BOR NITRID (BN): STRUKTURA, SVOJSTVA, PROIZVODNJA, UPOTREBE - FIZIČKA - 2026

Bor nitrida anorganska krutina nastaje spajanjem atomom bora (B) s atomom dušika (N). Njegova kemijska formula je BN. To je bijela krutina koja je vrlo otporna na visoke temperature i dobar je provodnik topline. Primjerice, koristi se za izradu laboratorijskih lončića.

Borov nitrid (BN) otporan je na mnoge kiseline, međutim ima određenu slabost napada na fluorovodičnu kiselinu i na rastopljene baze. Dobar je izolator električne energije.

Struktura bora nitrida (BN). Akeramop. Izvor: Wikimedia Commons.

Dobiva se u različitim kristalnim strukturama, od kojih su najvažnije šesterokutne i kubične. Šesterokutna struktura podsjeća na grafit i sklizava je, zbog čega se koristi kao mazivo.

Kubična struktura gotovo je tvrda kao dijamant, a koristi se za izradu alata za rezanje i poboljšanja žilavosti drugih materijala.

Borov nitrid može stvoriti mikroskopske (izuzetno tanke) epruvete nazvane nanocjevčice, koje imaju medicinsku primjenu, poput transporta unutar tijela i puštanja lijekova protiv tumora raka.

Struktura

Bor nitrid (BN) je spoj u kojem su atomi bora i dušika kovalentno povezani trostrukom vezom.

Izolirana molekula bor nitrida ima atom bora i atom dušika spojen trostrukom vezom. Benjah-bmm27. Izvor: Wikimedia Commons.

U čvrstoj fazi BN se sastoji od jednakog broja atoma bora i dušika u obliku 6-članih prstenova.

Resonančne strukture BN prstena. Autor: Teachi. Izvor: Wikimedia Commons.

BN postoji u četiri kristalna oblika: šesterokutni (h-BN) sličan grafitu, kubični (c-BN) sličan dijamantu, romboedar (r-BN) i wurtzit (w-BN).

Struktura h-BN je slična grafitu, to jest, ima ravnine šesterokutnih prstenova koji imaju naizmjenične atome bora i dušika.

Struktura u obliku zasebnih ravnina šesterokutnog bor nitrida. Benjah-bmm27. Izvor: Wikimedia Commons.

Velika je udaljenost između ravnina h-BN, što sugerira da su im pridružene samo van der Waalsove sile, koje su vrlo slabe sile privlačenja i avioni se mogu lako prebaciti jedan protiv drugog.

Iz tog razloga, h-BN je kremast na dodir.

Struktura kubičnog BN c-BN slična je dijamantu.

Usporedba između kubičnog bora nitrida (lijevo) i šesterokutnog (desno). od: Benutzer: Oddball, vektorska verzija chris 論. Izvor: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

Bor nitrid

Svojstva

Psihičko stanje

Masna bijela čvrsta ili skliska na dodir.

Molekularna težina

24,82 g / mol

Talište

Sublimira na oko 3000 ° C.

Gustoća

Heks BN = 2,25 g / cm ³

Kubični BN = 3,47 g / cm ³

Topljivost

Slabo topiv u vrućem alkoholu.

Kemijska svojstva

Zbog snažne veze dušika i bora (trostruka veza), borov nitrid ima visoku otpornost na kemijski napad i vrlo je stabilan.

Je netopiv u kiselinama, kao što su klorovodična kiselina, nitratna kiselina HCl HNO _3, i sumporne kiseline H ₂ SO ₄. Ali topiv je u rastopljenim bazama, poput litijevog hidroksida LiOH, kalijevog hidroksida KOH i natrijevog hidroksida NaOH.

Ne reagira s većinom metala, čaša ili soli. Ponekad reagira s fosfornom kiselinom H ₃ PO ₄. Može odoljeti oksidaciji pri visokim temperaturama. BN je stabilan na zraku, ali ga polako hidrolizira voda.

BN napadaju fluorom plina F ₂ i HF fluorovodične kiseline.

Ostala fizička svojstva

Ima visoku toplinsku vodljivost, visoku toplinsku stabilnost i visoku električnu otpornost, odnosno dobar je izolator električne energije. Ima veliku površinu.

H-BN (šesterokutni BN) je nečuvena krutina na dodir, slična grafitu.

Pri zagrijavanju h-BN na povišenoj temperaturi i tlaku pretvara se u kubni oblik c-BN koji je izuzetno tvrd. Prema nekim izvorima sposoban je ogrebati dijamant.

Materijali na bazi BN-a imaju sposobnost apsorbiranja anorganskih onečišćenja (poput iona teških metala) i organskih onečišćenja (poput boja i molekula lijekova).

Sorpcija znači da s njima komunicirate i može ih adsorbirati ili apsorbirati.

dobivanje

H-BN prah se dobiva reakcijom bor trioksid B ₂ O ₃ ili bornu kiselinu H ₃ BO ₃ amonijakom NH ₃ ili ureom NH ₂ (CO) NH ₂ atmosferi dušika N ₂.

Također BN se može dobiti reakcijom bora s amonijakom na vrlo visokoj temperaturi.

Drugi način pripremiti je iz diboran B ₂ H ₆ i NH ₃ amonijaka pomoću inertnog plina i visoke temperature (600 do 1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2NH ₃ → 2 BN + 6H ₂

Prijave

H-BN (šesterokutni bor nitrid) ima niz važnih primjena na temelju svojih svojstava:

-Kako je čvrsto mazivo

-Kao dodatak kozmetici

-U električnim izolatorima visoke temperature

-U loncima i reakcijskim posudama

-U kalupe i posude za isparavanje

-Za skladištenje vodika

-U katalizi

-Prijedi zagađivače iz kanalizacije

Koristi se kubni bor nitrid (c-BN) čija je tvrdoća gotovo jednaka tvrdoći dijamanta:

-U rezne alate za obradu tvrdih obojenih materijala, poput tvrdo legiranog čelika, lijevanog željeza i čelika alata

- Da biste poboljšali tvrdoću i otpornost na trošenje ostalih tvrdih materijala, kao što su određena keramika za rezne alate.

Neki alati za rezanje mogu sadržavati bor nitrid za isticanje povećane tvrdoće. Autor: Michael Schwarzenberger Izvor: Pixabay.

- Upotreba BN tankih filmova

Vrlo su korisni u tehnologiji poluvodičkih uređaja, koji su sastavni dijelovi elektroničke opreme. Služe za primjer:

-Za izradu ravnih dioda; diode su uređaji koji omogućuju cirkulaciju električne energije samo u jednom smjeru

-U metal-izolator-poluvodičke memorije, kao što su diode Al-BN-SiO ₂ -Si

-U integriranim krugovima kao ograničivač napona

-Za povećanje tvrdoće određenih materijala

-Zaštiti nekih materijala od oksidacije

- Za povećanje kemijske stabilnosti i električne izolacije mnogih vrsta uređaja

-U tanke folije kondenzatori

Neke diode i kondenzatori mogu sadržavati bor nitrid. Autor: Siniša Marić. Izvor: Pixabay.

- Upotreba BN nanocjevčica

Nanocjevčice su strukture koje su na molekularnoj razini oblikovane poput cijevi. To su cijevi toliko male da se mogu vidjeti samo posebnim mikroskopima.

Evo nekih karakteristika BN nanocjevčica:

-Imaju visoku hidrofobnost, odnosno odbijaju vodu

-Imaju visoku otpornost na oksidaciju i toplinu (mogu odoljeti oksidaciji do 1000 ° C)

-Saznajte visoku sposobnost skladištenja vodika

-Apsorpsko zračenje

-Oni su vrlo dobri izolatori električne energije

-Imaju visoku toplinsku vodljivost

-Izvrsna otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama znači da se one mogu koristiti za povećanje oksidacijske stabilnosti površina.

-Zbog njihove hidrofobnosti mogu se koristiti za pripremu super hidrofobnih površina, odnosno nemaju afinitet prema vodi i voda ne prodire u njih.

-BN nanocjevčice poboljšavaju svojstva određenih materijala, na primjer, korištene su za povećanje tvrdoće i otpornosti na lom stakla.

Nanocjevčice borovog nitrida promatrane pod mikroskopom. Keun Su Kim i sur., Izvor: Wikimedia Commons.

U medicinskim primjenama

BN nanocjevčice testirane su kao nosači lijekova protiv raka poput doksorubicina. Određeni sastavi s tim materijalima povećali su učinkovitost kemoterapije navedenim lijekom.

U nekoliko iskustava pokazalo se da BN nanocjevčice imaju potencijal transporta novih lijekova i njihovog ispravnog oslobađanja.

Upotreba BN nanocjevčica u polimernim biomaterijalima je ispitivana kako bi se povećala njihova tvrdoća, brzina razgradnje i trajnost. To su materijali koji se koriste, na primjer, kod ortopedskih implantata.

Kao senzori

BN nanocjevčice korištene su za izgradnju novih uređaja za otkrivanje vlage, ugljičnog dioksida CO ₂ i za kliničku dijagnostiku. Ovi su senzori pokazali brz odziv i kratko vrijeme oporavka.

Moguća toksičnost BN materijala

Postoji bojazan zbog mogućih toksičnih učinaka BN nanocjevčica. Ne postoji jasan konsenzus o njihovoj citotoksičnosti, jer neke studije govore da su toksične za stanice, dok druge ukazuju na suprotno.

To je zbog njegove hidrofobnosti ili netopljivosti u vodi, jer otežava provođenje studija o biološkim materijalima.

Neki su istraživači premazali površinu BN-nanocjevčica drugim spojevima koji favoriziraju njihovu topljivost u vodi, ali to je dodalo veću nesigurnost u iskustvima.

Iako većina studija pokazuje da je njegova razina toksičnosti niska, procjenjuje se da bi trebalo provesti preciznija ispitivanja.

Reference

1. Xiong, J. i sur. (2020). Šesterokutni adsorbent bora-nitrita: Sinteza, prilagođavanje performansi i primjena. Časopis za energetsku kemiju 40 (2020) 99-111. Oporavilo od čitatelja.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Bor nitrit. U Jedinstvenoj enciklopediji samopromočujuće sinteze visokih temperatura. Oporavljeno od sciencedirect.com.
3. Kalay, S. i sur. (2015). Sinteza nanocjevčica borovog nitrida i njihova primjena. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Oporavak od ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Priprema, svojstva i primjena tankih filmova borov nitrit. Tanki kruti filmovi, 157 (1988) 267-282. Oporavljeno od sciencedirect.com.
5. Zhang, J. i sur. (2014). Kuhinjski kompozitni matriksni kompoziti koji sadrže kubični nitrid za rezne alate. Prednosti u sastavima keramičkih matrica. Oporavljeno od sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četvrto izdanje. John Wiley & Sinovi.
7. Sudarsan, V. (2017). Materijali za neprijateljska kemijska okruženja. U materijalima pod ekstremnim uvjetima. Oporavljeno od sciencedirect.com
8. Dean, JA (urednik) (1973). Langeov priručnik kemije. McGraw-Hill Company.
9. Mahan, BiH (1968). Sveučilišna kemija. Fondo Educativo Interamericano, SA