Quelle est la structure du bore?
La structure atomique du bore, élément numéro 5 dans le tableau périodique, affiche une coquille interne complète de deux électrons, avec trois électrons dans la coquille la plus externe, ce qui donne à l’atome trois électrons de valence disponibles pour la liaison. À cet égard, il ressemble à l’aluminium, prochain élément du groupe du bore; Cependant, contrairement à l'aluminium, il ne peut pas donner d'électrons à d'autres atomes pour former une liaison ionique comportant un ion B 3+ , car les électrons sont trop étroitement liés au noyau. Le bore n'accepte généralement pas les électrons pour former un ion négatif, il ne forme donc pas normalement de composés ioniques - la chimie du bore est essentiellement covalente. La configuration électronique et le comportement de liaison qui en résulte déterminent également la structure cristalline du bore sous ses différentes formes élémentaires.
Les composés de bore peuvent souvent être décrits comme «déficients en électrons», dans la mesure où le nombre d'électrons impliqués dans la liaison est inférieur au nombre requis pour les liaisons covalentes normales. Dans une simple liaison covalente, deux électrons sont partagés entre des atomes et dans la plupart des molécules, les éléments suivent la règle de l'octet. Les structures de composés de bore tels que le trifluorure de bore (BF 3 ) et le trichlorure de bore (BC13) montrent cependant que l'élément n'a que six et pas huit électrons dans sa couche de valence, ce qui en fait des exceptions à la règle de l'octet.
Des liaisons inhabituelles se retrouvent également dans la structure des composés du bore appelés boranes - la recherche de ces composés a entraîné une révision des théories de la liaison chimique. Les boranes sont des composés de bore et d'hydrogène, le plus simple étant le trihydride, BH 3 . De nouveau, ce composé contient un atome de bore composé de deux électrons de moins d’un octet. Le diborane (B 2 H 6 ) est inhabituel en ce que chacun des deux atomes d'hydrogène dans le composé partage son électron avec deux atomes de bore - cette disposition est connue sous le nom de liaison à trois centres et à deux électrons. On connaît maintenant plus de 50 boranes différents et la complexité de leur chimie rivalise avec celle des hydrocarbures.
Le bore élémentaire n’existe pas naturellement sur Terre et il est difficile de le préparer sous sa forme pure, car les méthodes habituelles - par exemple, la réduction de l’oxyde - laissent des impuretés difficiles à éliminer. Bien que l'élément ait été préparé pour la première fois sous une forme impure en 1808, ce n'est qu'en 1909 qu'il a été produit avec une pureté suffisante pour permettre la recherche de sa structure cristalline. L'unité de base de la structure cristalline du bore est un icosaèdre B 12 , comportant - à chacun des 12 sommets - un atome de bore lié à cinq autres atomes. La caractéristique intéressante de cette structure est que les atomes de bore forment des demi-liaisons en partageant un électron au lieu des deux électrons habituels dans une liaison covalente. Cela donne aux atomes de bore une valence effective de 6, avec une liaison supplémentaire disponible à chacun des sommets pour leur permettre de se lier à des unités adjacentes.
Les icosaèdres ne sont pas très rapprochés et laissent des vides dans la structure cristalline pouvant être remplis par des atomes de bore ou d'autres éléments. Un certain nombre d'alliages bore-métal et de composés de bore utiles contenant des icosahédras de type B 12 en combinaison avec d'autres éléments ont été produits. Ces matériaux sont connus pour leur dureté et leurs points de fusion élevés. Le borure d’aluminium et de magnésium (BAM) en est un exemple, avec la formule chimique AlMgB 14 . Ce matériau a la particularité d'avoir le coefficient de frottement le plus bas connu - autrement dit, il est extrêmement glissant - et est utilisé comme revêtement résistant à l'usure et à faible frottement pour les pièces de machine.