BORNITRID (BN): STRUKTUR, EGENSKAPER, PRODUKSJON, BRUK - FYSISK - 2026

Den bornitrid er et uorganisk fast stoff ble dannet ved forening av et boratom (B) med et nitrogenatom (N). Den kjemiske formelen er BN. Det er et hvitt fast stoff som er meget motstandsdyktig mot høye temperaturer og er en god varmeleder. Det brukes for eksempel til å lage laboratoriedigler.

Bornitrid (BN) er motstandsdyktig mot mange syrer, men det har en viss svakhet å angripe av flussyre og smeltede baser. Det er en god isolator av strøm.

Struktur av bornitrid (BN). Akeramop. Kilde: Wikimedia Commons.

Det oppnås i forskjellige krystallinske strukturer, hvorav de viktigste er sekskantet og kubisk. Den sekskantede strukturen ligner grafitt og er glatt, og det er grunnen til at den brukes som smøremiddel.

Den kubiske strukturen er nesten like hard som diamant og brukes til å lage skjæreverktøy og for å forbedre seigheten til andre materialer.

Med bornitrid kan det lages mikroskopiske (ekstremt tynne) rør kalt nanorør, som har medisinske anvendelser, for eksempel for transport i kroppen og frigjøring av medikamenter mot kreftsvulster.

Struktur

Bornitrid (BN) er en forbindelse hvor bor og nitrogenatomer er kovalent bundet med en trippelbinding.

Et isolert bornitridmolekyl har et boratom og et nitrogenatom forbundet med en trippelbinding. Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

I den faste fase består BN av et like stort antall bor og nitrogenatomer i form av 6-leddede ringer.

Resonansstrukturer av en BN-ring. Forfatter: Teachi. Kilde: Wikimedia Commons.

BN eksisterer i fire krystallinske former: heksagonal (h-BN) som ligner grafitt, kubisk (c-BN) som ligner diamant, rombohedral (r-BN) og wurtzite (w-BN).

Strukturen til h-BN ligner på grafitt, det vil si at den har planer av sekskantede ringer som har vekslende bor- og nitrogenatomer.

Struktur i form av separate planer av sekskantet bornitrid. Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

Det er stor avstand mellom h-BN-flyene som antyder at de bare er samlet av van der Waals-styrker, som er veldig svake tiltrekningskrefter og flyene lett kan gli over hverandre.

Av denne grunn er h-BN kremaktig å ta på.

Strukturen til kubikk BN c-BN ligner diamant.

Sammenligning mellom kubisk bornitrid (venstre) og sekskantet (høyre). fra: Benutzer: Oddball, vektorversjon av chris 論. Kilde: Wikimedia Commons.

nomenklatur

Bornitrid

Egenskaper

Fysisk tilstand

Fett hvit fast eller glatt å ta på.

Molekylær vekt

24,82 g / mol

Smeltepunkt

Sublimerer ved omtrent 3000 ºC.

tetthet

Hex BN = 2,25 g / cm ³

Kubikk BN = 3,47 g / cm ³

løselighet

Litt løselig i varm alkohol.

Kjemiske egenskaper

På grunn av den sterke bindingen mellom nitrogen og bor (trippelbinding) har bornitrid en høy motstand mot kjemisk angrep og er veldig stabil.

Det er uoppløselig i syrer, slik som saltsyre, HCl, salpetersyre HNO _3, og svovelsyre H ₂ SO ₄ . Men det er løselig i smeltede baser som litiumhydroksyd LiOH, kaliumhydroksyd KOH og natriumhydroksyd NaOH.

Den reagerer ikke med de fleste metaller, glass eller salter. Noen ganger reagerer den med fosforsyre H ₃ PO ₄ . Det kan motstå oksidasjon ved høye temperaturer. BN har stabil luft, men hydrolyseres sakte med vann.

BN blir angrepet av fluorgass F ₂ og av fluoridsyre HF.

Andre fysiske egenskaper

Den har høy varmeledningsevne, høy termisk stabilitet og høy elektrisk motstand, det vil si at den er en god isolator av elektrisitet. Den har et høyt overflateareal.

H-BN (sekskantet BN) er et uvanlig fast stoff å berøre, ligner grafitt.

Ved oppvarming av h-BN ved forhøyet temperatur og trykk, konverteres den til kubisk form c-BN som er ekstremt hard. Ifølge noen kilder er det i stand til å klø diamanten.

BN-baserte materialer har evnen til å absorbere uorganiske forurensninger (som tungmetallioner) og organiske forurensninger (som fargestoffer og medikamentmolekyler).

Sorption betyr at du samhandler med dem og kan adsorbere eller absorbere dem.

Å skaffe

Den h-BN-pulver fremstilles ved omsetning av bortrioksyd B ₂ O ₃ eller borsyre H ₃ BO ₃ med ammoniakk NH ₃ eller med urea NH ₂ (CO) NH ₂ under en nitrogenatmosfære N ₂ .

BN kan også oppnås ved å reagere bor med ammoniakk ved meget høy temperatur.

En annen måte å fremstille det er fra diboran B ₂ H ₆ og NH ₃ ammoniakk ved bruk av en inert gass og høye temperaturer (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

applikasjoner

H-BN (sekskantet bornitrid) har en rekke viktige bruksområder basert på dens egenskaper:

-Som et fast smøremiddel

-Som tilsetningsstoff til kosmetikk

-I elektriske isolatorer med høy temperatur

-I digler og reaksjonsskip

-I muggsopp og fordampningsfartøy

-For hydrogenlagring

-I katalyse

-For å absorbere miljøgifter fra kloakk

Kubisk bornitrid (c-BN) for sin hardhet nesten lik diamant brukes:

-I skjæreverktøy for maskinering av harde jernholdige materialer, for eksempel hardt legert stål, støpejern og verktøystål

-For å forbedre hardheten og slitestyrken til andre harde materialer, som for eksempel keramikk, til skjæreverktøy.

Noen skjæreverktøy kan inneholde bornitrid for å utvise økt hardhet. Forfatter: Michael Schwarzenberger. Kilde: Pixabay.

- Bruk av tynne filmer av BN

De er veldig nyttige i teknologien til halvlederenheter, som er komponenter i elektronisk utstyr. De tjener for eksempel:

-For å lage flate dioder; dioder er enheter som lar strøm sirkulere i en retning

-I metallisolator-halvlederdioder, for eksempel Al-BN-SiO _2- Si

-I integrerte kretser som spenningsbegrenser

-For å øke hardheten til visse materialer

-For å beskytte noen materialer mot oksidasjon

-For å øke den kjemiske stabiliteten og den elektriske isolasjonen til mange typer enheter

-I tynne filmkondensatorer

Noen dioder og kondensatorer kan inneholde bornitrid. Forfatter: Sinisa Maric. Kilde: Pixabay.

- Bruk av BN nanorør

Nanorør er strukturer som på molekylært nivå er formet som rør. Det er rør som er så små at de bare kan sees med spesielle mikroskop.

Her er noen av egenskapene til BN nanorør:

-De har en høy hydrofobisitet, det vil si at de avviser vann

-De har høy motstand mot oksidasjon og varme (de kan motstå oksidasjon opp til 1000 ° C)

-Vise en høy hydrogenlagringskapasitet

- absorbere stråling

-De er veldig gode isolatorer av strøm

-De har en høy varmeledningsevne

-Den utmerket motstand mot oksidasjon ved høye temperaturer betyr at de kan brukes til å øke overflatenes oksidasjonsstabilitet.

-På grunn av hydrofobiteten deres kan de brukes til å fremstille superhydrofobe overflater, det vil si at de ikke har noen tilknytning til vann og vann trenger ikke gjennom dem.

-BN nanorør forbedrer egenskapene til visse materialer, for eksempel har det blitt brukt for å øke hardheten og motstanden mot brudd i glass.

Nanorør av bornitrid observert under et mikroskop. Keun Su Kim et al. . Kilde: Wikimedia Commons.

I medisinske applikasjoner

BN-nanorør er testet som bærere for kreftmedisiner som doxorubicin. Visse sammensetninger med disse materialene økte effektiviteten av cellegift med nevnte medikament.

I flere erfaringer har BN-nanorør vist seg å ha potensial til å transportere nye medisiner og frigjøre dem ordentlig.

Bruken av BN-nanorør i polymere biomaterialer er undersøkt for å øke deres hardhet, nedbrytningshastighet og holdbarhet. Dette er materialer som brukes for eksempel i ortopediske implantater.

Som sensorer

BN nanorør er blitt brukt til å bygge nye apparater for å påvise fuktighet, karbondioksid CO ₂ og for klinisk diagnostikk. Disse sensorene har vist en rask respons og en kort utvinningstid.

Mulig toksisitet av BN-materialer

Det er en viss bekymring for de mulige toksiske effektene av BN nanorør. Det er ingen klar enighet om deres cytotoksisitet, siden noen studier indikerer at de er giftige for celler, mens andre indikerer det motsatte.

Dette skyldes hydrofobisiteten eller uoppløseligheten i vann, da det gjør det vanskelig å utføre studier på biologiske materialer.

Noen forskere har belagt overflaten på BN nanorør med andre forbindelser som favoriserer deres løselighet i vann, men dette har gitt større usikkerhet i opplevelsene.

Selv om de fleste studier indikerer at nivået av toksisitet er lavt, anslås det at mer presise undersøkelser bør utføres.

referanser

1. Xiong, J. et al. (2020). Heksagonal bornitrid adsorbent: Syntese, ytelse skreddersøm og applikasjoner. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Gjenopprettet fra reader.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Bor Nitride. I Concise Encyclopedia of Self-propagating Synthesis med høy temperatur. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). Syntese av nanorør av bornitrid og deres anvendelser. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Forberedelse, egenskaper og bruksområder for tynnfilm av bornitride. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Kubisk bornitridholdig keramisk matriks-kompositt for skjæreverktøy. I fremskritt i keramiske matrise kompositter. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
7. Sudarsan, V. (2017). Materialer for fiendtlige kjemiske miljøer. I materialer under ekstreme forhold. Gjenopprettet fra sciencedirect.com
8. Dean, JA (redaktør) (1973). Langes Håndbok for kjemi. McGraw-Hill Company.
9. Mahan, BH (1968). Universitetskjemi. Fondo Educativo Interamericano, SA