БОР НИТРИД (БН): СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, ПРОИЗВОДЊА, УПОТРЕБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Бор нитрид је неорганска чврста формиран спајањем атома бора (Б) са атомом азота (Н). Његова хемијска формула је БН. То је бела чврста супстанца која је врло отпорна на високе температуре и добар је проводник топлоте. Користи се, на пример, за израду лабораторијских лончића.

Бор нитрид (БН) отпоран је на многе киселине, међутим, има одређену слабост за напад хидрофлуорном киселином и растопљеним базама. Добар је изолатор електричне енергије.

Структура бора нитрида (БН). Акерамоп Извор: Викимедиа Цоммонс.

Добија се у различитим кристалним структурама, од којих су најважније шестерокутне и кубичне. Шестерокутна структура личи на графит и клизава је, због чега се користи као мазиво.

Кубична структура је скоро иста као и дијамантска и користи се за израду алата за резање и за побољшање жилавости других материјала.

Бор нитрид може да направи микроскопске (изузетно танке) епрувете назване наноцјевчице, које имају медицинску примену, као што су транспорт у телу и ослобађање лекова против тумора рака.

Структура

Бор нитрид (БН) је једињење у којем су атоми бора и азота ковалентно повезани троструком везом.

Изоловани молекул нитрида бора има атом бора и атом азота спојен троструком везом. Бењах-бмм27. Извор: Викимедиа Цоммонс.

У чврстој фази БН се састоји од једнаког броја атома бора и душика у облику 6-чланих прстенова.

Ресонанчне структуре БН прстена. Аутор: Теацхи. Извор: Викимедиа Цоммонс.

БН постоји у четири кристална облика: шестерокутни (х-БН) сличан графиту, кубични (ц-БН) сличан дијаманту, ромбоедар (р-БН) и вуртзит (в-БН).

Структура х-БН је слична графиту, то јест, има равнине шестерокутних прстенова који имају наизменичне атоме бора и азота.

Структура у облику засебних равни хексагоналног бор нитрида. Бењах-бмм27. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Велика је удаљеност између планета х-БН што упућује на то да су им придружене само ван дер Ваалс-ове силе, које су веома слабе силе привлачења и авиони се лако могу прелити једни против других.

Из тог разлога, х-БН је кремаст на додир.

Структура кубичног БН ц-БН слична је дијаманту.

Поређење између кубичног бора нитрида (лево) и шестерокутног (десно). од: Бенутзер: Оддбалл, векторска верзија цхрис 論. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Номенклатура

Бор нитрид

Својства

Физичко стање

Масна бијела чврста или клизава на додир.

Молекуларна тежина

24,82 г / мол

Тачка топљења

Сублимира на око 3000 ° Ц.

Густина

Шестина БН = 2,25 г / цм ³

Кубични БН = 3,47 г / цм ³

Растворљивост

Мало растворљиво у врућем алкохолу.

Хемијска својства

Због снажне везе између азота и бора (трострука веза), боров нитрид има велику отпорност на хемијске нападе и врло је стабилан.

Нерастворљива је у киселинама као што је хлороводонична киселина ХЦл, азотна киселина ХНО ₃ и сумпорна киселина Х ₂ СО ₄ . Али топив је у растопљеним подлогама попут литијум хидроксида ЛиОХ, калијум хидроксида КОХ и натријум хидроксида НаОХ.

Не реагује са већином метала, чаша или соли. Понекад реагује са фосфорном киселином Х ₃ ПО ₄ . Може да одоли оксидацији на високим температурама. БН је стабилан на ваздуху, али га полако хидролизује водом.

БН је нападнута од флуора гасом Ф ₂ и инсуфицијенције хидроводоничне киселине.

Остала физичка својства

Има високу топлотну проводљивост, високу топлотну стабилност и високу електричну отпорност, односно, добар је изолатор електричне енергије. Има велику површину.

Х-БН (шестерокутни БН) је неупадљива чврста супстанца, слична графиту.

При загревању х-БН на повишеној температури и притиску претвара се у кубни облик ц-БН који је изузетно тежак. Према неким изворима он је у стању да изгребе дијаманте.

Материјали на бази БН-а имају способност апсорпције неорганских контаминаната (попут јона тешких метала) и органских контаминаната (попут боја и молекула лекова).

Сорпција значи да ви комуницирате са њима и можете их адсорбирати или апсорбовати.

Прибављање

Х-БН прах припремљен реакцијом Бор Триоксид Б ₂ О ₃ или борне киселине Х ₃ БО ₃ витх амонијака НХ ₃ или уреом НХ ₂ (ЦО) НХ ₂ у атмосфери азота Н ₂ .

Такође БН се може добити реакцијом бора са амонијаком на врло високој температури.

Други начин да се припреме је из диборан Б ₂ Х ₆ и НХ ₃ амонијака применом инертног гаса и високе температуре (600-1080 ° Ц):

Б ₂ Х ₆ + 2 НХ ₃ → 2 БН + 6 Х ₂

Апликације

Х-БН (шестерокутни бор нитрид) има мноштво важних примена на основу својих својстава:

-Као чврсто мазиво

-Као додатак козметици

-У електричним изолаторима високе температуре

-У лонцима и реакцијским посудама

-У калупе и посуде за испаравање

-За складиштење водоника

-У катализи

-Премаћи загађиваче из канализације

Користи се кубни бор нитрид (ц-БН) тврдоће готово једнаке тврдоћи дијаманта:

-У резним алатима за обраду тврдих обојених материјала, попут тврдо легираног челика, ливеног гвожђа и челика за алат

-За побољшање тврдоће и отпорности на хабање осталих тврдих материјала као што је одређена керамика за резне алате.

Неки алати за резање могу садржавати бор нитрид за испољавање повећане тврдоће. Аутор: Мицхаел Сцхварзенбергер Извор: Пикабаи.

- Употреба БН танких филмова

Они су веома корисни у технологији полуводичких уређаја, који су компоненте електронске опреме. Служе за пример:

-За прављење равних диода; диоде су уређаји који омогућавају да електрицитет циркулише само у једном правцу

-У метал-изолатор-полуводичке меморијске диоде, као што су Ал-БН-СиО ₂ -Си

-У интегрисаним круговима као ограничивач напона

-За повећање тврдоће одређених материјала

-Заштитити неке материјале од оксидације

- Да бисте повећали хемијску стабилност и електричну изолацију многих врста уређаја

У кондензаторе танког филма

Неке диоде и кондензатори могу садржавати бор нитрид. Аутор: Синиша Марић. Извор: Пикабаи.

- Употреба БН наноцевки

Наноцевке су структуре које су на молекуларном нивоу у облику цеви. То су цеви које су толико мале да се могу видети само помоћу специјалних микроскопа.

Ево неких карактеристика БН наноцевки:

-Имају високу хидрофобност, односно одбијају воду

-Имају високу отпорност на оксидацију и топлоту (могу да одоле оксидацији до 1000 ° Ц)

-Излагати висок капацитет складиштења водоника

-Абсорб зрачење

- Они су врло добри изолатори електричне енергије

-Имају високу топлотну проводљивост

-Изврсна отпорност на оксидацију на високим температурама значи да се могу користити за повећање оксидационе стабилности површина.

-Због њихове хидрофобности могу се користити за припрему супер хидрофобних површина, односно немају афинитет према води и вода не продире у њих.

-БН наноцевке побољшавају својства одређених материјала, на пример, коришћене су за повећање тврдоће и отпорности на лом стакла.

Наноцјевице боровог нитрида посматране под микроскопом. Кеун Су Ким и др. . Извор: Викимедиа Цоммонс.

У медицинским применама

БН наноцјевчице су тестиране као носачи за лекове против рака попут доксорубицина. Одређене композиције са овим материјалима повећале су ефикасност хемотерапије поменутим леком.

У неколико искустава, БН наноцјевчице су показале потенцијал да транспортују нове лекове и правилно их пуштају.

Употреба БН наноцевки у полимерним биоматеријалима је испитивана како би се повећала њихова тврдоћа, брзина разградње и трајност. То су материјали који се користе, на пример, код ортопедских имплантата.

Као сензори

БН наноцевке су коришћене за изградњу нових уређаја за откривање влаге, угљен-диоксида ЦО ₂ и за клиничку дијагностику. Ови сензори су показали брз одзив и кратко време опоравка.

Могућа токсичност БН материјала

Постоји забринутост због могућих токсичних ефеката БН наноцевки. Не постоји јасан консензус о њиховој цитотоксичности, јер нека истраживања показују да су токсичне за ћелије, док друге указују на супротно.

То је због његове хидрофобности или нерастворљивости у води, јер отежава спровођење студија о биолошким материјалима.

Неки истраживачи су премазали површину БН-наноцевки другим једињењима која погодују њиховој растворљивости у води, али то је додало већу неизвесност у искуствима.

Иако већина студија показује да је његов ниво токсичности низак, процењује се да би требало спровести прецизније истраге.

Референце

1. Ксионг, Ј. и др. (2020). Шестерокутни адсорбент бора-нитрида: Синтеза, кројење перформанси и примене. Часопис за енергетску хемију 40 (2020) 99-111. Опоравак од читача.елсевиер.цом.
2. Мукасиан, АС (2017). Бор Нитриде. У Јединственој енциклопедији самопромочујуће синтезе високих температура. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
3. Калаи, С. и др. (2015). Синтеза наноцевки са боров нитридом и њихова примена. Беилстеин Ј. Нанотецхнол. 2015, 6, 84-102. Опоравак од нцби.нлм.них.гов.
4. Ариа, СПС (1988). Припрема, својства и примена танких филмова борова нитрида. Танки чврсти филмови, 157 (1988) 267-282. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
5. Зханг, Ј. и др. (2014). Кухињски композитни матрикс композити који садрже кубни нитрид за алате за резање. У напредима композита из керамичке матрице. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
6. Цоттон, Ф. Алберт и Вилкинсон, Геоффреи. (1980). Напредна неорганска хемија. Четврто издање. Јохн Вилеи & Сонс.
7. Сударсан, В. (2017). Материјали за непријатељска хемијска окружења. У материјалима под екстремним условима. Опоравак од сциенцедирецт.цом
8. Деан, ЈА (уредник) (1973). Лангеов приручник хемије. Компанија МцГрав-Хилл.
9. Махан, БиХ (1968). Универзитетска хемија. Фондо Едуцативо Интерамерицано, СА