Borohydrure de sodium (NaBH4) – structure, propriétés, utilisations

Introduction

Le borohydrure de sodium, également connu sous le sigle NaBH4٫ est un composé chimique inorganique largement utilisé dans divers domaines tels que la synthèse organique٫ les piles à combustible et le traitement des eaux usées.​

Définition et historique

Le borohydrure de sodium, ou NaBH4٫ est un composé chimique inorganique défini par sa formule chimique NaBH4٫ où le sodium (Na) est lié à un groupe borohydrure (BH4).

Historiquement, le borohydrure de sodium a été préparé pour la première fois en 1940 par Hermann Irving Schlesinger٫ un chimiste américain٫ qui a découvert que ce composé pouvait être obtenu par réaction du borate de sodium avec de l’aluminium et de l’hydrogène.​

Depuis lors, le NaBH4 a suscité un intérêt croissant en raison de ses propriétés chimiques uniques, notamment sa capacité à réduire les composés organiques et à stocker l’hydrogène.​

Aujourd’hui, le borohydrure de sodium est largement utilisé dans divers domaines, tels que la synthèse organique, les piles à combustible, le traitement des eaux usées et l’industrie textile, en raison de ses propriétés réductrices et de son faible coût.​

Structure et propriétés

La structure et les propriétés du borohydrure de sodium sont déterminées par sa formule chimique NaBH4, qui définit sa composition et son arrangement atomique.

Formule chimique et structure moléculaire

La formule chimique du borohydrure de sodium est NaBH4٫ où l’atome de sodium (Na) est lié à un groupe hydrogène-bore (BH4). Cette formule chimique définit la composition du composé٫ qui est un sel de l’acide borane.​

La structure moléculaire du borohydrure de sodium est caractérisée par une géométrie tétraédrique, où l’atome de bore est au centre et les quatre atomes d’hydrogène sont disposés de manière régulière autour de lui. L’atome de sodium est lié à ce groupe BH4 par une liaison ionique.​

Cette structure moléculaire confère au borohydrure de sodium ses propriétés chimiques et physiques uniques, notamment sa grande réactivité et sa capacité à libérer de l’hydrogène gazeux en présence d’eau.​

Caractéristiques physiques et chimiques

Le borohydrure de sodium est un solide blanc cristallin, inodore et inflammable.​ Il se présente sous forme de poudre ou de cristaux orthorhombiques.​

Ses caractéristiques physiques incluent une masse molaire de 37,83 g/mol, une densité de 1,07 g/cm³ et une température de fusion de 505°C.​ Il est soluble dans l’eau, mais insoluble dans les solvants organiques.​

Sur le plan chimique, le borohydrure de sodium est un composé réducteur puissant, capable de réduire de nombreux composés organiques et inorganiques.​ Il est également hygroscopique, ce qui signifie qu’il attire l’humidité de l’air, et il peut réagir violemment avec les acides forts et les oxydants.​

Ces propriétés physiques et chimiques font du borohydrure de sodium un composé versatile et utile dans de nombreuses applications industrielles et chimiques.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques du borohydrure de sodium sont dominées par sa forte capacité réductrice, faisant de lui un agent réducteur puissant pour de nombreux composés organiques et inorganiques.​

Agent réducteur puissant

Le borohydrure de sodium est un agent réducteur puissant, capable de réduire une grande variété de groupes fonctionnels, tels que les aldéhydes, les cétones, les esters et les acides carboxyliques.​

Cette propriété fait de lui un outil essentiel en synthèse organique, où il est fréquemment utilisé pour préparer des composés complexes;

La réduction par le borohydrure de sodium est généralement réalisée en présence d’un solvant polaire, tel que l’éthanol ou le méthanol, et peut être catalysée par des métaux de transition tels que le nickel ou le palladium.

La forte capacité réductrice du borohydrure de sodium en fait également un composé utile pour la dégradation de polluants organiques dans les eaux usées et les sols contaminés.​

Stockage d’hydrogène et piles à combustible

Le borohydrure de sodium est considéré comme un stockage d’hydrogène prometteur pour les applications énergétiques, notamment pour les piles à combustible.

Lorsque le NaBH4 est hydrolysé, il libère de l’hydrogène gazeux, qui peut être utilisé comme source d’énergie pour les piles à combustible.​

Cette réaction est catalysée par des métaux tels que le platine ou le rhodium, et peut être contrôlée pour produire de l’hydrogène à une pression et à une température raisonnables.​

Les avantages du stockage d’hydrogène sous forme de borohydrure de sodium incluent une densité d’énergie élevée, une grande sécurité et une faible empreinte écologique.

Ces propriétés en font un candidat idéal pour les applications de stockage d’énergie renouvelable et pour les véhicules électriques à pile à combustible.​

Applications industrielles

Le borohydrure de sodium trouve des applications variées dans l’industrie, notamment dans la synthèse organique, les applications pharmaceutiques, l’industrie textile et le traitement des eaux usées.​

Synthèse organique et applications pharmaceutiques

En synthèse organique, le borohydrure de sodium est utilisé comme agent réducteur pour convertir les aldéhydes et les cétones en alcools correspondants.​ Cette propriété est particulièrement utile dans la production de molécules complexes, telles que les antibiotiques et les hormones stéroïdiennes.​

Dans le domaine pharmaceutique, le NaBH4 est employé pour produire des médicaments tels que les anesthésiants, les analgésiques et les anti-inflammatoires.​ Il permet également de réaliser des réactions de réduction sélective, ce qui est essentiel pour obtenir des produits chimiques purs et efficaces.

De plus, le borohydrure de sodium est utilisé comme intermédiaire dans la production de certains médicaments, tels que les inhibiteurs de la protease, qui sont utilisés pour traiter le VIH et d’autres maladies virales.

Industrie textile et alternative au javel

Dans l’industrie textile, le borohydrure de sodium est utilisé comme agent de blanchiment pour les fibres naturelles, telles que le coton et la laine.​ Il offre une alternative plus respectueuse de l’environnement au javel, qui est connu pour ses effets nocifs sur les écosystèmes.​

Le NaBH4 est capable de dégrader les colorants et les impuretés présents sur les fibres, laissant apparaitre une couleur blanche brillante.​ Cette propriété en fait un produit de choix pour les industries de traitement des textiles.​

En outre, le borohydrure de sodium est utilisé pour traiter les eaux de lavage des textiles, éliminant les impuretés et les résidus de produits chimiques.​ Cela contribue à réduire l’impact environnemental de l’industrie textile.​

Cette application du NaBH4 contribue ainsi à améliorer la qualité des produits textiles tout en protégeant l’environnement.

Traitement des eaux usées

Dans le traitement des eaux usées, le borohydrure de sodium joue un rôle crucial en tant qu’agent réducteur puissant.​ Il est capable de réduire les polluants organiques et inorganiques présents dans les eaux usées, tels que les métaux lourds et les composés phénoliques.​

Le NaBH4 réagit avec les espèces oxydantes pour former des composés inoffensifs٫ ce qui permet de réduire la demande chimique en oxygène (DCO) et la demande biologique en oxygène (DBO) des eaux usées.​

Cette propriété en fait un produit de choix pour le traitement des eaux usées industrielles et domestiques.​ Le borohydrure de sodium peut être utilisé seul ou en combinaison avec d’autres produits chimiques pour éliminer les polluants et restaurer la qualité des eaux.​

Le traitement des eaux usées avec du NaBH4 contribue ainsi à protéger les écosystèmes aquatiques et à préserver la santé publique.​

En conclusion, le borohydrure de sodium (NaBH4) est un composé chimique aux propriétés multiples et aux applications variées.​ Sa structure moléculaire unique et ses caractéristiques physiques et chimiques en font un agent réducteur puissant et efficace.​

Ces propriétés en font un produit de choix dans divers domaines tels que la synthèse organique, les piles à combustible, l’industrie textile et le traitement des eaux usées.​

Le NaBH4 offre de nombreuses avantages, notamment sa facilité d’utilisation, sa stabilité et sa sécurité.​ Cependant, il est important de manipuler ce produit avec précaution et de respecter les normes de sécurité appropriées.​

En résumé, le borohydrure de sodium est un composé chimique précieux qui contribue à améliorer notre quotidien et à protéger l’environnement. Ses applications continues à s’étendre et son avenir promet être très prometteur.