BORO NITRIDAS (BN): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, GAMYBA, PANAUDOJIMAS - FIZINIS - 2025

Boro nitrido yra neorganinis susidariusi kieta medžiaga pagal boro atomo (B) su azoto atomu, (N) sąjungos. Jo cheminė formulė yra BN. Tai balta kieta medžiaga, labai atspari aukštai temperatūrai ir gerai laidi šilumai. Jis naudojamas, pavyzdžiui, laboratoriniams tigliams gaminti.

Boro nitridas (BN) yra atsparus daugeliui rūgščių, tačiau jis turi tam tikrą silpnumą prieš vandenilio fluorido rūgštį ir išlydytas bazes. Tai geras elektros izoliatorius.

Boro nitrido (BN) struktūra. Akeramopas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Jis gaunamas įvairiomis kristalinėmis struktūromis, iš kurių svarbiausios yra šešiakampės ir kubinės. Šešiakampė struktūra primena grafitą ir yra slidi, todėl naudojama kaip tepalas.

Kubinė struktūra yra beveik tokia pat kieta kaip deimantas ir naudojama pjovimo įrankiams gaminti bei kitų medžiagų kietumui pagerinti.

Naudojant boro nitridą, galima pagaminti mikroskopinius (ypač plonus) vamzdelius, vadinamus nanovamzdeliais, kurie gali būti naudojami medicinoje, pavyzdžiui, pernešimui per kūną ir išleidžiant vaistus nuo vėžio navikų.

Struktūra

Boro nitridas (BN) yra junginys, kuriame boro ir azoto atomai yra kovalentiškai sujungti triguba jungtimi.

Izoliuota boro nitrido molekulė turi boro atomą ir azoto atomą, sujungtą trigubu ryšiu. Benjah-bmm27. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Kietoje fazėje BN yra sudarytas iš vienodo skaičiaus boro ir azoto atomų, turinčių 6 narių žiedus.

BN žiedo rezonansinės struktūros. Autorius: Teachi. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

BN yra keturių kristalų pavidalu: šešiakampis (h-BN) panašus į grafitą, kubinis (c-BN) panašus į deimantą, romboedrinis (r-BN) ir wurtzitas (w-BN).

H-BN struktūra yra panaši į grafito struktūrą, tai yra, ji turi šešiakampius žiedus, kuriuose yra kintami boro ir azoto atomai.

Struktūra atskirų šešiakampių boro nitridų plokštumų pavidalu. Benjah-bmm27. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Tarp h-BN plokštumų yra didelis atstumas, kas rodo, kad jas jungia tik van der Waals jėgos, kurios yra labai silpnos traukos jėgos ir plokštumos gali lengvai slysti viena per kitą.

Dėl šios priežasties h-BN yra kreminės spalvos.

Kubinio BN c-BN struktūra yra panaši į deimantą.

Kubinio boro nitrido (kairėje) ir šešiakampio (dešinėje) palyginimas. iš: Benutzer: Oddball, vektorinę versiją pateikė chris 論. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Nomenklatūra

Boro nitridas

Savybės

Fizinė būklė

Riebiai balta kieta arba slidi liesti.

Molekulinė masė

24,82 g / mol

Lydymosi temperatūra

Sublimuojasi maždaug 3000 ºC temperatūroje.

Tankis

Šešiabriaunis BN = 2,25 g / cm ³

Kubinis BN = 3,47 g / cm ³

Tirpumas

Šiek tiek tirpsta karštame alkoholyje.

Cheminės savybės

Dėl stipraus azoto ir boro jungties (trigubasis ryšys) boro nitridas pasižymi dideliu atsparumu cheminėms medžiagoms ir yra labai stabilus.

Ji yra netirpi rūgštimis, tokiomis kaip vandenilio chlorido rūgšties HCl, azoto rūgšties HNO _3, ir sieros rūgšties H ₂ SO ₄ . Bet jis tirpsta tokiose išlydytose bazėse kaip ličio hidroksidas LiOH, kalio hidroksidas KOH ir natrio hidroksidas NaOH.

Jis nereaguoja su dauguma metalų, stiklinių ar druskų. Kartais jis reaguoja su fosforo rūgštimi H ₃ PO ₄ . Jis gali atsispirti oksidacijai aukštoje temperatūroje. BN stabilus ore, bet lėtai hidrolizuojamas vandeniu.

BN puola fluoro dujos F ₂ ir vandenilio fluorido rūgštis HF.

Kitos fizinės savybės

Jis pasižymi dideliu šilumos laidumu, dideliu šiluminiu stabilumu ir aukštu elektriniu atsparumu, tai yra, yra geras elektros izoliatorius. Jis turi didelį paviršiaus plotą.

H-BN (šešiakampis BN) yra nestabilus kietas elementas liečiant, panašus į grafitą.

Kaitinant h-BN esant aukštai temperatūrai ir slėgiui, jis virsta kubine c-BN forma, kuri yra ypač kieta. Remiantis kai kuriais šaltiniais, jis gali subraižyti deimantą.

BN pagrindu pagamintos medžiagos turi savybę absorbuoti neorganinius teršalus (pvz., Sunkiųjų metalų jonus) ir organinius teršalus (pvz., Dažus ir vaistų molekules).

Sorbcija reiškia, kad jūs su jais bendraujate ir galite juos absorbuoti ar absorbuoti.

Gavimas

H-BN milteliai yra gaunamas reaguojant boro trioksidas B ₂ O ₃ arba boro rūgšties H ₃ BO ₃ su amoniako NH ₃ arba karbamidu NH ₂ (CO) NH ₂ azoto atmosferoje N ₂ .

Taip pat BN galima gauti reaguojant borui su amoniaku labai aukštoje temperatūroje.

Kitas būdas jį paruošti yra iš diborano B ₂ H ₆ ir NH ₃ amoniako, naudojant inertines dujas ir aukštoje temperatūroje (600–1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Programos

H-BN (šešiakampis boro nitridas), atsižvelgiant į jo savybes, yra labai svarbus:

- Kaip kietas tepalas

-Kaip priedas prie kosmetikos

-Aukštos temperatūros elektros izoliatoriai

- tigliuose ir reakcijos induose

- Formose ir garinimo induose

-Dėl vandenilio saugojimo

-In katalizė

- Norėdami absorbuoti nuotekų teršalus

Kubinis boro nitridas (c-BN), kurio kietumas yra beveik lygus deimanto kietumui, naudojamas:

-Pjaustymo įrankiuose, skirtuose apdirbti kietąsias juodąsias medžiagas, tokias kaip kietasis legiruotasis plienas, ketaus ir įrankių plienas

- Norėdami pagerinti kitų kietų medžiagų, tokių kaip tam tikra keramika pjaustymo įrankiams, kietumą ir atsparumą dilimui.

Kai kuriuose pjovimo įrankiuose gali būti boro nitrido, kad padidėtų kietumas. Autorius: Michaelas Schwarzenbergeris. Šaltinis: „Pixabay“.

- BN plonų plėvelių panaudojimas

Jie yra labai naudingi gaminant puslaidininkinius įtaisus, kurie yra elektroninės įrangos komponentai. Jie tarnauja, pavyzdžiui:

-Padaryti plokščius diodus; diodai yra įtaisai, leidžiantys elektrai cirkuliuoti tik viena kryptimi

-Metalų izoliatorių ir puslaidininkių atminties dioduose, tokiuose kaip Al-BN-SiO ₂ -Si

-Integruotose grandinėse kaip įtampos ribotuvas

-Padidinti tam tikrų medžiagų kietumą

-Apsaugoti kai kurias medžiagas nuo oksidacijos

-Padidinti daugelio tipų prietaisų cheminį stabilumą ir elektrinę izoliaciją

- Plonos plėvelės kondensatoriai

Kai kuriuose dioduose ir kondensatoriuose gali būti boro nitrido. Autorius: Sinisa Maric. Šaltinis: „Pixabay“.

- BN nanovamzdelių panaudojimas

Nanovamzdeliai yra struktūros, kurios molekuliniu lygmeniu yra vamzdžių formos. Tai yra tokie maži vamzdeliai, kad juos galima pamatyti tik naudojant specialius mikroskopus.

Štai keletas BN nanovamzdelių savybių:

-Jie turi aukštą hidrofobiškumą, tai yra, jie atstumia vandenį

-Jie turi didelį atsparumą oksidacijai ir šilumai (jie gali atsispirti oksidacijai iki 1000 ° C)

- Išskirkite didelę vandenilio kaupimo talpą

-Absorbinė radiacija

-Jie yra labai geri elektros izoliatoriai

-Jie turi aukštą šilumos laidumą

-Jis puikus atsparumas oksidacijai aukštoje temperatūroje reiškia, kad jie gali būti naudojami padidinant paviršių oksidacijos stabilumą.

-Dėl jų hidrofobiškumo jie gali būti naudojami superhidrofobiniams paviršiams paruošti, tai yra, jie neturi afiniteto vandeniui ir vanduo į juos neįsiskverbia.

-BN nanovamzdeliai pagerina tam tikrų medžiagų savybes, pavyzdžiui, jis buvo naudojamas stiklo kietumui ir atsparumui plyšiams didinti.

Boro nitrido nanovamzdeliai, stebimi mikroskopu. Keun Su Kim ir kt. . Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Medicinoje

BN nanovamzdeliai buvo išbandyti kaip vėžinių vaistų, tokių kaip doksorubicinas, nešiotojai. Tam tikros kompozicijos su šiomis medžiagomis padidino chemoterapijos minėtu vaistu efektyvumą.

Remiantis keliomis patirtimis, buvo įrodyta, kad BN nanovamzdeliai gali pernešti naujus vaistus ir tinkamai juos išleisti.

Ištirtas BN nanovamzdelių panaudojimas polimerinėse biomedžiagose siekiant padidinti jų kietumą, skilimo greitį ir ilgaamžiškumą. Tai yra medžiagos, naudojamos, pavyzdžiui, ortopediniams implantams.

Kaip jutikliai

BN nanovamzdeliai buvo naudojami kuriant naujus prietaisus drėgmei, anglies dioksidui CO ₂ aptikti ir klinikinei diagnostikai. Šie jutikliai parodė greitą reagavimą ir trumpą atkūrimo laiką.

Galimas BN medžiagų toksiškumas

Yra tam tikras susirūpinimas dėl galimo toksinio BN nanovamzdelių poveikio. Nėra aiškaus sutarimo dėl jų citotoksiškumo, nes kai kurie tyrimai rodo, kad jie yra toksiški ląstelėms, o kiti rodo priešingai.

Taip yra dėl jo hidrofobiškumo ar netirpumo vandenyje, nes dėl to sunku atlikti biologinių medžiagų tyrimus.

Kai kurie tyrėjai BN nanovamzdelių paviršių padengė kitais junginiais, kurie skatina jų tirpumą vandenyje, tačiau tai padidino neapibrėžtumą patirtyje.

Nors dauguma tyrimų rodo, kad jo toksiškumo lygis yra žemas, manoma, kad reikėtų atlikti tikslesnius tyrimus.

Nuorodos

1. Xiong, J. et al. (2020). Šešiakampis boro nitrido adsorbentas: sintezė, pritaikymas ir pritaikymas. Žurnalas „Energy Chemistry 40“ (2020) 99–111. Atkurta iš skaitytojo.elsevier.com.
2. „Mukasyan“, AS (2017). Boro nitridas. Glaustos aukšto temperatūros sintezės enciklopedijoje. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
3. Kalay, S. ir kt. (2015). Boro nitrido nanovamzdelių sintezė ir jų pritaikymas. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84–102. Atkurta iš ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arija, SPS (1988). Borono nitrido plonų plėvelių paruošimas, savybės ir pritaikymas. Ploni kieti filmai, 157 (1988) 267-282. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
5. Zhang, J. ir kt. (2014). Kubinių boro nitridų turintys keramikos matricos kompozitai, skirti pjaustymo įrankiams. Keraminių matricinių kompozitų pažanga. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
6. Cotton, F. Albert ir Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pažangi neorganinė chemija. Ketvirtasis leidimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
7. Sudarsanas, V. (2017). Medžiagos kenksmingoms cheminėms aplinkoms. Medžiagos ekstremaliomis sąlygomis. Atgauta iš „sciencedirect.com“
8. JA, dekanas (redaktorius) (1973). Lange'io chemijos vadovas. „McGraw-Hill“ įmonė.
9. Mahanas, BH (1968). Universiteto chemija. „Fondo Educativo Interamericano“, SA