BORA NITRĪDS (BN): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, RAŽOŠANA, LIETOJUMI - FIZISKĀ - 2025

Bora nitrīds ir neorganisks ciets, apvienojoties ar bora atomu, (B) ar slāpekļa atomu, (N) veidojas. Tās ķīmiskā formula ir BN. Tā ir balta cieta viela, kas ir ļoti izturīga pret augstām temperatūrām un ir laba siltuma vadītāja. To izmanto, piemēram, laboratorijas tīģeli gatavošanai.

Bora nitrīds (BN) ir izturīgs pret daudzām skābēm, tomēr tam ir noteikts vājums fluorūdeņražskābes un izkausēto bāzu iedarbībā. Tas ir labs elektrības izolators.

Bora nitrīda (BN) struktūra. Akeramops. Avots: Wikimedia Commons.

To iegūst dažādās kristāliskās struktūrās, no kurām svarīgākās ir sešstūrainas un kubiskas. Sešstūra struktūra atgādina grafītu un ir slidena, tāpēc to izmanto kā smērvielu.

Kubiskā struktūra ir gandrīz tikpat cieta kā dimants, un to izmanto griešanas instrumentu izgatavošanai un citu materiālu izturības uzlabošanai.

Izmantojot bora nitrīdu, var izgatavot mikroskopiskas (īpaši plānas) caurules, ko sauc par nanocaurulītēm, kuras var lietot medicīnā, piemēram, transportēšanai pa ķermeni un zāļu atbrīvošanai no vēža audzējiem.

Uzbūve

Bora nitrīds (BN) ir savienojums, kurā bora un slāpekļa atomi ir kovalenti saistīti ar trīskāršu saiti.

Izolētā bora nitrīda molekulā ir bora atoms un slāpekļa atoms, kas savienoti ar trīskāršu saiti. Benjah-bmm27. Avots: Wikimedia Commons.

Cietā fāzē BN veido vienāds skaits bora un slāpekļa atomu 6 locekļu gredzenu formā.

BN gredzena rezonanses struktūras. Autors: Teachi. Avots: Wikimedia Commons.

BN pastāv četrās kristāliskās formās: sešstūra (h-BN) līdzīgs grafītam, kubiskais (c-BN) līdzīgs dimantam, romboedē (r-BN) un wurtzite (w-BN).

H-BN struktūra ir līdzīga grafīta struktūrai, tas ir, tajā ir sešstūrainu gredzenu plaknes, kurās ir mainīgi bora un slāpekļa atomi.

Sešstūra bora nitrīda struktūra atsevišķu plakņu veidā. Benjah-bmm27. Avots: Wikimedia Commons.

Starp h-BN plaknēm ir liels attālums, kas liek domāt, ka tām pievienojas tikai van der Waals spēki, kas ir ļoti vāji pievilkšanās spēki un lidmašīnas var viegli slīdēt viena virs otras.

Šī iemesla dēļ h-BN ir krēmveida.

Kubiskā BN c-BN struktūra ir līdzīga rombam.

Kubiskā bora nitrīda (pa kreisi) un sešstūra (labajā) salīdzinājums. no: Benutzer: Oddball, vektora versijas autors ir chris 論. Avots: Wikimedia Commons.

Nomenklatūra

Bora nitrīds

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Taukaini balta cieta viela vai slidena uz tausti.

Molekulārais svars

24,82 g / mol

Kušanas punkts

Sublimējas aptuveni 3000 ºC temperatūrā.

Blīvums

Sešstūrains BN = 2,25 g / cm ³

Kubiskais BN = 3,47 g / cm ³

Šķīdība

Nedaudz šķīst karstā spirtā.

Ķīmiskās īpašības

Sakarā ar spēcīgo slāpekļa un bora saiti (trīskāršo saiti) bora nitrīdam ir augsta izturība pret ķīmisko iedarbību un tas ir ļoti stabils.

Tas nešķīst tādās skābēs kā sālsskābe HCl, slāpekļskābe HNO ₃ un sērskābe H ₂ SO ₄ . Bet tas šķīst tādās izkausētās bāzēs kā litija hidroksīds LiOH, kālija hidroksīds KOH un nātrija hidroksīds NaOH.

Tas nereaģē ar lielāko daļu metālu, brilles vai sāļus. Dažreiz tas reaģē ar fosforskābi H ₃ PO ₄ . Tas var pretoties oksidācijai augstā temperatūrā. BN ir stabils gaisā, bet lēnām hidrolizējas ūdenī.

BN uzbrūk fluora gāze F ₂ un fluorūdeņražskābe HF.

Citas fizikālās īpašības

Tam ir augsta siltuma vadītspēja, augsta siltuma stabilitāte un augsta elektriskā pretestība, tas ir, tas ir labs elektrības izolators. Tam ir liels virsmas laukums.

H-BN (sešstūrains BN) ir nemainīgs ciets pieskāriens, līdzīgs grafītam.

Sildot h-BN paaugstinātā temperatūrā un spiedienā, tas pārvēršas kubiskā formā c-BN, kas ir ārkārtīgi ciets. Saskaņā ar dažiem avotiem tas spēj saskrāpēt dimantu.

Materiāli, kuru pamatā ir BN, spēj absorbēt neorganiskus piesārņotājus (piemēram, smago metālu jonus) un organiskos piesārņotājus (piemēram, krāsvielas un zāļu molekulas).

Sorbcija nozīmē, ka jūs mijiedarbojaties ar viņiem un varat tos adsorbēt vai absorbēt.

Iegūšana

H-BN pulveri sagatavo, bora trioksīdam B ₂ O ₃ vai borskābei H ₃ BO ₃ reaģējot ar amonjaku NH ₃ vai ar urīnvielu NH ₂ (CO) NH ₂ slāpekļa atmosfērā N ₂ .

Arī BN var iegūt, boram reaģējot ar amonjaku ļoti augstā temperatūrā.

Cits veids tā pagatavošanai ir no diborāna B ₂ H ₆ un NH ₃ amonjaka, izmantojot inertu gāzi un augstu temperatūru (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Lietojumprogrammas

H-BN (sešstūru bora nitrīds), pamatojoties uz tā īpašībām, ir daudz svarīgu pielietojumu:

-Kā cieta smērviela

-Kā piedeva kosmētikai

-Augstās temperatūras elektroizolatoros

- tīģelī un reakcijas traukā

- veidnēs un iztvaicēšanas traukos

- ūdeņraža uzglabāšanai

-In katalīzē

- Lai adsorbētu notekūdeņu piesārņotājus

Tiek izmantots kubiskais bora nitrīds (c-BN), kura cietība ir gandrīz vienāda ar dimanta cietību:

- griezējinstrumentos cieto melno materiālu, piemēram, cietā leģētā tērauda, ​​čuguna un instrumentu tērauda, ​​apstrādei

-Lai uzlabotu citu cieto materiālu cietību un nodilumizturību, piemēram, noteiktu griezējinstrumentu keramiku.

Daži griezējinstrumenti var saturēt bora nitrīdu, lai uzrādītu paaugstinātu cietību. Autors: Maikls Švarcenbergers. Avots: Pixabay.

- BN plāno plēvju lietojumi

Tie ir ļoti noderīgi pusvadītāju ierīču tehnoloģijā, kas ir elektronisko iekārtu sastāvdaļas. Tie kalpo, piemēram:

-Izgatavot plakanas diodes; diodes ir ierīces, kas ļauj elektrībai cirkulēt tikai vienā virzienā

-Metāla izolatora-pusvadītāja atmiņas diodēs, piemēram, Al-BN-SiO ₂ -Si

- Integrētās shēmās kā sprieguma ierobežotājs

-Palielināt noteiktu materiālu cietību

-Aizsargāt dažus materiālus no oksidēšanās

-Lai palielinātu daudzu veidu ierīču ķīmisko stabilitāti un elektrisko izolāciju

-Plānas plēves kondensatori

Dažās diodēs un kondensatoros var būt bora nitrīds. Autors: Sinisa Maric. Avots: Pixabay.

- BN nanocauruļu lietojumi

Nanocaurules ir struktūras, kas molekulārā līmenī ir formas kā caurules. Tās ir caurules, kas ir tik mazas, ka tās var redzēt tikai ar īpašiem mikroskopiem.

Šeit ir daži BN nanocauruļu raksturlielumi:

-Tiem ir augsta hidrofobitāte, tas ir, tie atgrūž ūdeni

-Tiem ir augsta izturība pret oksidāciju un karstumu (tie var izturēt oksidāciju līdz 1000 ° C)

-Izstādīt lielu ūdeņraža uzglabāšanas spēju

-Absorba starojums

-Tie ir ļoti labi elektrības izolatori

-Tiem ir augsta siltuma vadītspēja

- Tā ir lieliska izturība pret oksidēšanos augstās temperatūrās, tāpēc to var izmantot, lai palielinātu virsmu oksidācijas stabilitāti.

- to hidrofobitātes dēļ tos var izmantot, lai sagatavotu superhidrofobiskas virsmas, tas ir, tiem nav afinitātes pret ūdeni un ūdens tajos neieplūst.

-BN nanocaurules uzlabo noteiktu materiālu īpašības, piemēram, tas tiek izmantots, lai palielinātu stikla cietību un izturību pret lūzumiem.

Bora nitrīda nanocaurules, kas novērotas mikroskopā. Keuns Su Kims et al. . Avots: Wikimedia Commons.

Medicīnā

BN nanocaurules ir pārbaudītas kā tādu vēža zāļu nesēji kā doksorubicīns. Dažas kompozīcijas ar šiem materiāliem palielināja ķīmijterapijas efektivitāti ar šīm zālēm.

Vairākās pieredzēs ir pierādīts, ka BN nanocaurules spēj pārvadāt jaunas zāles un tās pareizi atbrīvot.

Izpētīta BN nanocauruļu izmantošana polimēru biomateriālos, lai palielinātu to cietību, sadalīšanās ātrumu un izturību. Tie ir materiāli, kurus izmanto, piemēram, ortopēdiskos implantos.

Kā sensori

BN nanocaurules ir izmantotas, lai izveidotu jaunas ierīces mitruma, oglekļa dioksīda CO _{2 noteikšanai} un klīniskai diagnostikai. Šie sensori ir parādījuši ātru reakciju un īsu atveseļošanās laiku.

Iespējamā BN materiālu toksicitāte

Pastāv zināmas bažas par BN nanocauruļu iespējamo toksisko iedarbību. Par to citotoksicitāti nav skaidras vienprātības, jo daži pētījumi norāda, ka tie ir toksiski šūnām, bet citi norāda pretējo.

Tas ir saistīts ar tā hidrofobitāti vai nešķīstību ūdenī, jo tas apgrūtina bioloģisko materiālu pētījumu veikšanu.

Daži pētnieki ir pārklājuši BN nanocauruļu virsmu ar citiem savienojumiem, kas veicina to šķīdību ūdenī, taču tas ir palielinājis lielāku nenoteiktību pieredzē.

Lai gan vairums pētījumu norāda, ka tā toksicitātes līmenis ir zems, tiek lēsts, ka būtu jāveic precīzāki izmeklējumi.

Atsauces

1. Xiong, J. et al. (2020). Sešstūra bora nitrīda adsorbents: sintēze, veiktspējas pielāgošana un pielietojums. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99–111. Atgūts no lasītāja.elsevier.com.
2. Mukasjans, AS (2017). Bors Nitrīds. Īsas pašteces augstas temperatūras sintēzes enciklopēdijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). Bora nitrīda nanocauruļu sintēze un to pielietojums. Beilšteins J. Nanotehnika. 2015, 6, 84-102. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
4. Ārija, SPS (1988). Bora nitrīda plāno filmu sagatavošana, īpašības un pielietojums. Plānas cietās filmas, 157 (1988) 267-282. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
5. Džans, Dž. Et al. (2014). Kubiskā bora nitrīdu saturoši keramikas matricas kompozīti griezējinstrumentiem. Ar progresu keramikas matricu kompozītos. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
6. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
7. Sudarsan, V. (2017). Materiāli nelabvēlīgai ķīmiskai videi. Materiālos ekstremālos apstākļos. Atgūts no vietnes sciencedirect.com
8. Dekāns, JA (redaktors) (1973). Langes ķīmijas rokasgrāmata. McGraw-Hill uzņēmums.
9. Mahans, BH (1968). Universitātes ķīmija. Fondo Educativo Interamericano, SA