BORON NITRIDE (BN): ISTRAKTURA, MGA KATANGIAN, PAGGAWA, GINAGAMIT - PISIKAL - 2025

Ang boron nitride ay isang hindi organikong solid na nabuo ng unyon ng isang boron na atom (B) na may isang nitrogen atom (N). Ang formula ng kemikal nito ay BN. Ito ay isang puting solid na lubos na lumalaban sa mataas na temperatura at isang mahusay na conductor ng init. Ginagamit ito, halimbawa, upang gumawa ng mga crucible sa laboratoryo.

Ang Boron nitride (BN) ay lumalaban sa maraming mga acid, gayunpaman, mayroon itong isang tiyak na kahinaan na atake sa pamamagitan ng hydrofluoric acid at ng mga tinunaw na base. Ito ay isang mahusay na insulator ng koryente.

Istraktura ng boron nitride (BN). Akeramop. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Nakukuha ito sa iba't ibang mga istruktura ng mala-kristal, kung saan ang pinakamahalaga ay heksagonal at kubiko. Ang istraktura ng heksagonal ay kahawig ng grapayt at madulas, na kung saan ito ay ginagamit bilang isang pampadulas.

Ang kubiko na istraktura ay halos kasing mahirap ng brilyante at ginagamit upang gumawa ng mga tool sa paggupit at upang mapabuti ang katigasan ng iba pang mga materyales.

Sa boron nitride, ang mga mikroskopiko (sobrang manipis) na mga tubo na tinatawag na nanotubes ay maaaring gawin, na mayroong mga medikal na aplikasyon, tulad ng para sa transportasyon sa loob ng katawan at paglabas ng mga gamot laban sa mga tumor sa cancer.

Istraktura

Ang Boron nitride (BN) ay isang compound kung saan ang mga boron at nitrogen atoms ay covalently bonded na may isang triple bond.

Ang isang nakahiwalay na molekulang boron nitride ay may isang boron na atom at isang nitrogen nitrogen na sinamahan ng isang triple bond. Benjah-bmm27. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Sa solidong yugto, ang BN ay binubuo ng isang pantay na bilang ng mga boron at nitrogen atoms sa anyo ng 6-lamad na singsing.

Mga istruktura ng resonansya ng isang singsing ng BN. May-akda: Teachi. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang BN ay umiiral sa apat na mga anyong kristal: hexagonal (h-BN) na katulad ng grapiko, cubic (c-BN) na katulad ng diyamante, rhombohedral (r-BN) at wurtzite (w-BN).

Ang istraktura ng h-BN ay katulad sa grapiko, iyon ay, mayroon itong mga eroplano ng mga singsing na heksagonal na mayroong mga alternating boron at nitrogen atom.

Istraktura sa anyo ng magkahiwalay na eroplano ng hexagonal boron nitride. Benjah-bmm27. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Mayroong isang malaking distansya sa pagitan ng mga eroplano ng h-BN na nagmumungkahi na sila ay sumali lamang sa pamamagitan ng mga puwersa ng van der Waals, na napakahina na mga puwersa ng pang-akit at ang mga eroplano ay madaling dumulas sa bawat isa.

Para sa kadahilanang ito, ang h-BN ay creamy sa touch.

Ang istraktura ng kubiko na BN c-BN ay katulad ng diyamante.

Paghahambing sa pagitan ng kubiko boron nitride (kaliwa) at heksagonal (kanan). mula sa: Benutzer: Oddball, bersyon ng vector ni chris 論. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Pangngalan

Boron nitride

Ari-arian

Pisikal na estado

Madulas na puting solid o madulas sa touch.

Ang bigat ng molekular

24.82 g / mol

Temperatura ng pagkatunaw

Nagpapalabas ng humigit-kumulang na 3000 ºC.

Density

Hex BN = 2.25 g / cm ³

Cubic BN = 3.47 g / cm ³

Solubility

Bahagyang natutunaw sa mainit na alkohol.

Mga katangian ng kemikal

Dahil sa malakas na bono sa pagitan ng nitrogen at boron (triple bond), ang boron nitride ay may mataas na pagtutol sa pag-atake ng kemikal at napaka-matatag.

Ito ay hindi matutunaw sa mga acid tulad ng hydrochloric acid HCl, nitric acid HNO _3, at sulfuric acid H ₂ SO ₄ . Ngunit natutunaw ito sa mga tinunaw na base tulad ng lithium hydroxide LiOH, potassium hydroxide KOH, at sodium hydroxide NaOH.

Hindi ito reaksyon sa karamihan ng mga metal, baso o asin. Minsan nag-reaksyon ito sa phosphoric acid H ₃ PO ₄ . Maaari itong pigilan ang oksihenasyon sa mataas na temperatura. Ang BN ay matatag sa hangin ngunit dahan-dahang hydrolyzed ng tubig.

Ang BN ay inaatake ng fluorine gas F ₂ at ng hydrofluoric acid HF.

Iba pang mga pisikal na katangian

Mayroon itong mataas na thermal conductivity, mataas na thermal stability at mataas na de-koryenteng resistivity, iyon ay, ito ay isang mahusay na insulator ng koryente. Ito ay may isang mataas na lugar sa ibabaw.

Ang H-BN (hexagonal BN) ay isang walang sawang solid sa pagpindot, na katulad ng grapayt.

Sa pag-init ng h-BN sa mataas na temperatura at presyur na ito ay nag-convert sa kubiko form c-BN na kung saan ay sobrang mahirap. Ayon sa ilang mga mapagkukunan ito ay may kakayahang mag-scratch ng brilyante.

Ang mga materyales na nakabase sa BN ay may kakayahang sumipsip ng mga inorganikong kontaminado (tulad ng mabibigat na mga ions na metal) at mga organikong kontaminado (tulad ng mga dyes at mga molekula ng gamot).

Nangangahulugan na ang pakikipag-usap ay nakikipag-ugnay ka sa kanila at maaaring mag-adorb o sumipsip sa kanila.

Pagkuha

Ang H-BN pulbos ay inihanda sa pamamagitan ng reaksyon ng boron trioxide B ₂ O ₃ o boric acid H ₃ BO _{3 na} may ammonia NH ₃ o may urea NH ₂ (CO) NH _{2 sa} ilalim ng kapaligiran ng nitrogen N ₂ .

Gayundin ang BN ay maaaring makuha sa pamamagitan ng reaksyon ng boron na may ammonia sa napakataas na temperatura.

Ang isa pang paraan upang maihanda ito ay mula sa diborane B ₂ H ₆ at NH ₃ ammonia gamit ang isang inert gas at mataas na temperatura (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Aplikasyon

Ang H-BN (hexagonal boron nitride) ay may iba't ibang mahahalagang aplikasyon batay sa mga katangian nito:

-Ang isang solidong pampadulas

-Ang isang karagdagan sa mga pampaganda

-Sa mataas na temperatura electrical insulators

-Sa mga crucibles at mga vessel ng reaksyon

-Sa mga hulma at pagsingaw ng mga daluyan

-Para sa imbakan ng hydrogen

-Sa catalysis

-To adsorb pollutants mula sa dumi sa alkantarilya

Ang Cubic boron nitride (c-BN) sa tigas na halos katumbas ng diamante ay ginagamit:

-Sa paggupit ng mga tool para sa machining hard ferrous material, tulad ng hard alloy steel, cast iron, at tool steels

-Pagpabuti ang katigasan at pagsusuot ng iba pang mga matigas na materyales tulad ng ilang mga keramika para sa mga tool sa pagputol.

Ang ilang mga tool sa paggupit ay maaaring maglaman ng boron nitride upang ipakita ang pagtaas ng tigas. May-akda: Michael Schwarzenberger. Pinagmulan: Pixabay.

- Gumagamit ng mga manipis na pelikula ng BN

Ang mga ito ay lubos na kapaki-pakinabang sa teknolohiya ng mga aparato ng semiconductor, na mga bahagi ng elektronikong kagamitan. Nagsisilbi sila halimbawa:

-Magagawa ng mga flat diode; ang mga diode ay mga aparato na nagpapahintulot sa koryente na lumipat sa isang direksyon lamang

-Sa mga diode ng memorya ng metal-insulator-semiconductor, tulad ng Al-BN-SiO ₂ -Si

-Sa integrated circuit na bilang isang limiter boltahe

-Upang madagdagan ang tigas ng ilang mga materyales

-Upang protektahan ang ilang mga materyales mula sa oksihenasyon

-Upang taasan ang katatagan ng kemikal at pagkakabukod ng de-koryenteng maraming uri ng mga aparato

-Sa manipis na mga capacitor ng pelikula

Ang ilang mga diode at capacitor ay maaaring maglaman ng boron nitride. May-akda: Sinisa Maric. Pinagmulan: Pixabay.

- Gumagamit ng mga nanotubes ng BN

Ang mga nanotubes ay mga istruktura na sa antas ng molekular ay hugis tulad ng mga tubo. Ang mga ito ay mga tubo na napakaliit na maaari lamang silang makita ng mga espesyal na mikroskopyo.

Narito ang ilan sa mga katangian ng mga nanotubes ng BN:

-May mga ito ay may mataas na hydrophobicity, iyon ay, tinataboy nila ang tubig

-May mataas na resistensya sa oksihenasyon at init (maaari nilang pigilan ang oksihenasyon hanggang sa 1000 ° C)

-Makita ng isang mataas na kapasidad ng imbakan ng hydrogen

-Absorb radiation

-Ang mga ito ay napakahusay na mga insulator ng elektrisidad

-May mga ito ay may mataas na thermal conductivity

-Ang mahusay na paglaban sa oksihenasyon sa mataas na temperatura ay nangangahulugang maaari silang magamit upang madagdagan ang katatagan ng oksihenasyon ng mga ibabaw.

-Dahil sa kanilang hydrophobicity maaari silang magamit upang maghanda ng sobrang hydrophobic ibabaw, iyon ay, wala silang pagkakaugnay sa tubig at tubig ay hindi tumagos sa kanila.

-BN mga nanotubes ay nagpapabuti sa mga katangian ng ilang mga materyales, halimbawa, ginamit ito upang madagdagan ang tigas at paglaban sa bali ng baso.

Ang mga nanotubes ng Boron nitride na sinusunod sa ilalim ng isang mikroskopyo. Keun Su Kim et al. . Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Sa mga medikal na aplikasyon

Ang mga nanotubes ng BN ay nasubok bilang mga tagadala ng mga gamot sa cancer tulad ng doxorubicin. Ang ilang mga komposisyon sa mga materyales na ito ay nadagdagan ang kahusayan ng chemotherapy na may sinabi na gamot.

Sa maraming mga karanasan, ipinakita ang mga nanotubes ng BN na may potensyal na magdala ng mga bagong gamot at maayos na ilabas ang mga ito.

Ang paggamit ng mga nanotubes ng BN sa polymeric biomaterial ay sinisiyasat upang madagdagan ang kanilang tigas, bilis ng pagkasira at tibay. Ito ang mga materyales na ginagamit halimbawa sa orthopedic implants.

Bilang mga sensor

Ang mga nanotubes ng BN ay ginamit upang makabuo ng mga aparato ng nobela para sa pag-detect ng kahalumigmigan, carbon dioxide CO _2, at para sa mga klinikal na diagnostic. Ang mga sensor na ito ay nagpakita ng isang mabilis na tugon at isang maikling oras ng pagbawi.

Posibleng pagkakalason ng mga materyales sa BN

Mayroong ilang mga alalahanin tungkol sa mga posibleng nakakalason na epekto ng mga nanotubes ng BN. Walang malinaw na pinagkasunduan tungkol sa kanilang cytotoxicity, dahil ang ilang mga pag-aaral ay nagpapahiwatig na nakakalason sa mga selula, habang ang iba ay nagpapahiwatig ng kabaligtaran.

Ito ay dahil sa hydrophobicity o kawalan ng lakas sa tubig, dahil mahirap itong magsagawa ng mga pag-aaral sa mga biological na materyales.

Ang ilang mga mananaliksik ay pinahiran ang ibabaw ng mga nanotubes ng BN sa iba pang mga compound na pabor sa kanilang pag-solubility sa tubig, ngunit ito ay nagdagdag ng higit na kawalan ng katiyakan sa mga karanasan.

Bagaman ang karamihan sa mga pag-aaral ay nagpapahiwatig na ang antas ng pagkakalason nito ay mababa, tinatantiya na mas tumpak na pagsisiyasat ang dapat gawin.

Mga Sanggunian

1. Xiong, J. et al. (2020). Hexagonal boron nitride adsorbent: Sintesis, pag-aayos ng pagganap at mga aplikasyon. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Nabawi mula sa mambabasa.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Boron Nitride. Sa Concise Encyclopedia ng Self-Propagating High-temperatura Synthesis. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). Synthesis ng boron nitride nanotubes at ang kanilang mga aplikasyon. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Nabawi mula sa ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Paghahanda, Mga Katangian at Aplikasyon ng Boron Nitride Thin Films. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Cubic boron nitride na naglalaman ng mga ceramic matrix composite para sa paggupit ng mga tool. Sa Mga Pagsulong sa Mga Ceramic Matrix Composites. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert at Wilkinson, Geoffrey. (1980). Advanced na Diorganikong Chemistry. Pang-apat na Edisyon. John Wiley at Mga Anak.
7. Sudarsan, V. (2017). Mga materyales para sa Mga Kaakit-akit na Pangkapaligiran ng Kemikal. Sa Mga Materyal Sa ilalim ng Matinding Kundisyon. Nabawi mula sa sciencedirect.com
8. Dean, JA (editor) (1973). Handbook ng Chemistry ni Lange. Kumpanya ng McGraw-Hill.
9. Mahan, BH (1968). Chemistry ng Unibersidad. Fondo Educativo Interamericano, SA