- Структура
- Номенклатура
- свойства
- Физическое состояние
- Молекулярный вес
- Температура плавления
- плотность
- Растворимость
- Химические свойства
- Другие физические свойства
- получение
- Приложения
- - Использование тонких пленок BN
- - Использование нанотрубок BN
- В медицинских приложениях
- Как датчики
- Возможная токсичность материалов BN
- Ссылки
Нитрида бора представляет собой неорганическое твердое вещество , образованное объединение атома бора (В) с атомом азота (N). Его химическая формула - BN. Это белое твердое вещество, обладающее высокой устойчивостью к высоким температурам и хорошим проводником тепла. Его используют, например, для изготовления лабораторных тиглей.
Нитрид бора (BN) устойчив ко многим кислотам, однако он имеет определенную слабость к воздействию плавиковой кислоты и расплавленных оснований. Это хороший изолятор электричества.

Структура нитрида бора (BN). Акерамоп. Источник: Wikimedia Commons.
Его получают в различных кристаллических структурах, наиболее важными из которых являются гексагональные и кубические. Шестиугольная структура напоминает графит и скользкая, поэтому ее используют в качестве смазки.
Кубическая структура почти такая же твердая, как алмаз, и используется для изготовления режущих инструментов и повышения прочности других материалов.
Из нитрида бора можно изготавливать микроскопические (очень тонкие) трубки, называемые нанотрубками, которые имеют медицинское применение, например, для транспортировки по телу и выпуска лекарств против раковых опухолей.
Структура
Нитрид бора (BN) представляет собой соединение, в котором атомы бора и азота ковалентно связаны тройной связью.

Изолированная молекула нитрида бора имеет атом бора и атом азота, соединенные тройной связью. Benjah-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.
В твердой фазе BN состоит из равного числа атомов бора и азота в виде 6-членных колец.

Резонансные структуры кольца БН. Автор: Teachi. Источник: Wikimedia Commons.
BN существует в четырех кристаллических формах: гексагональной (h-BN), подобной графиту, кубической (c-BN), подобной алмазу, ромбоэдрической (r-BN) и вюрцитной (w-BN).
Структура h-BN похожа на структуру графита, то есть он имеет плоскости гексагональных колец, которые имеют чередующиеся атомы бора и азота.

Структура в виде отдельных плоскостей гексагонального нитрида бора. Benjah-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.
Между плоскостями h-BN существует большое расстояние, что предполагает, что они связаны только силами Ван-дер-Ваальса, которые являются очень слабыми силами притяжения, и плоскости могут легко скользить друг по другу.
По этой причине h-BN на ощупь кремовый.
Структура кубического BN c-BN аналогична алмазу.

Сравнение кубического нитрида бора (слева) и гексагонального (справа). от: Benutzer: Oddball, векторная версия Криса 論. Источник: Wikimedia Commons.
Номенклатура
Нитрид бора
свойства
Физическое состояние
Жирное белое твердое вещество или скользкое на ощупь.
Молекулярный вес
24,82 г / моль
Температура плавления
Сублимирует примерно при 3000 ºC.
плотность
Hex BN = 2,25 г / см 3
Кубический BN = 3,47 г / см 3
Растворимость
Слабо растворим в горячем спирте.
Химические свойства
Благодаря прочной связи между азотом и бором (тройная связь) нитрид бора имеет высокую стойкость к химическому воздействию и очень стабилен.
Он нерастворим в кислотах, таких как соляная кислота HCl, азотная кислота HNO 3 и серная кислота H 2 SO 4 . Но он растворим в расплавленных основаниях, таких как гидроксид лития LiOH, гидроксид калия KOH и гидроксид натрия NaOH.
Он не реагирует с большинством металлов, стекол или солей. Иногда реагирует с фосфорной кислотой H 3 PO 4 . Он может противостоять окислению при высоких температурах. BN стабилен на воздухе, но медленно гидролизуется водой.
BN подвергается воздействию газообразного фтора F 2 и плавиковой кислоты HF.
Другие физические свойства
Он имеет высокую теплопроводность, высокую термостойкость и высокое удельное электрическое сопротивление, то есть является хорошим изолятором электричества. Имеет большую площадь поверхности.
H-BN (гексагональный BN) на ощупь елейное твердое вещество, похожее на графит.
При нагревании h-BN при повышенной температуре и давлении он превращается в кубическую форму c-BN, которая является чрезвычайно твердой. По некоторым данным, он способен поцарапать алмаз.
Материалы на основе BN обладают способностью поглощать неорганические загрязнения (например, ионы тяжелых металлов) и органические загрязнения (например, красители и молекулы лекарств).
Сорбция означает, что вы взаимодействуете с ними и можете адсорбировать или поглощать их.
получение
Порошок h-BN получают взаимодействием триоксида бора B 2 O 3 или борной кислоты H 3 BO 3 с аммиаком NH 3 или с мочевиной NH 2 (CO) NH 2 в атмосфере азота N 2 .
Также BN можно получить реакцией бора с аммиаком при очень высокой температуре.
Другой способ его приготовления - из диборана B 2 H 6 и аммиака NH 3 с использованием инертного газа и высоких температур (600-1080 ° C):
B 2 H 6 + 2 NH 3 → 2 BN + 6 H 2
Приложения
H-BN (гексагональный нитрид бора) имеет множество важных применений в зависимости от его свойств:
-Как твердая смазка
-Как добавка к косметике
-В высокотемпературных электрических изоляторах
-В тиглях и реакционных сосудах
-В формах и испарителях
-Для хранения водорода
-В катализе
-Для адсорбции загрязняющих веществ из сточных вод
Кубический нитрид бора (c-BN) по твердости, почти равной твердости алмаза, используется:
-В режущем инструменте для обработки твердых черных металлов, таких как твердосплавная сталь, чугун и инструментальная сталь.
-Для повышения твердости и износостойкости других твердых материалов, таких как определенная керамика для режущих инструментов.

Некоторые режущие инструменты могут содержать нитрид бора для большей твердости. Автор: Михаэль Шварценбергер. Источник: Pixabay.
- Использование тонких пленок BN
Они очень полезны в технологии полупроводниковых приборов, которые являются компонентами электронного оборудования. Они служат, например:
-Изготовить плоские диоды; диоды - это устройства, которые позволяют электричеству циркулировать только в одном направлении
-В диодах с памятью металл-диэлектрик-полупроводник, таких как Al-BN-SiO 2 -Si
-В интегральных схемах в качестве ограничителя напряжения
-Для повышения твердости некоторых материалов
-Для защиты некоторых материалов от окисления
-Для повышения химической устойчивости и электроизоляции многих типов устройств
-В тонкопленочных конденсаторах

Некоторые диоды и конденсаторы могут содержать нитрид бора. Автор: Синиса Марич. Источник: Pixabay.
- Использование нанотрубок BN
Нанотрубки - это структуры, которые на молекулярном уровне имеют форму трубок. Это трубки, которые настолько малы, что их можно увидеть только в специальные микроскопы.
Вот некоторые характеристики нанотрубок BN:
-Они обладают высокой гидрофобностью, то есть отталкивают воду
-Они обладают высокой стойкостью к окислению и нагреванию (выдерживают окисление до 1000 ° C)
-Показывать высокую емкость хранения водорода
-Абсорбировать радиацию
-Они очень хорошие изоляторы электричества
-Они обладают высокой теплопроводностью
-Обладает отличной стойкостью к окислению при высоких температурах, что означает, что их можно использовать для повышения устойчивости поверхностей к окислению.
-Из-за их гидрофобности они могут использоваться для подготовки супергидрофобных поверхностей, то есть они не имеют сродства к воде, и вода не проникает в них.
-BN-нанотрубки улучшают свойства некоторых материалов, например, они используются для увеличения твердости и сопротивления разрушению стекла.

Нанотрубки из нитрида бора под микроскопом. Кеун Су Ким и др. , Источник: Wikimedia Commons.
В медицинских приложениях
Нанотрубки BN были протестированы как носители противораковых препаратов, таких как доксорубицин. Некоторые композиции с этими материалами повышали эффективность химиотерапии указанным лекарственным средством.
В нескольких опытах было показано, что BN-нанотрубки обладают потенциалом для транспортировки новых лекарств и их правильного высвобождения.
Было исследовано использование нанотрубок BN в полимерных биоматериалах для повышения их твердости, скорости разложения и долговечности. Это материалы, которые используются, например, в ортопедических имплантатах.
Как датчики
Нанотрубки BN использовались для создания новых устройств для обнаружения влаги, двуокиси углерода CO 2 и для клинической диагностики. Эти датчики продемонстрировали быстрый отклик и короткое время восстановления.
Возможная токсичность материалов BN
Некоторые опасения вызывают возможные токсические эффекты нанотрубок BN. Нет четкого консенсуса относительно их цитотоксичности, поскольку некоторые исследования показывают, что они токсичны для клеток, в то время как другие указывают на обратное.
Это связано с его гидрофобностью или нерастворимостью в воде, так как это затрудняет проведение исследований на биологических материалах.
Некоторые исследователи покрыли поверхность нанотрубок BN другими соединениями, которые способствуют их растворимости в воде, но это добавило большей неопределенности в опыты.
Хотя большинство исследований показывают, что уровень его токсичности низкий, предполагается, что необходимо провести более точные исследования.
Ссылки
- Xiong, J. et al. (2020). Адсорбент из гексагонального нитрида бора: синтез, настройка характеристик и применение. Журнал энергетической химии 40 (2020) 99-111. Получено с reader.elsevier.com.
- Мукасян, А.С. (2017). Нитрид бора. В краткой энциклопедии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Восстановлено с sciencedirect.com.
- Kalay, S. et al. (2015). Синтез нанотрубок нитрида бора и их применения. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Восстановлено с ncbi.nlm.nih.gov.
- Арья, СПС (1988). Получение, свойства и применение тонких пленок нитрида бора. Тонкие твердые пленки, 157 (1988) 267-282. Восстановлено с sciencedirect.com.
- Zhang, J. et al. (2014). Композиты с керамической матрицей на основе кубического нитрида бора для режущего инструмента. Прогресс в области керамических матричных композитов. Восстановлено с sciencedirect.com.
- Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
- Сударсан, В. (2017). Материалы для агрессивных химических сред. В материалах в экстремальных условиях. Получено с sciencedirect.com
- Дин, JA (редактор) (1973). Справочник Ланге по химии. Компания McGraw-Hill.
- Махан, BH (1968). Университетская химия. Fondo Educativo Interamericano, SA
