Le diborane est un composé chimique de formule . Cette molécule, constituée de bore et d'hydrogène, résulte de l'union de deux groupes borane liés par deux de leurs atomes d'hydrogène. Il ne doit pas être confondu avec le diborane(4), de formule , dans lequel les deux atomes de bore sont liés par une liaison covalente ; le diborane est parfois appelé diborane(6) pour le distinguer de ce composé.
À température ambiante, il s'agit d'un gaz incolore à l'odeur douceâtre qui s'enflamme facilement en présence d'humidité. Il forme avec l'air des mélanges hautement explosifs. C'est un composé clef du bore, aux applications variées. Sa formation est endothermique et l'enthalpie libre de formation est positive . Le diborane tend donc à se décomposer en libérant de l'hydrogène , mais avec une cinétique assez lente.
Propriétés et structure
Le diborane est un gaz incolore plus léger que l’air ; il se condense à sous ; sa masse volumique est et sa chaleur latente de vaporisation est . Il se solidifie à . À , sa pression de vapeur saturante est de et le rapport entre les volumes de gaz et de liquide est égal à 362. Gazeux, il est très inflammable et peut provoquer spontanément de violentes explosions dans l’air. Son point critique se trouve à et .
Le diborane se décompose lentement, même à température ambiante, en dihydrogène et en hydrures de bore supérieurs. Cette décomposition s’accélère avec l’accroissement de la température. Le diborane est sensible à l’humidité et s’hydrolyse instantanément en dihydrogène et en acide borique suivant la réaction exothermique :
+ 6 → 2 + 6 .
Au contact du lithium et de l’aluminium, le diborane donne des hydrures qui peuvent s’enflammer spontanément. Il n’exerce pas d’action corrosive sur les métaux usuels mais attaque la plupart des caoutchoucs et des matières plastiques, hormis par exemple le polytétrafluoroéthylène et le polychlorotrifluoroéthylène .
Le diborane présente une géométrie avec deux atomes d'hydrogène liants et quatre atomes d'hydrogène terminaux. Les liaisons entre les atomes de bore et les hydrogènes terminaux sont conventionnelles (une paire d'électrons impliquée dans chaque liaison B-H, formant une liaison covalente), mais celles entre les atomes de bore et les hydrogènes liants sont d'une nature différente (une paire d'électrons impliquée dans chaque pont B-H-B, formant une liaison à trois centres et deux électrons). La longueur de ces liaisons est par conséquent différente : pour les B-H terminaux, mais pour les liaisons B-H des ponts B-H-B, ce qui signifie que la force de ces liaisons est également différente (plus faible dans le pont B-H-B que dans la liaison B-H terminale).
upright=1|gauche|vignette|classe=skin-invert-image|Représentation de la molécule de diborane, dans laquelle les deux liaisons 3c-2e sont représentées par des lignes courbes.
Le gallium forme un composé de structure semblable : le digallane .
Préparation du diborane
Le diborane est un composé central de la chimie du bore et a donc été particulièrement étudié, de sorte que de nombreuses synthèses existent. La plupart des préparations mettent en œuvre des hydrures avec des halogénures ou des alcoolates. La production industrielle utilise le trifluorure de bore :
2 + 6 → + 6
Deux préparations de laboratoire utilisent du trichlorure de bore avec du tétrahydruroaluminate de lithium , ou du trifluorure de bore avec du borohydrure de sodium ; ces deux méthodes ont un rendement de 30 % en diborane :
4 + 3 → 2 + 3 4 + 3 → 2 + 3
L'oxydation de sels de borohydrures peut être utilisée pour préparer de petites quantités :
2 + → 2 + +
Réactions et utilisation
Le diborane est un réactif qui trouve un grand nombre d'applications. Les réactions dans lesquelles il intervient font souvent intervenir des bases de Lewis pour donner de nouvelles molécules. Il réagit avec l'ammoniac pour former du borazane ou de la borazine selon les conditions opératoires.
Il a été étudié comme ergol dans la propulsion des fusées (avec des oxydants fluorés tels que le fluor et le difluorure d'oxygène )Ce qui donne des propergols hypergoliques de forte puissance : d’impulsion spécifique pour le propergol / , aujourd'hui abandonné car cher et dégageant des produits toxiques., pour la vulcanisation des élastomères, comme catalyseur dans la polymérisation des monomères organiques, pour accroître la vitesse de flamme, comme dopant dans l'industrie des semi-conducteurs et comme réactif pour la production de silicium ultrapur destiné aux circuits électroniques.
Notes et références
Articles connexes
Liaison à trois centres et deux électrons Borazine Borazane
Catégorie:Ergol Catégorie:Borane