Allotropie du bore

Le bore peut être préparé sous de nombreuses formes allotropiques, amorphes et cristallines. Les formes cristallines bien connues sont la forme α rhomboédrique, la forme β rhomboédrique et la forme β tétragonale. Sous des conditions particulières, le bore peut aussi être synthétisé sous la forme α tétragonale et la forme γ orthorhombique. Deux formes amorphes sont également connues, l'une ayant l'aspect d'une poudre finement divisée et l'autre ayant un aspect vitreux[1],[2]. Bien qu'au moins quatorze allotropes supplémentaires ont été signalés, les existences de ces autres formes sont basées sur des indices ténus ou n'ont pas été expérimentalement confirmées. Des mélanges d'allotropes ou des structures stabilisées par des impuretés sont également envisagés[3],[2],[4],[5]. Alors que la phase β rhomboédrique et la plus stable et les autres sont métastable, le rythme de transformation est négligeable à température ambiante : les cinq phases cristallines peuvent ainsi exister sous conditions ambiantes. La poudre amorphe et la phase β rhomboédrique polycristalline sont les formes les plus communes. Ce dernier est un matériau gris de dureté importante, environ dix pour cent plus léger que l'aluminium et avec un point de fusion de 2080 °C[6].

Bore amorphe en poudre.

Enfin depuis 2014, il existe de nombreuses formes de borosphérène qui sont autant de nouveaux allotropes de bore.

Propriétés
Phase du bore α-R α-T β-R β-T γ Amorphe
Poudre Vitreux
Système cristallin Rhomboédrique Tétragonal Rhomboédrique Tétragonal Orthorhombique
Occurrence commun particulier commun commun particulier
Atomes par maille simple[7] 12 50 105‒108 192 28
Masse volumique (g/cm3)[1] 2,46 2,29‒2,39[8] 2,35 2,36 2,52 1,73 2,34–2,35
Dureté Vickers (GPa)[9],[10] 42 45 50–58
Module d'élasticité isostatique (GPa)[10][11] 224 184 227
Bande interdite (eV) 2[12] 1,6[13] ~2,6[14] 2,1[10] 0,56–0,71[15]
Couleur Les cristaux sont rouges clairs[16] Noir et opaque, avec un lustre métallique[17] Sombre à gris-argent brillant[1],[2] Noir/rouge[n 1],[18] Gris sombre[19] Noir à brun[n 2] Noir opaque[1]
Année de découverte[20] 1958 1943/1973[n 3] 1957 1960 2009 1808 1911[21],[22]
  • Structure de la forme α-R du bore.
  • Structure de la forme β-R du bore.
  • Structure de la forme γ du bore.

Notes et références

Notes
  1. Noir lorsque observé par une lumière réfléchie ; rouge par lumière transmise.
  2. La poudre de bore amorphe de grande pureté est noire tandis que les échantillons plus impures ont un aspect brun : Lidin R. A. (1996). Inorganic substances handbook. New York: Begell House. p. 22 ; (en) V. S. Zenkov, « Adsorption-chemical activity of finely-dispersed amorphous powders of brown and black boron used in synthesizing metal borides », Powder Metallurgy and Metal Ceramics, vol. 45, nos 5–6,‎ , p. 279–282 (279) (DOI 10.1007/s11106-006-0076-z) ; (en) V. E. Loryan, I. P. Borovinskaya et A. G. Merzhanov, « On combustion of boron in nitrogen gas », International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, vol. 20, no 3,‎ , p. 153–155 (DOI 10.3103/S106138621103006X) ; (en) G. I. Kanel, A. V. Utkin et S. V. Razorenov, « Rate of the energy release in high explosives containing nano-size boron particles », Central European Journal of Energetic Materials, vol. 6, no 1,‎ , p. 15–30 (18) (lire en ligne [PDF]).
  3. La structure a été théorisée en 1943 ; la première synthèse annoncée de la forme α tétragonale du bore a été réalisée en 1973 : Kunzmann, P. M. (1973). Structural studies on the crystal chemistry of icosahedral boron framework structure derivatives. PhD thesis. Cornell University; Amberger, E. (1981). "Elemental boron". In Buschbeck, K. C.. Gmelin handbook of inorganic and organometallic chemistry: B Boron, Supplement 2 (8th ed.). Berlin: Springer-Verlag. pp. 1–112 (60–61). (ISBN 3-540-93448-0).

Références
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  2. Housecroft et Sharpe 2008, p. 331.
  3. Donohue 1982, p. 48.
  4. T. Lundström, « The solubility in the various modifications of boron », dans T. LundströmJ. J. Zuckerman, A. P. Hagen, Inorganic reactions and methods, New York, coll. « Vol. 13: The formation of bonds to group-I, -II, and -IIIB elements », , 196–97 p. (ISBN 0-470-14549-8).
  5. Oganov et al. 2009, p. 863.
  6. (en) D. R. Lide (dir.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition, Boca Raton, Florida, CRC Press, , « Section 4-116, Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, and critical temperatures of the elements ».
  7. Oganov et al. 2009.
  8. Amberger 1981, p. 60.
  9. (en) V. L. Solozhenko, O. O. Kurakevych et A. R. Oganov, « On the hardness of a new boron phase, orthorhombic γ-B28 », Journal of Superhard Materials, vol. 30, no 6,‎ , p. 428–429 (DOI 10.3103/S1063457608060117).
  10. Zarechnaya et al. 2009.
  11. Nelmes et al. 1993.
  12. Madelung 1983, p. 10.
  13. Madelung 1983, p. 11.
  14. (en) Y. Kumashiro (dir.), Electric Refractory Materials, New York, Marcel Dekker, , 589‒654 (633, 635) p. (ISBN 0-8247-0049-X), « Boron and boron-rich compounds ».
  15. Madelung 1983, p. 12.
  16. Donohue 1982, p. 57.
  17. (en) J. L. Hoard, R. E. Hughes et E. L. Muetterties (dir.), The chemistry of boron and its compounds, New York, John Wiley & Sons, , 25–154 (29, 82) p., « Chapter 2: Elementary boron and compounds of high boron content: Structure, properties and polymorphism ».
  18. Donohue 1982, p. 78.
  19. Oganov et al. 2009, p. 863–64.
  20. Donohue 1982, p. 48, 57, 61.
  21. (en) E. Weintraub, « On the properties and preparation of the element boron », The Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol. 3, no 5,‎ , p. 299–301 (299) (DOI 10.1021/ie50029a007) :
    « Both in appearance and in its curved conchoidal fracture the lump and the broken-up pieces most nearly resemble black diamond ... with an amorphous structure. »
    .
  22. (en) A. W. Laubengayer, A. E. Brandaur et R. L. Brandaur, « Progress in the preparation and determination of the properties of boron », Journal of Chemical Education, vol. 19, no 8,‎ , p. 382–85 (DOI 10.1021/ed019p382, Bibcode 1942JChEd..19..382L) :
    « Boron ... shows a considerable tendency to assume the vitreous condition ... Volatile compounds of boron such as the halides and the hydrides have been decomposed by passing their vapors through an arc or by bringing them in contact with a hot surface or filament. Boron of high purity is reported procurable by this method, but it is either a very fine powder or of vitreous structure. »
    .

Bibliographie
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