Nitruro de Boro (BN) structuur, eigenschappen, verkrijgen, gebruik

Hij Boornitride Het is een anorganische vaste stof gevormd door de vereniging van een booratoom (b) met een stikstofatoom (n). De chemische formule is bn. Het is een zeer resistente witte vaste stof bij hoge temperaturen en is een goede warmtebestuurder. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om laboratoriumcrosols te produceren.

Boro Nituro (BN) is resistent tegen vele zuren, maar het heeft enige zwakte voor de aanvallen van fluoridezuur en de gesmolten basen. Het is een goede elektriciteitsisolator.

Boro nitride structuur (BN). Akeramop [Public Domain]. Bron: Wikimedia Commons.

Het wordt verkregen in verschillende kristallijne structuren, waarvan de belangrijkste zeshoekige en kubus zijn. De zeshoekige structuur lijkt op grafiet en is glad, dus deze wordt gebruikt als smeermiddel.

De kubieke structuur is bijna net zo hard als diamant en wordt gebruikt om snijgereedschap te produceren en om de hardheid van andere materialen te verbeteren.

Met boornitride kunt u microscopische buizen produceren (extreem dun) genaamd nanobuisjes, die medische toepassingen hebben, zoals transport in het lichaam en medicijnen afgeven tegen kankertumoren.

[TOC]

Structuur

Boro Nituro (BN) is een verbinding waar boor- en stikstofatomen covalent zijn verbonden met een drievoudige link.

Een geïsoleerd boornitridemolecuul heeft een stikstofstikstofatoom verenigd door een drievoudige link. Benjah-bmm27 [Public Domain]. Bron: Wikimedia Commons.

In vaste fase wordt de BN gevormd door een gelijk aantal boor- en stikstofatomen in de vorm van 6 ledenringen.

Resonantiestructuren van een BN -ring. Auteur: Teachi. Bron: Wikimedia Commons.

BN bestaat in vier kristallijne vormen: zeshoekige (H-BN) vergelijkbaar met grafiet, kubieke (C-BN) vergelijkbaar met Diamond, Rhomboédica (R-BN) en Wurtzita (W-BN).

De structuur van de H-BN is vergelijkbaar met die van grafiet, dat wil zeggen, het heeft hexagonale ringen vliegtuigen met boor- en stikstofatomen die afwisselen.

Structuur in de vorm van afzonderlijke vliegtuigen van zeshoekige boornitride. Benjah-bmm27 [Public Domain]. Bron: Wikimedia Commons.

Onder de H-BN-vliegtuigen is er een grote afstand die suggereert dat ze alleen verenigd zijn door van der Waals-krachten, die zeer zwakke aantrekkingskrachten zijn en de plannen kunnen gemakkelijk op elkaar glijden.

Kan u van dienst zijn: zon

Om deze reden is de H-BN onverbiddelijk aanvaard.

De structuur van de kubieke Bn C-Bn is vergelijkbaar met de diamant.

Vergelijking tussen kubieke nitruro (links) en zeshoekig (rechts). Van: Benutzer: Oddball, Vector -versie door Chris 論 [Public Domain]. Bron: Wikimedia Commons.

Nomenclatuur

Boornitride

Eigenschappen

Fysieke staat

Vette of gladde witte vaste stof om aan te raken.

Molecuulgewicht

24,82 g/mol

Smeltpunt

Sublima bij ongeveer 3000 ° C.

Dikte

Zeshoekige bn = 2,25 g/cm³

Cubic BN = 3,47 g/cm³

Oplosbaarheid

Enigszins oplosbaar in hete alcohol.

Chemische eigenschappen

Vanwege het sterke verband tussen stikstof en boor (drievoudige binding) heeft boornitride een hoge weerstand tegen chemische aanval en is zeer stabiel.

Het is onoplosbaar in zuren zoals HCl -zoutzuur, salpeterzuur HNO₃ en zwavelzuur h₂SW₄. Maar het is oplosbaar in gesmolten bases zoals LIOH lithiumhydroxide, koh -kaliumhydroxide en NaOH natriumhydroxide.

Het reageert niet met de meeste metalen, glas of zouten. Reageert soms met fosforzuur h₃Po₄. U kunt oxidatie weerstaan ​​bij hoge temperaturen. BN is stabiel in de lucht, maar het water hydrolyseert langzaam.

BN wordt aangevallen door fluor F -gas₂ en door HF fluorhorinezuur.

Andere fysieke eigenschappen

Het heeft een hoge thermische geleidbaarheid, hoge thermische stabiliteit en hoge elektrische weerstand, dat wil zeggen, het is een goede elektriciteitsisolator. Heeft een hoog oppervlak.

H-BN (zeshoekige BN) is een solide zalig om aan te raken, vergelijkbaar met grafiet.

Bij het verwarmen van de H-BN op hoge temperatuur en druk wordt de C-BN-kubieke vorm die extreem moeilijk is. Volgens sommige bronnen is hij in staat om de diamant te krabben.

BN -gebaseerde materialen hebben anorganische verontreinigende sorptiecapaciteit (zoals zware metaalionen) en organische verontreinigende stoffen (zoals kleurstoffen en moleculen).

Sorción betekent dat het met hen interageert en kan adsorberen of absorberen.

Het verkrijgen van

H-BN-stof wordt bereid door reactie tussen boorbioxide B₂OF₃ of boorzuur h₃Bo₃ Met ammoniak NH₃ of met ureum NH₂(CO) NH₂ onder stikstofatmosfeer n₂.

Kan u van dienst zijn: Mount Olympus (Mars)

BN kan ook worden verkregen door boor te reageren met ammoniak bij een zeer hoge temperatuur.

Een andere manier om het voor te bereiden is van Diborano B₂H₆ en ammoniak NH₃ met behulp van een inert gas en hoge temperaturen (600-1080 ° C):

B₂H₆ + 2 NH₃ → 2 Bn + 6 H₂

Toepassingen

De H-BN (zeshoekige boron nituro) heeft een verscheidenheid aan belangrijke toepassingen op basis van de eigenschappen:

-Als vaste smeermiddel

-Als additief voor cosmetica

-Bij elektrische isolatoren op hoge temperatuur

-In smeltkroes en reactievaten

-In verdampingsvormen en containers

-Voor waterstofopslag

-Bij katalyse

-Aan adsorb afvalwaterverontreinigende stoffen

Kubieke boor Nituro (C-BN) voor zijn hardheid die bijna gelijk is aan die van de diamant wordt gebruikt:

-Bij het snijden van gereedschap voor het bewerken

-Om de hardheid en weerstand tegen slijtage van andere harde materialen te verbeteren, zoals bepaald keramiek voor snijgereedschap.

Sommige snijgereedschappen kunnen boornitruro bevatten om een ​​grotere hardheid te vertonen. Auteur: Michael Schwarzenberger. Bron: Pixabay.

- Gebruik van dunne films van BN

Ze zijn erg handig in halfgeleiderapparaattechnologie, die componenten van elektronische apparatuur zijn. Ze dienen bijvoorbeeld:

-Om platte diodes te produceren; Diodes zijn apparaten die in zekere zin de circulatie van elektriciteit mogelijk maken

-In metaal-tot-halfgeleider geheugendiodes, zoals al-bn-sio₂-Ja

-In geïntegreerde circuits als spanningsbegrenzer

-Om de hardheid van bepaalde materialen te vergroten

-Om sommige oxidatiematerialen te beschermen

-Om de chemische stabiliteit en elektrische isolatie van vele soorten apparaten te vergroten

-In dunne filmcondensor

Sommige diodes en condensatoren kunnen boornitride bevatten. Auteur: Sinisa Maric. Bron: Pixabay.

- Gebruik van BN nanobuisjes

Nanobuisjes zijn structuren die op moleculair niveau de vorm hebben van buizen. Het zijn buizen die zo klein zijn dat ze alleen te zien zijn met speciale microscopen.

Hieronder staan ​​enkele van de kenmerken van BN -nanobuisjes:

-Ze hebben een hoge hydrofobiciteit, dat wil zeggen ze water afstoten

-Ze hebben een hoge weerstand tegen oxidatie en warmte (oxidatie kan weerstaan ​​tot 1000 ° C)

-Ze vertonen een hoge waterstofopslagcapaciteit

-Ze absorberen straling

-Het zijn zeer goede elektriciteitsisolatoren

Kan u van dienst zijn: Weerstandsthermometer: kenmerken, werking, gebruik

-Ze hebben een hoge thermische geleidbaarheid

-De uitstekende weerstand tegen oxidatie met hoge temperaturen betekent dat ze kunnen worden gebruikt om de stabiliteit naar oppervlakte -oxidatie te vergroten.

-Vanwege hun hydrofobiciteit kunnen ze worden gebruikt om superhydrofobe oppervlakken te bereiden, dat wil zeggen dat ze geen affiniteit hebben voor water en water doordringt ze niet.

-BN nanobuisjes verbeteren de eigenschappen van bepaalde materialen, bijvoorbeeld, het is gebruikt om de hardheid en weerstand tegen glazen breuk te vergroten.

Nitubo's van Nitruro van Boron waargenomen met een microscoop. Keun His Kim et al. [CC door 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/4.0)]. Bron: Wikimedia Commons.

In medische toepassingen

BN nanobuisjes zijn getest als kankergeneeskunde dragers zoals doxorubicine. Bepaalde samenstellingen met deze materialen verhoogden de efficiëntie van chemotherapie met genoemde geneesmiddel.

In verschillende ervaringen is aangetoond dat BN nanobuisjes het potentieel hebben om nieuwe medicijnen te vervoeren en goed vrij te geven.

Het gebruik van BN -nanobuisjes in polymere biomaterialen is onderzocht om hun hardheid, afbraak en duurzaamheidssnelheid te vergroten. Dit zijn materialen die bijvoorbeeld worden gebruikt in orthopedische implantaten.

Als sensoren

BN nanobuisjes zijn gebruikt om nieuwe apparaten te bouwen om vocht te detecteren, koolstofdioxide₂ en voor klinische diagnoses. Deze sensoren hebben een snelle reactie en een korte hersteltijd aangetoond.

Mogelijke toxiciteit van BN -materialen

Er is enige bezorgdheid over de mogelijke toxische effecten van BN -nanobuisjes. Er is geen duidelijke consensus over de cytotoxiciteit ervan, omdat sommige onderzoeken aangeven dat ze giftig zijn voor cellen, terwijl anderen het tegenovergestelde aangeven.

Dit komt door zijn hydrofobiciteit of onoplosbaarheid in water, omdat het moeilijk maakt om studies uit te voeren in biologische materialen.

Sommige onderzoekers hebben het oppervlak van BN -nanobuisjes bedekt met andere verbindingen die hun oplosbaarheid in water bevorderen, maar dit heeft meer onzekerheid in ervaringen toegevoegd.

Hoewel de meeste studies aangeven dat hun toxiciteitsniveau laag is, wordt geschat dat meer nauwkeurig onderzoek moet worden uitgevoerd.

Referenties

1. Xiong, J. et al. (2020). Hexagonal boron nitride adsorbens: synthese, prestatiebepaling en toepassingen. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Hersteld van de lezer.Elsevier.com.
2. Mukasyan, a.S. (2017). Boornitride. In beknopte encyclopedie van zelfpropagerende synthese met hoge temperaturen. Hersteld van Scientedirect.com.
3. Kalay, s. et al. (2015). Synthese van boornitride -nanobuisjes en hun toepassingen. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. NCBI hersteld.NLM.NIH.Gov.
4. Arya, s.P.S. (1988). Bereiding, eigenschappen en toepassingen van dunne boornitride -films. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Hersteld van Scientedirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Kubieke boornitride-bevattende keramische matrixcomposieten voor snijgereedschap. In vooruitgang in keramische matrixcomposieten. Hersteld van Scientedirect.com.
6. Katoen, f. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
7. Suanarsan, V. (2017). Materialen voor vijandige chemische omgeving. In materialen onder extreme omstandigheden. Hersteld van Scientedirect.com
8. Dean, J.NAAR. (redacteur) (1973). Lange's Handbook of Chemistry. McGraw-Hill Company.
9. Mahan, B.H. (1968). Universitaire chemie. Inter -American Educational Fund, s.NAAR.