Borate

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Un borate désigne une gamme de composé moléculaire de bore et d'oxygène. Toutefois, il apparaît dans la nature, le plus souvent formé en milieu alcalin, sous forme d'anions à structures moléculaires caractérisées par des assemblages complexes de liaisons covalentes B-O, associé à quelques éléments électropositifs devenu cations.

Le petit atome de bore, au degré de trivalence mais aussi de tétravalence dans ces composés, est en effet très gourmand en électrons. L'élément découvert dans divers minéraux est toujours sous la forme d'un borate. Parfois, il est combiné à un silicate pour former un borosilicate.

Il existe dans la nature une centaine de minéraux borates, en général abondants dans certains formations d'évaporites, assez tendres et peu denses[1].

Orthoborates simples[modifier | modifier le code]

L'ion orthoborate qui a la forme d'une unité triangulaire plane théorique (BO3)3-, soit un atome B3+ trivalent coincé par 3 O2-, se retrouve impliqué sous diverses aspects. En solution aqueuse, on trouve

  • l'acide borique, de formule brute H3BO3 ou de formule structurelle B(OH)3);
  • et en milieu alcalin, l'ion dihydrogénoborate, H2BO3-, l'ion hydrogénoborate, HBO32-, et enfin l'ion borate, BO2-.

L'acide borique provient par exemple de la mise en dissolution de la sassolite, minéral formé de plans à structures triangulaires B(OH)3) reliées entre elles par des liaisons hydrogène, et formant de vastes plans/feuillets. L'acide borique est inclus en partie dans la structure de la harkerite.

L'acide borique est le produit de dégradation ultime, souvent par une mise en solution aqueuse à chaud ou à l'aide d'un acide fort, de nombreux borates complexes.

A contrario, les solutions d'acide borique maintenu en milieu basique sont susceptibles de laisser former des borates complexes[2].

Métaborates et borates à structures moléculaires complexes[modifier | modifier le code]

Il existe d'autres borates qui peuvent former des chaînes ou des cycles d'unités (BO3)3- réunies en ligne ou en boucle, voire divers ions polymères complexes.

L'ion (BO4)5-, formé d'un atome B3+ trivalent coincé par 4 O2-, possède une structure tétraédrique. Les borates peuvent ainsi former des structures anioniques compliquées, et comprenant de très nombreux atomes, à l'image des silicates tétraèdre SiO4) mais souvent à structures planes. Ils existent au moins sous deux formes allotropiques aux propriétés différentes : une forme cristal de maille définie, souvent rare en pratique et obtenue par des procédés contrôlé et lent de recristallisation, et une ou des formes (essentiellement) amorphes vitreuses.

Le plus souvent, les structures des borates complexes sont brisées par dissolution dans l'eau chaude et/ou acide, contrairement à celles des silicates ou phosphates.

Les divers ions métaborate ont pour formule empirique simplifiée : BO2-, et forment des composés métaborates qui peuvent être considéré, d'un point de vue théorique seulement, comme des composés de l'acide métaborique HBO2. Des sels courants de borates comprennent le métaborate de sodium, Na3B3O6 composé de trois unites BO3 formant un simple cycle plane[3].

Le plus commun est l'ion tétraborate, B4O72- à structure cyclique; on a également l'ion hydrogénotétraborate, HB4O7-. Le tétraborate de sodium anhydride Na2B4O7 existe à l'état naturel, mais il est plus communément à l'état hydraté sous forme de tincalite et surtout de borax.

On trouve également des anions triborate, pentaborate, etc.

Minéraux naturels[modifier | modifier le code]

Les minéraux naturels de borates complexes les plus connus, une soixantaine sur une centaine inventorié, sont, outre le borax le plus abondant, la boracite, la boronatrocalcite ou ulexite, la colemanite, la borocalcite, l'ascharite ou szaibelyite, la kaliborite, la kernite, la kurnakovite, la pinnaïte, la pandermite, la tunellite, la larderellite, la probertite, l'inderite, l'hydroboracite, l'inyoïte, la picréite... mais aussi howlite, datolite, sussexite, hambergite, synhalite, rhodizite Na, harkerite et bakerite.

Ils sont assez communs et abondants dans les évaporites des lacs boratés ou des lacs temporaires d'eaux saumâtres en milieux désertiques ou arides, mais aussi dans les couches supérieures des salines ou évaporites marines, ainsi que dans différents sites hydrothermaux et parfois volcaniques.

Les minéralogistes les classent en quatre catégories suivant leurs structures :

  • nésoborates, comme l'ascharite, la sussexite, la synhalite...
  • soroborates, par exemple en B207 comme le borax ou en B5O12 comme l'ulexite...
  • inoborates, en chaîne de BO3 et BO4 comme la colemanite
  • tectoborates, de forme tridimensionnelle de BO3 et BO4, comme l'hambergite, la boracite ou la rhodizite Na

Ester de borate[modifier | modifier le code]

Les esters de borate comprennent le borate de triméthyle, B(OCH3)3, qui est utilisé comme précurseur des esters boroniques pour le couplage de Suzuki.

Applications[modifier | modifier le code]

L'acide borique et le borax illustrent, de manière exemplaire, les diverses applications des borates.

Les borates sont utilisés pour la conservation du bois.

Ils sont aussi utilisés comme fondant pour homogénéiser des matériaux à analyser par spectrométrie de fluorescence X ou par torche à plasma, dans la technique dite de la « perle fondue ».

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Une soixantaine est mieux connue car elle comporte les minéraux boratés les plus communs et les moins rares, voire les plus décrits ou collectionnés.
  2. D'où la définition ancienne, un peu approximative, des vieux dictionnaire Larousse, borate : sel résultant de la combinaison de l'acide borique avec une base.
  3. Il est encore écrit sous la forme simplifié NaBO2.

Bibliograghie[modifier | modifier le code]

  • Théodore Gray, Molécules, L'architecture du quotidien et de l'infini, édition Place des Victoire, 2015, 240 pages, traduit de l'anglais américain par Julie Filâtre, en particulier double page d'initiation sur les structures moléculaires des borates page 100-101.
  • Jean-Paul Poirot, Mineralia, Minéraux et pierres précieuses du monde, Artemis édition, Losange 2004, 224 pages. Double-page 100 et 101 sur les borates avec belles images, Sur la classification cristallochimique des borates, page 223.

Lien externe[modifier | modifier le code]