veaux et de moutons . Cela aide à contrôler le développement bactérien et aide à contrôler les insectes.

tampon pH

Distribution entre l'acide borique et l'ion borate en fonction du pH en supposant que pKa = 9,0 (par exemple, piscine d'eau salée)
L'acide borique prédomine en solution à un pH inférieur à 9
Capacité tampon du système acide borique - borate en fonction du pH en supposant que pKa = 9,0 (par exemple, piscine d'eau salée)
L'acide borique tamponne contre l'augmentation du pH dans les piscines

L'acide borique en équilibre avec sa base conjuguée l'ion borate est largement utilisé (dans la plage de concentration de 50 à 100 ppm d'équivalents de bore) comme système tampon de pH primaire ou d'appoint dans les piscines . L'acide borique est un acide faible, avec un p K a (le pH auquel le tampon est le plus fort car l'acide libre et l'ion borate sont en concentrations égales) de 9,24 dans de l'eau pure à 25 °C. Mais apparente p K une est inférieure sensiblement dans la piscine ou dans les eaux océaniques en raison des interactions avec d'autres molécules en solution. Il sera d'environ 9,0 dans une piscine d'eau salée. Quelle que soit la forme de bore soluble ajoutée, dans la plage acceptable de pH et de concentration en bore pour les piscines, l'acide borique est la forme prédominante en solution aqueuse, comme le montre la figure ci-jointe. Le système acide borique - borate peut être utile comme système tampon primaire (en remplacement du système bicarbonate avec p K a 1 = 6,0 et p K a 2 = 9,4 dans des conditions typiques de piscine d'eau salée) dans les piscines avec générateurs de chlore à l'eau salée qui ont tendance à montrer une dérive vers le haut du pH à partir d'une plage de pH de 7,5 à 8,2. La capacité tampon est plus importante contre l'augmentation du pH (vers le pKa autour de 9,0), comme illustré dans le graphique ci-joint. L'utilisation d'acide borique dans cette plage de concentration ne permet aucune réduction de la concentration de HOCl libre nécessaire pour l'assainissement de la piscine, mais elle peut ajouter légèrement aux effets photo-protecteurs de l'acide cyanurique et conférer d'autres avantages grâce à une activité anticorrosive ou à la douceur perçue de l'eau. , en fonction de la composition globale du soluté de la piscine.

Lubrification

Les suspensions colloïdales de nanoparticules d'acide borique dissoutes dans du pétrole ou de l'huile végétale peuvent former un lubrifiant remarquable sur des surfaces céramiques ou métalliques avec un coefficient de frottement de glissement qui diminue avec l'augmentation de la pression jusqu'à une valeur allant de 0,10 à 0,02. Les films autolubrifiants H 3 BO 3 résultent d'une réaction chimique spontanée entre les molécules d'eau et les revêtements B 2 O 3 dans un environnement humide. À l'échelle du volume, une relation inverse existe entre le coefficient de frottement et la pression de contact hertzienne induite par la charge appliquée.

L'acide borique est utilisé pour lubrifier les planches carrom et novuss , permettant un jeu plus rapide.

Pouvoir nucléaire

L'acide borique est utilisé dans certaines centrales nucléaires comme poison neutronique . Le bore dans l'acide borique réduit la probabilité de fission thermique en absorbant certains neutrons thermiques . Les réactions en chaîne de fission sont généralement déterminées par la probabilité que des neutrons libres entraînent une fission et sont déterminées par les propriétés matérielles et géométriques du réacteur. Le bore naturel se compose d'environ 20 % de bore-10 et 80 % d'isotopes de bore-11. Le bore-10 a une section efficace élevée pour l'absorption des neutrons (thermiques) de faible énergie. En augmentant la concentration d'acide borique dans le caloporteur du réacteur, la probabilité qu'un neutron provoque une fission est réduite. Des changements dans la concentration d'acide borique peuvent réguler efficacement le taux de fission ayant lieu dans le réacteur. L'acide borique n'est utilisé que dans les réacteurs à eau sous pression (REP), tandis que les réacteurs à eau bouillante (REB) utilisent un modèle de barre de commande et un débit de liquide de refroidissement pour le contrôle de la puissance. Les REB utilisent une solution aqueuse d'acide borique et de borax ou de pentaborate de sodium pour un système d'arrêt d'urgence. L'acide borique peut être dissous dans les piscines de combustible irradié utilisées pour stocker des éléments de combustible irradié . La concentration est suffisamment élevée pour maintenir la multiplication des neutrons au minimum. L'acide borique a été déversé sur le réacteur 4 de la centrale nucléaire de Tchernobyl après sa fusion pour empêcher une autre réaction de se produire.

Pyrotechnie

Le bore est utilisé en pyrotechnie pour empêcher la réaction de formation d' amide entre l' aluminium et les nitrates . Une petite quantité d'acide borique est ajoutée à la composition pour neutraliser les amides alcalins qui peuvent réagir avec l'aluminium.

L'acide borique peut être utilisé comme colorant pour rendre le feu vert. Par exemple, lorsqu'il est dissous dans du méthanol, il est couramment utilisé par les jongleurs de feu et les filateurs de feu pour créer une flamme vert foncé beaucoup plus forte que le sulfate de cuivre.

Agriculture

L'acide borique est utilisé pour traiter ou prévenir les carences en bore dans les plantes. Il est également utilisé dans la conservation des céréales telles que le riz et le blé.

Les références

Lectures complémentaires

  • Jolly, WL (1991). Chimie inorganique moderne (2e éd.). New York : McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-112651-9.
  • Goodman, L.; Gilman, A.; Brunton, L.; Lazo, J.; Parker, K. (2006). Goodman & Gilman's La base pharmacologique de la thérapeutique . New York : McGraw Hill.
  • Cordia JA, Bal EA, Mak WA et Wils ERJ (2003), Détermination de certaines propriétés physico-chimiques d'Optibor EP. Rijswijk, Pays-Bas : TNO Prins Maurits Laboratory, rapport PML 2002-C42rr, GLP, données confidentielles non publiées fournies par Bor ax Europe Limited

Liens externes