BORNITRID (BN): STRUKTUR, EGENSKAPER, PRODUKTION, ANVÄNDNING - FYSISK - 2025

Den bornitriden är en oorganisk fast substans bildades genom sammanslagning av en boratom (B) med en kväveatom (N). Dess kemiska formel är BN. Det är ett vitt fast ämne som är mycket motståndskraftigt mot höga temperaturer och är en god värmeledare. Det används till exempel för att göra laboratorie-degel.

Bornitrid (BN) är resistent mot många syror, men det har en viss svaghet att attackera av fluorvätesyra och smälta baser. Det är en bra isolator för el.

Strukturen för bornitrid (BN). Akeramop. Källa: Wikimedia Commons.

Det erhålls i olika kristallina strukturer, varav de viktigaste är hexagonala och kubiska. Den sexkantiga strukturen liknar grafit och är hal, varför den används som smörjmedel.

Den kubiska strukturen är nästan lika hård som diamant och används för att göra skärverktyg och för att förbättra segheten hos andra material.

Bornitrid kan göra mikroskopiska (extremt tunna) rör som kallas nanorör, som har medicinska tillämpningar, såsom att transportera i kroppen och släppa ut läkemedel mot cancertumörer.

Strukturera

Bornitrid (BN) är en förening där bor och kväveatomer är kovalent bundna med en trippelbindning.

En isolerad bornitridmolekyl har en boratom och en kväveatom förenad av en trippelbindning. Benjah-bmm27. Källa: Wikimedia Commons.

I den fasta fasen består BN av ett lika stort antal bor- och kväveatomer i form av 6-ledade ringar.

Resonansstrukturer i en BN-ring. Författare: Teachi. Källa: Wikimedia Commons.

BN existerar i fyra kristallina former: hexagonal (h-BN) liknande grafit, kubisk (c-BN) liknande diamant, rombohedral (r-BN) och wurtzite (w-BN).

Strukturen för h-BN liknar den hos grafit, det vill säga den har plan av hexagonala ringar som har växlande bor- och kväveatomer.

Struktur i form av separata plan av hexagonal bornitrid. Benjah-bmm27. Källa: Wikimedia Commons.

Det finns ett stort avstånd mellan h-BN-plan som antyder att de endast förenas av van der Waals-krafter, som är mycket svaga dragkrafter och planen kan lätt glida över varandra.

Av denna anledning är h-BN krämig vid beröring.

Strukturen för kubik BN c-BN liknar diamant.

Jämförelse mellan kubisk bornitrid (vänster) och hexagonal (höger). från: Benutzer: Oddball, vektorversion av chris 論. Källa: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

Bornitrid

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Fet vitt fast eller halt vid beröring.

Molekylvikt

24,82 g / mol

Smältpunkt

Sublimerar vid cirka 3000 ºC.

Densitet

Hex BN = 2,25 g / cm ³

Kubisk BN = 3,47 g / cm ³

löslighet

Lite lösligt i varm alkohol.

Kemiska egenskaper

På grund av den starka bindningen mellan kväve och bor (trippelbindning) har bornitrid en hög resistens mot kemisk attack och är mycket stabil.

Det är olösligt i syror såsom saltsyra HCl, salpetersyra HNO _3, och svavelsyra H ₂ SO ₄ . Men det är lösligt i smälta baser som litiumhydroxid LiOH, kaliumhydroxid KOH och natriumhydroxid NaOH.

Det reagerar inte med de flesta metaller, glas eller salter. Ibland reagerar det med fosforsyra H ₃ PO ₄ . Det kan motstå oxidation vid höga temperaturer. BN är stabil i luft men hydrolyseras långsamt med vatten.

BN angrips av fluorgas F ₂ och genom fluorvätesyra HF.

Andra fysiska egenskaper

Den har hög värmeledningsförmåga, hög termisk stabilitet och hög elektrisk resistivitet, det vill säga, det är en bra isolator för el. Den har en hög ytarea.

H-BN (hexagonal BN) är en oändlig fast form vid beröring, liknande grafit.

Vid upphettning av h-BN vid förhöjd temperatur och tryck omvandlas den till kubisk form c-BN som är extremt hård. Enligt vissa källor är det kapabelt att repa diamanten.

BN-baserade material har förmågan att absorbera oorganiska föroreningar (såsom tungmetalljoner) och organiska föroreningar (såsom färgämnen och läkemedelsmolekyler).

Sorption betyder att du interagerar med dem och kan adsorbera eller absorbera dem.

Erhållande

H-BN-pulver framställs genom omsättning av bortrioxid B ₂ O ₃ eller borsyra H ₃ BO ₃ med ammoniak NH ₃ eller med karbamid NH ₂ (CO) NH ₂ under en kväveatmosfär N ₂ .

Även BN kan erhållas genom att reagera bor med ammoniak vid mycket hög temperatur.

Ett annat sätt att framställa det är från diboran B ₂ H ₆ och NH ₃ ammoniak med användning av en inert gas och höga temperaturer (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

tillämpningar

H-BN (hexagonal bornitrid) har en mängd viktiga tillämpningar baserade på dess egenskaper:

-Som ett fast smörjmedel

-Som tillsatser till kosmetika

-I elektriska isolatorer vid hög temperatur

-I degel och reaktionskärl

-I formar och förångningskärl

-För vätlagring

-I katalys

-För att adsorbera föroreningar från avloppsvatten

Kubisk bornitrid (c-BN) för dess hårdhet nästan lika med diamant används:

-I skärverktyg för bearbetning av hårda järnhaltiga material, såsom hårdlegerat stål, gjutjärn och verktygsstål

-För att förbättra hårdheten och slitstyrkan hos andra hårda material såsom vissa keramik för skärverktyg.

Vissa skärverktyg kan innehålla bornitrid för att uppvisa ökad hårdhet. Författare: Michael Schwarzenberger. Källa: Pixabay.

- Användning av tunna filmer från BN

De är mycket användbara inom tekniken för halvledarapparater, som är komponenter i elektronisk utrustning. De tjänar till exempel:

-För att göra platta dioder; dioder är enheter som gör att elektricitet endast kan cirkulera i en riktning

-I metall-isolator-halvledarminnesdioder, såsom Al-BN-SiO _2- Si

-I integrerade kretsar som spänningsbegränsare

-För att öka hårdheten för vissa material

-För att skydda vissa material från oxidation

-För att öka den kemiska stabiliteten och den elektriska isoleringen för många typer av enheter

-I tunnfilmskondensatorer

Vissa dioder och kondensatorer kan innehålla bornitrid. Författare: Sinisa Maric. Källa: Pixabay.

- Användning av BN-nanorör

Nanorör är strukturer som på molekylnivå är formade som rör. Det är rör som är så små att de bara kan ses med speciella mikroskop.

Här är några av egenskaperna hos BN-nanorör:

-De har en hög hydrofobicitet, det vill säga de avvisar vatten

-De har hög motståndskraft mot oxidation och värme (de kan motstå oxidation upp till 1000 ° C)

-Visa ut hög kapacitet för vätelagring

-Absorbera strålning

-De är väldigt bra isolatorer för el

-De har en hög värmeledningsförmåga

-Den utmärkt motståndskraft mot oxidation vid höga temperaturer innebär att de kan användas för att öka ytans oxidationsstabilitet.

- På grund av deras hydrofobicitet kan de användas för att bereda superhydrofoba ytor, det vill säga de har ingen affinitet för vatten och vatten tränger inte igenom dem.

-BN-nanorör förbättrar egenskaperna hos vissa material, till exempel har det använts för att öka hårdheten och motståndskraften mot glasbrott.

Nanorör av bornitrid observerades under ett mikroskop. Keun Su Kim et al. . Källa: Wikimedia Commons.

I medicinska tillämpningar

BN-nanorör har testats som bärare för cancerläkemedel som doxorubicin. Vissa kompositioner med dessa material ökade effektiviteten för kemoterapi med nämnda läkemedel.

I flera erfarenheter har BN-nanorör visat sig ha potential att transportera nya läkemedel och släppa dem ordentligt.

Användningen av BN-nanorör i polymera biomaterial har undersökts för att öka deras hårdhet, nedbrytningshastighet och hållbarhet. Detta är material som används till exempel i ortopediska implantat.

Som sensorer

BN-nanorör har använts för att bygga nya anordningar för att detektera fukt, koldioxid CO ₂ och för klinisk diagnostik. Dessa sensorer har visat ett snabbt svar och en kort återhämtningstid.

Möjlig toxicitet för BN-material

Det finns viss oro över de möjliga toxiska effekterna av BN-nanorör. Det finns ingen tydlig enighet om deras cytotoxicitet, eftersom vissa studier indikerar att de är giftiga för celler, medan andra indikerar det motsatta.

Detta beror på dess hydrofobicitet eller olöslighet i vatten, eftersom det gör det svårt att utföra studier på biologiska material.

Vissa forskare har belagt ytan på BN-nanorör med andra föreningar som gynnar deras löslighet i vatten, men detta har ökat osäkerheten i upplevelserna.

Även om de flesta studier indikerar att dess toxicitet är låg, uppskattas det att mer exakta undersökningar bör genomföras.

referenser

1. Xiong, J. et al. (2020). Hexagonal bornitrid adsorbent: Syntes, skräddarsydd anpassning och applikationer. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Återställs från reader.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Bor Nitride. I Concise Encyclopedia of Self-propagating High-Temperature Synthesis. Återställs från sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). Syntes av nanorör av bornitrid och deras tillämpningar. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Återställs från ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Beredning, egenskaper och applikationer av tunn nitridfilmer. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Återställs från sciencedirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Kubisk bornitridhaltig keramisk matriskomposit för skärverktyg. I framsteg inom keramiska matriskompositer. Återställs från sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
7. Sudarsan, V. (2017). Material för fientliga kemiska miljöer. I material under extrema förhållanden. Återställs från sciencedirect.com
8. Dean, JA (redaktör) (1973). Langes handbok för kemi. McGraw-Hill Company.
9. Mahan, BH (1968). Universitetskemi. Fondo Educativo Interamericano, SA