Nitrură de bor

Nitrură de bor
Numele IUPAC
Nitrură de bor
Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută	BN
Masa moleculară ( u )	24,8 g / mol
Aspect	alb solid
numar CAS	10043-11-5
Numărul EINECS	233-136-6
PubChem	66227
ZÂMBETE	`B#N`
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (g / cm ³ , în cs )	2,18 g / cm³
Temperatură de topire	2967 ° C
Δ _fus H ⁰ (kJ mol ⁻¹ )	−250,91 kJ / mol
Temperatura de fierbere	3273 ° C
Proprietăți termochimice
S ⁰ _m (J K ⁻¹ mol ⁻¹ )	212,36 J / molK
Informații de siguranță
Temperatură de autoaprindere	Nu este inflamabil
Simboluri de pericol chimic

Atenţie
Fraze H	319 - 335
Sfaturi P	261 - 305 + 351 + 338 ^[1]
Editați datele pe Wikidata · Manual

Nitrura de bor , (formula chimică BN ) este un compus chimic binar , care este alcătuit din bor și azot în aceleași proporții. Nitrura de bor este izoelectronică în ceea ce privește formele elementare de carbon și există izomorfisme între cele două specii. Nitrura de bor are trei forme polimorfe; unul analog diamantului , unul analog grafitului și diferite tipuri analoage fulerenelor . Forma alotropică diamantată a nitrurii de bor cunoscută sub numele de borazonă este unul dintre cele mai dure materiale cunoscute, cu o duritate de 9,5-10 pe scara Mohs .

Polimorfisme

Nitrura de bor poate fi utilizată pentru a forma cristale extrem de dure, în al doilea rând doar după diamant , iar asemănarea structurii sale cu diamantul îl face util în alte scopuri. La fel ca diamantul, nitrura de bor acționează ca un izolator electric , totuși este un excelent conductor de căldură.

La fel ca și cărbunele, nitrura de bor polimorfă are o structură și un luciu similar grafitului . Această formă de nitrură de bor este compusă din straturi de foi hexagonale topite, cum ar fi grafit. Aceste foi, spre deosebire de grafit, se află în registru : adică straturile sunt direct una deasupra celeilalte și un observator care privește în jos ar putea să o vadă doar pe cea superioară. Legăturile BN polare interferează cu mișcarea electronilor, astfel încât această formă de nitrură de bor nu este un conductor electric (spre deosebire de grafit care este un semimetal care conduce electricitatea într-o rețea de legături pi în planul foilor sale hexagonale).

Nanotuburile de nitrură de bor pot fi construite ca cele ale carbonului .

Nitrură de bor cubică

Diamantul - ca alotropul nitrurii de bor, cunoscut sub numele de nitrură de bor cubică , c-BN , β-BN sau z-BN (după structurile cristaline de blendă de zinc ) - este utilizat pe scară largă ca substanță abrazivă în industrie. Utilitatea sa se datorează insolubilității în fier , nichel și aliaje conexe la temperaturi ridicate (spre deosebire de diamant). La fel ca diamantul, are o conductivitate termică bună, datorită fononului ; aceasta este o diferență față de metale, unde mediatorii sunt electroni . În contact cu oxigenul la temperaturi ridicate, BN formează un strat pasiv de oxid de bor .

Sunt cunoscute multe produse comerciale, precum Borazon (de la General Electric Corporation) și Elbor sau Cubonite (de la furnizori ruși).

O modificare a cristalului de nitrură de bor este w-BN , care depășește faza hexagonală a structurii wurzite . Se formează la temperaturi ridicate.

C-BN policristalin ( PcBN ) este utilizat în confecțiile de protecție. Este superior diamantului în aplicații care necesită temperaturi ridicate într-un mediu oxidant și în contact cu fierul sau aliajele. Abrazivii C-BN sunt utilizați și pentru prelucrarea oțelului, în timp ce diamantul este preferat pentru aliajele de aluminiu, ceramica și piatră.

Nitrura de bor se combină bine cu metalele, datorită formării stratelor metalice în borate sau nitruri. Materialele cu cristale cubice de nitrură de bor sunt adesea utilizate în vârfurile uneltelor de tăiere . Se pot utiliza și lianți ceramici.

Pentru aplicații abrazive și pentru aplicații ușoare se utilizează materiale mai puțin rezistente, de exemplu rășini, ceramică poroasă și n rezistentă.

Nitrura de bor cubică sintetică poate fi utilizată ca izolator ca acumulator de căldură ( radiator ).

Nitrura de bor cubică se obține prin tratarea nitrurii hexagonale la presiune și temperatură ridicate, ca și pentru diamantul sintetic din grafit . Conversia directă a nitrurii cubice în hexagonale are loc la 18 GPa la temperaturi cuprinse între 1730 și 3230 ° C, adăugarea unor cantități mici de oxid de bor poate reduce presiunea necesară la 4-7 GPa și temperatura la 1500 ° C. În industrie, conversia se realizează folosind cristale; materialele catalizatoare se schimbă în funcție de procesul industrial, de ex. litiu , potasiu sau magneziu , nitrurile lor, fluorurile lor, apa cu structuri de amoniu sau hidrazina . Alte metode industriale folosesc cristale crescute în gradienți de temperatură sau în gradienți explozivi (undă de presiune sau undă de șoc). Metoda „undei de șoc” este utilizată pentru a produce materiale numite heterodiamante , un compus super dur de bor , carbon și azot .

Depunerea la presiune scăzută a straturilor mici de nitrură de bor cubică este posibilă, dar este o excepție. Pentru gravarea selectivă a depunerii fazei hexagonale în timpul depunerii chimice cu vapori , se folosește trifluorură de bor ( cf. utilizarea hidrogenului atomic pentru gravarea selectivă a grafitului în timpul depunerii straturilor de diamant ). De asemenea, se utilizează depunerea fasciculului de ioni , CVD îmbunătățit cu plasmă , depunerea cu laser , pulverizarea reactivă sau altă metodă fizică de depunere a vaporilor .

Decalajul de bandă al BN cubic este de 6,2 eV , similar cu cel al diamantului . La fel ca diamantul, nitrura de bor cubică poate fi sintetizată cu proprietăți ale materialului semiconductor . Beriliul poate fi folosit ca semiconductor de tip doping p , sulf sau siliciu produc un semiconductor de tip p . Diodele rezultate pot fi utilizate până la 600 ° C, iar ledul cu nitrură de bor poate funcționa în zona ultravioletă .

Nitrură de bor hexagonală

Alotropul de tip grafit , cunoscut sub numele de nitrură de bor hexagonală , h-BN , α-BN sau g-BN (grafit BN), și numit grafit alb , este util ca lubrifiant , la temperaturi scăzute sau ridicate (până la 900 ° C într-o atmosferă oxidantă) și în situații în care conductivitatea electrică sau reactivitatea chimică a grafitului poate fi problematică. Când mecanismul de lubrifiere nu conține molecule de apă în straturile sale, lubrifianții cu nitrură de bor pot fi folosiți și în vid, de exemplu în spațiu.

Datorită electronegativității puternice a atomilor de azot , electronii care sub formă de grafit sunt un sistem dezordonat se concentrează în jurul atomilor de azot înșiși, scoși din banda conductoare, deci fără a avea un rol în conducerea electrică și nici nu absorb lumina vizibilă.

H-BN (nitrură de bor hexagonală) poate fi utilizat în ceramică, aliaje, rășini, materiale plastice, cauciucuri și alte materiale, oferind caracteristicile sale de lubrifiere. Aceste materiale pot fi utilizate în scopuri precum rulmenți cu bile, rulmenți cu cilindri sau alte tipuri de mecanisme care facilitează alunecarea. Materialele plastice cu BN adăugat servesc la scăderea dilatării termice, la creșterea conductivității termice, la creșterea izolației electrice, iar în părțile mobile mecanice în contact permit uzura redusă a suprafețelor în contact.

Nitrura de bor hexagonală este stabilă până la 1000 ° C în aer, 1400 ° C în vid și 2800 ° C în gazele inerte . Este unul dintre cei mai buni conductori termici dintre izolatorii electrici. Este inert din punct de vedere chimic și nu este udat de materialele topite (de exemplu, aluminiu , cupru , zinc , fier și oțel , germaniu , siliciu , bor , criolit , sticlă și săruri de halogen).

Piesele realizate din h-BN pot fi obținute la presiune la cald prin măcinare ulterioară ; datorită durității mecanice similare grafitului , costul de prelucrare rămâne redus. Părțile sunt realizate din pulbere de nitrură de bor, folosind oxid de bor ca agent de sintetizare .

Adăugarea nitrurii de bor la ceramica nitrurii de siliciu asigură rezistența la șoc termic a materialului rezultat. În același scop, BN se adaugă și la nitrură de siliciu- aluminiu și nitrură de titan- alumină. Alte materiale care sunt întărite cu BN sunt paharele de borosilicat de aluminiu și zirconiu , ceramica din sticlă , smalțul și ceramica compozită pe bază de borură de titan - nitrură de bor și borură de titan - nitrură de aluminiu - nitrură de bor și carbură de siliciu - nitrură de bor.

Datorită proprietăților sale dielectrice și izolatoare excelente, BN este utilizat în electronică, de exemplu ca substrat pentru semiconductori , în ferestre transparente cu microunde, în material structural pentru garnituri, în electrozi și ca catalizator în pilele de combustibil și bateriile.

Boabele fine de h-BN sunt utilizate în produse cosmetice , la fabricarea vopselelor , cimenturilor pentru proteze dentare, vârfuri de creion etc.

Nitrura hexagonală de bor este produsă prin nitrurare sau amonoliza trioxidului de dibor . Filmele subțiri de nitrură de bor pot fi obținute și prin depunerea chimică a vaporilor din triclorură de bor și precursori de azot . Producția industrială se bazează pe două reacții: acid boric dizolvat în amoniac și acid boric sau borat alcalin cu uree , guanidină , melamină sau cu alți compuși organici de azot corespunzători în azotul atmosferic. Arderea pulberii de bor în plasma de azot la 5500 ° C este exploatată pentru producerea nitrurii de bor ultra-fine utilizate în lubrifianți și tonere .

Fibre de azotură de bor

BN hexagonal poate fi preparat și sub formă de fibre, similare din punct de vedere structural cu fibrele de carbon , numite uneori fibre de carbon albe . Cele două metode principale de preparare sunt sinteza prin descompunere termică a fibrelor de borazină extrudate cu adaos de oxid de bor în azot la 1800 ° C și descompunerea termică a fibrelor de celuloză impregnate cu acid boric sau tetraborat de amoniu într-un amestec de amoniac. 1000 ° C.

Fibrele de azotat de bor (?) Sunt utilizate ca armare în materialele compozite , cu matricea materialelor variind de la rășini organice până la ceramică și metale (a se vedea compozitul metal-matrice ).

Nitrură de bor amorfă

Straturile de nitrură de bor amorfă ( a-BN ) sunt utilizate în unele dispozitive semiconductoare , de ex. MISFET . Ele pot fi preparate prin descompunerea chimică a tricloroborazinei cu cesiu sau prin metode de depunere chimică termică a vaporilor . CVD poate fi, de asemenea, utilizat pentru a pune straturi de h-BN sau la temperaturi ridicate, straturi de c-BN.

Nitrură de bor romboedrică

Nitrura de bor romboedrică este similară cu cea hexagonală. Se formează în timpul tranziției conformaționale care are loc în tranziția de la BN cub la forma hexagonală.

Alte alotropi

Alotropii de nitrură de bor asemănători fulerenelor pot fi sintetizați și seamănă cu cei ai carbonului . Descoperirea recentă a nanotuburilor de bor reprezintă o evoluție importantă datorită comportamentului lor electronic omogen. Adică, tuburile cu chiralitate diferită sunt toate materiale semiconductoare cu aproximativ același spațiu de bandă .

Notă

^ Sigma Aldrich; rev. din 23.12.2011

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe azotură de bor

linkuri externe

( EN ) Inventarul Național al Poluanților - Bor și compuși , la npi.gov.au. Adus la 18 decembrie 2006 (arhivat din original la 9 februarie 2006) .
( DE ) Fiz Chemie Berlin ^{[ link rupt ]} bază de date termofizică
( RO )Fișa tehnică de securitate a materialelor Arhivată 14 octombrie 2006 la Internet Archive . la Universitatea din Oxford

Controlul autorității	LCCN (EN) sh86001350 · GND (DE) 4146352-3

Portalul chimiei

Portalul de materiale

[1] Sigma Aldrich; rev. din 23.12.2011

[1]