Nitruro de Boro (BN) -rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Hän Boorinitride Se on epäorgaaninen kiinteä kiinteä aine, jonka muodostaa booriatomin (B) liiton typpiatomilla (n). Sen kemiallinen kaava on Bn. Se on erittäin kestävä valkoinen kiinteä aine korkeissa lämpötiloissa ja on hyvä lämmönkuljettaja. Sitä käytetään esimerkiksi laboratoriokrosolien valmistukseen.

Boro Nitruro (BN) on resistentti monille hapolle, mutta sillä on jonkin verran heikkoutta fluoridihapon hyökkäyksille ja suloille emäksille. Se on hyvä sähköeriste.

Boro -nitridirakenne (BN). Akeramop [julkinen alue]. Lähde: Wikimedia Commons.

Se saadaan erilaisissa kiteisissä rakenteissa, joista tärkeimmät ovat kuusikulmainen ja kuutiometriä. Kuusikulmainen rakenne muistuttaa grafiittia ja on liukas, joten sitä käytetään voiteluaineena.

Kuutiometriä rakenne on melkein yhtä kova kuin timantti ja sitä käytetään leikkaustyökalujen valmistukseen ja muiden materiaalien kovuuden parantamiseen.

Boorinitridillä voit valmistaa mikroskooppisia putkia (erittäin ohuita), joita kutsutaan nanoputkiksi, joilla on lääketieteellisiä sovelluksia, kuten kehon kuljettaminen ja lääkkeet syöpäkasvaimia vastaan.

[TOC]

Rakenne

Boro Nitruro (BN) on yhdiste, jossa boori- ja typpiatomit on kytketty kovalenttisesti kolminkertaiseen linkkiin.

Eristetyllä boorinitridimolekyylillä on typen typpiatomi, joka yhdistyy kolminkertaisella linkillä. Benjah-BMM27 [julkinen alue]. Lähde: Wikimedia Commons.

Kiinteässä vaiheessa BN muodostuu yhtä suurella määrällä boori- ja typpiatomeja 6 jäsenen muodossa.

BN -renkaan resonanssirakenteet. Kirjoittaja: Teachi. Lähde: Wikimedia Commons.

BN on olemassa neljässä kiteisessä muodossa: kuusikulmainen (H-BN), joka on samanlainen kuin grafiitti, kuutio (C-BN), samanlainen kuin Diamond, Rhomboédica (R-BN) ja Wurtzita (W-BN).

H-BN: n rakenne on samanlainen kuin grafiitin, ts. Siinä on kuusikulmainen renkaat, joissa on boori- ja typpiatomit, jotka vaihtoehtoiset.

Rakenne kuusikulmaisen boornitridin erillisten tasojen muodossa. Benjah-BMM27 [julkinen alue]. Lähde: Wikimedia Commons.

H-BN-tasojen joukossa on suuri etäisyys, joka viittaa siihen, että ne yhdistyvät vain van der Waals -voimien kautta, jotka ovat erittäin heikkoja vetovoimia ja suunnitelmat voivat helposti liukua toisiinsa.

Voi palvella sinua: aurinko

Tästä syystä H-BN on epätoivoinen.

Kuutiometrin BN C-BN: n rakenne on samanlainen kuin timantti.

Vertailu kuutiometrin nitruro (vasen) ja kuusikulmainen (oikea) välillä. Lähettäjä: Benutzer: Oddball, vektoriversio, kirjoittanut Chris 論 [julkinen verkkotunnus]. Lähde: Wikimedia Commons.

Nimikkeistö

Boorinitride

Ominaisuudet

Fyysinen tila

Rasva tai liukas valkoinen kiinteä kiinteä.

Molekyylipaino

24,82 g/mol

Sulamispiste

Sublima noin 3000 ° C: ssa.

Tiheys

Kuusikulmainen BN = 2,25 g/cm³

Kuutio BN = 3,47 g/cm³

Liukoisuus

Liukenee hieman kuumaan alkoholiin.

Kemialliset ominaisuudet

Typen ja boorin (kolminkertaisen sidos) boorinitridin välisen voimakkaan yhteyden vuoksi on suuri vastustuskyky kemialliselle hyökkäykselle ja se on erittäin stabiili.

Se on liukenematon hapoissa, kuten HCL -suolahappo, typpihappo HNO₃ ja rikkihappo H₂Sw₄. Mutta se liukenee sulaan emäksiän, kuten LIOH -litiumhydroksidi, KOH -kaliumhydroksidi ja NaOH -natriumhydroksidi.

Se ei reagoi useimpien metallien, lasien tai suolojen kanssa. Joskus reagoi fosforihapon H kanssa₃Poikki₄. Voit vastustaa hapettumista korkeissa lämpötiloissa. BN on vakaa ilmassa, mutta vesi hydrolysoi hitaasti.

Bn: tä hyökkää fluori F -kaasulla₂ ja HF -fluoriahapolla.

Muut fysikaaliset ominaisuudet

Sillä on korkea lämmönjohtavuus, korkea lämmön stabiilisuus ja korkea sähkövastus, ts. Se on hyvä sähköeriste. On korkea pinta -ala.

H-BN (kuusikulmainen BN) on kiinteä epämääräinen koskettaa, samanlainen kuin grafiitti.

Kun lämmitetään H-BN korkeassa lämpötilassa ja paineesta tulee C-BN-kuutiomuoto, joka on erittäin kova. Joidenkin lähteiden mukaan hän pystyy raaputtamaan timanttia.

BN -pohjaisissa materiaaleissa on epäorgaaniset epäpuhtausastiat (kuten raskasmetalli -ionit) ja orgaaniset epäpuhtaudet (kuten lääkevärit ja molekyylit).

Sorción tarkoittaa, että se on vuorovaikutuksessa heidän kanssaan ja voi adsorboida tai absorboida ne.

Saada

H-BN-pöly valmistetaan reaktiolla boorin bioksidin B välillä₂JOMPIKUMPI₃ tai boorihappo H₃Bo₃ Ammoniakin NH: n kanssa₃ tai urean kanssa₂(CO) NH₂ typen ilmakehässä n₂.

Voi palvella sinua: Mount Olympus (Mars)

BN voidaan saada myös reagoimalla boori ammoniakin kanssa erittäin korkeassa lämpötilassa.

Toinen tapa valmistaa se on Diborano B: ltä₂H₆ ja ammoniakki NH₃ käyttämällä inertti kaasua ja korkeita lämpötiloja (600-1080 ° C):

B -₂H₆ + 2 NH₃ → 2 bn + 6 h₂

Sovellukset

HE-BN: llä (kuusikulmaisella boorin Niturolla) on erilaisia ​​tärkeitä sovelluksia sen ominaisuuksien perusteella:

-Kiinteänä voiteluaineena

-Kosmetiikan lisäaineena

-Korkean lämpötilan sähköisissä eristeissä

-Upokkaissa ja reaktioaluksissa

-Haihdutusmuoteissa ja astioissa

-Vedyn varastointia varten

-Katalysoinnissa

-Adsorbovesien epäpuhtauksille

Kuutio boori nitruro (C-BN) sen kovuuden suhteen on melkein yhtä suuri kuin timantin kovuus:

-Leikkaamalla työkaluja kovien rautamateriaalien, kuten kovien teräslejeerinkien, valuraudan ja työkalut

-Parantaa muiden kovien materiaalien, kuten tiettyjen keramiikan leikkaustyökalujen, kovuuden ja kestävyyden parantamiseksi.

Jotkut leikkaustyökalut voivat sisältää boorin nitruroa suuremman kovuuden osoittamiseksi. Kirjoittaja: Michael Schwarzenberger. Lähde: Pixabay.

- BN: n ohuiden kalvojen käyttö

Ne ovat erittäin hyödyllisiä puolijohdelaitteistotekniikassa, jotka ovat elektronisia laitteiden komponentteja. He palvelevat esimerkiksi:

-Litteiden diodien valmistukseen; Diodit ovat laitteita, jotka sallivat sähkön kiertämisen yhdessä mielessä

-Metalli-puolijohde-muistidiodeissa, kuten al-Bn-sio₂-Joo

-Integroiduissa piireissä jännitteen rajoittajana

-Tiettyjen materiaalien kovuuden lisäämiseksi

-Jotkut hapettumismateriaalit

-Monentyyppisten laitteiden kemiallisen stabiilisuus ja sähköinen eristys

-Ohuessa kalvon lauhduttimessa

Jotkut diodit ja kondensaattorit voivat sisältää boorinitridiä. Kirjoittaja: Sinisa Maric. Lähde: Pixabay.

- BN -nanoputkien käyttö

Nanoputket ovat rakenteita, jotka molekyylitasolla ovat putkien muotoisia. Ne ovat putkia, jotka ovat niin pieniä, että ne voidaan nähdä vain erityisillä mikroskoopeilla.

Alla on joitain BN -nanoputkien ominaisuuksia:

-Heillä on korkea hydrofobisuus, ts. He hylkäävät vettä

-Niillä on suuri vastus hapettumiselle ja lämmölle (hapettuminen voi vastustaa jopa 1000 ° C: ta)

-Niillä on korkea vedyn varastointikyky

-Ne imevät säteilyä

-Ne ovat erittäin hyviä sähköeristimiä

Voi palvella sinua: Resistanssilämpömittari: Ominaisuudet, toiminta, käyttö

-Heillä on korkea lämmönjohtavuus

-Sen erinomainen vastus korkeiden lämpötilojen hapettumiselle tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää lisäämään stabiilisuutta pinnan hapettumiseen.

-Hydrofobisuutensa vuoksi niitä voidaan käyttää superhydrofobisten pintojen valmistukseen, ts. Heillä ei ole affiniteettia veteen ja vesi ei tunkeudu heihin.

-BN -nanoputket parantavat tiettyjen materiaalien ominaisuuksia, esimerkiksi sitä on käytetty lisäämään kovuutta ja lasin murtumankestävyyttä.

Boorin nitruron nipubos, jota havaittiin mikroskoopilla. Keun hänen Kim et ai. [CC 4: llä.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/4.0)]. Lähde: Wikimedia Commons.

Lääketieteellisissä sovelluksissa

BN -nanoputket on testattu syöpälääketieteen kantajina, kuten doksorubisiini. Tietyt koostumukset näihin materiaaleihin lisäsivät kemoterapian tehokkuutta mainitulla lääkkeellä.

Useissa kokemuksissa on osoitettu, että BN -nanoputkilla on potentiaalia kuljettaa uusia lääkkeitä ja vapauttaa ne oikein.

BN -nanoputkien käyttöä polymeerisissä biomateriaaleissa on tutkittu niiden kovuuden, hajoamisen ja kestävyyden nopeuden lisäämiseksi. Nämä ovat materiaaleja, joita käytetään esimerkiksi ortopedisissa implantteissa.

Antureina

BN -nanoputkia on käytetty uusien laitteiden rakentamiseen kosteuden, hiilidioksidin havaitsemiseksi₂ ja kliinisiin diagnooseihin. Nämä anturit ovat osoittaneet nopean vasteen ja lyhyen palautumisajan.

BN -materiaalien mahdollinen toksisuus

BN -nanoputkien mahdollisista myrkyllisistä vaikutuksista on jonkin verran huolta. Sen sytotoksisuudesta ei ole selvää yksimielisyyttä, koska jotkut tutkimukset osoittavat, että ne ovat myrkyllisiä soluille, kun taas toiset osoittavat päinvastaista.

Tämä johtuu sen hydrofobisuudesta tai liukenemattomuudesta vedessä, koska biologisten materiaalien tutkimusten on vaikea suorittaa.

Jotkut tutkijat ovat peittäneet BN -nanoputkien pinnan muiden yhdisteiden kanssa, jotka suosivat niiden liukoisuutta vedessä, mutta tämä on lisännyt kokemuksia suurempaa epävarmuutta.

Vaikka useimmat tutkimukset osoittavat, että niiden toksisuus on alhainen, arvioidaan, että tarkempi tutkimus tulisi suorittaa.

Viitteet

1. Xiong, J. et al. (2020). Kuusikulmainen boorinitride Adsorbent: Synteesi, suorituskyvyn räätälöinti ja sovellukset. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Lukijalle palautettu.Elsevier.com.
2. Mikasyan, a.S. (2017). Boorinitride. Itsensä leviävän korkean lämpötilan synteesin tiiviissä tietosanakirjassa. ScienEdirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). Boorin nitridnanoputkien ja niiden sovellusten synteesi. Beilstein J. Nanoteknoli. 2015, 6, 84-102. NCBI toipunut.Nlm.NIH.Hallitus.
4. Sya, S.P.S. (1988). Boornitridi -ohutkalvojen valmistelu, ominaisuudet ja sovellukset. Ohuet kiinteät kalvot, 157 (1988) 267-282. ScienEdirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Kuutio boorinitridiä sisältävät keraamiset matriisikomposiitit leikkaustyökaluihin. Keraamisten matriisikomposiittien edistyksessä. ScienEdirect.com.
6. Puuvilla, f. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Edistynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
7. Suanarsan, V. (2017). Vihamielisen kemiallisen ympäristön materiaalit. Materiaaleissa äärimmäisissä olosuhteissa. ScienEdirect.com
8. Dean, J.-Lla. (Toimittaja) (1973). Langen kemian käsikirja. McGraw-Hill Company.
9. Mahan, b.H. (1968). Yliopiston kemia. Inter -American Educational Fund, S.-Lla.