בורון ניטריד (BN): מבנה, תכונות, ייצור, שימושים - גוּפָנִי - 2025

ניטריד בורון הוא מוצק אורגניים שנוצר מאיחוד של אטום בורון (B) עם אטום חנקן (N). הנוסחה הכימית שלו היא BN. זהו מוצק לבן עמיד מאוד בפני טמפרטורות גבוהות והוא מוליך חום טוב. הוא משמש, למשל, לייצור כיבושי כור היתולי במעבדה.

בורון ניטריד (BN) עמיד בפני חומצות רבות, עם זאת, יש לו חולשה מסוימת להתקפה על ידי חומצה הידרופלואורית ועל ידי בסיסים מותכים. זה מבודד חשמל טוב.

מבנה בורון ניטריד (BN). אקרמופ. מקור: Wikimedia Commons.

הוא מתקבל במבנים גבישיים שונים, שהחשובים בהם הם משושים וקוביים. המבנה המשושה דומה לגרפיט והוא חלקלק, וזו הסיבה שהוא משמש כחומר סיכה.

המבנה המעוקב קשה כמעט כמו יהלום ומשמש לייצור כלי חיתוך ולשיפור הקשיחות של חומרים אחרים.

בעזרת בורון ניטריד ניתן לייצר צינורות מיקרוסקופיים (דקים במיוחד) הנקראים צינורות צינוריים, בעלי יישומים רפואיים, למשל להובלה בגוף ולהעברת תרופות נגד גידולי סרטן.

מִבְנֶה

בורון ניטריד (BN) הוא תרכובת בה אטומי בור וחנקן קשורים בקובליציה בקשר משולש.

במולקולת בוריד ניטריד מבודדת יש אטום בור ואטום חנקן אליו מצטרפים קשר משולש. בנג'ה-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

בשלב המוצק, BN מורכב ממספר שווה של אטומי בור וחנקן בצורה של טבעות בעלות 6 חברים.

מבני תהודה של טבעת BN. מחבר: Teachi. מקור: Wikimedia Commons.

BN קיים בארבע צורות גבישיות: משושה (h-BN) הדומה לגרפיט, מעוקב (c-BN) הדומה ליהלום, רומבוהדרלי (r-BN) ו- wurtzite (w-BN).

המבנה של h-BN דומה לזה של הגרפיט, כלומר יש לו מטוסים של טבעות משושה שיש בהן אטומי בור וחנקן לסירוגין.

מבנה בצורה של מישורים נפרדים של בורון משושה ניטריד. בנג'ה-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

יש מרחק גדול בין מטוסי h-BN מה שמרמז כי אליהם מצטרפים רק כוחות של ואן דר וואלס, שהם כוחות משיכה חלשים מאוד והמטוסים יכולים בקלות להחליק אחד על השני.

מסיבה זו, h-BN קרמי למגע.

המבנה של BN c-BN מעוקב דומה ליהלום.

השוואה בין מעוקב בורון ניטריד (משמאל) למשושה (מימין). מתוך: Benutzer: Oddball, גרסת וקטור מאת chris 論. מקור: Wikimedia Commons.

מִנוּחַ

בורון ניטריד

נכסים

מצב פיזי

לבן שמנוני מוצק או חלקלק למגע.

משקל מולקולרי

24.82 גרם / מול

נקודת המסה

סובלימציה בגובה 3000 מעלות צלזיוס.

צְפִיפוּת

Hex BN = 2.25 גרם / ס"מ ³

BN מעוקב = 3.47 גרם / ס"מ ³

מְסִיסוּת

מסיסים מעט באלכוהול חם.

תכונות כימיות

בשל הקשר החזק בין חנקן לברון (קשר משולש), בורון ניטריד הוא בעל עמידות גבוהה להתקף כימי והוא יציב מאוד.

זה לא מסיס בחומצות כמו חומצה הידרוכלורית HCl, חומצה חנקתית HNO _3, וחומצה גופרתית H ₂ SO ₄ . אבל זה מסיס בבסיסים מותכים כמו ליתיום הידרוקסיד LiOH, אשלגן הידרוקסיד KOH, ונתרן הידרוקסיד NaOH.

זה לא מגיב עם רוב המתכות, הכוסות או המלחים. לפעמים זה מגיב עם חומצה זרחתית H ₃ PO ₄ . זה יכול לעמוד בפני חמצון בטמפרטורות גבוהות. BN יציב באוויר אך הוא הידרוליזה לאט על ידי מים.

BN מותקף על ידי גז פלואור F ₂ ועל ידי חומצה הידרפלואורית HF.

תכונות פיזיות אחרות

יש לו מוליכות תרמית גבוהה, יציבות תרמית גבוהה ועמידות גבוהה בחשמל, כלומר, זה מבודד חשמל טוב. יש לו שטח פנים גבוה.

H-BN (משושה BN) הוא מוצק לא שווה למגע, בדומה לגרפיט.

בחימום h-BN בטמפרטורה ולחץ גבוה הוא ממיר לצורה מעוקבת c-BN שהיא קשה ביותר. על פי מקורות מסוימים הוא מסוגל לשרוט את היהלום.

לחומרים מבוססי BN יש את היכולת לספוג מזהמים אנאורגניים (כגון יוני מתכת כבדה) ומזהמים אורגניים (כגון צבעים ומולקולות תרופות).

כריתה פירושה שאתה מתקשר איתם ויכול לספוג אותם או לספוג אותם.

להשיג

אבקת h-BN מוכנה על ידי תגובה של טריוקסיד בורון B ₂ O ₃ או חומצה בורית H ₃ BO ₃ עם אמוניה NH ₃ או עם אוריאה NH ₂ (CO) NH ₂ תחת אטמוספרה חנקנית N ₂ .

כמו כן ניתן להשיג BN על ידי תגובת בור עם אמוניה בטמפרטורה גבוהה מאוד.

דרך נוספת להכין אותה היא מדבורה B ₂ H ₆ ו- NH ₃ אמוניה באמצעות גז אינרטי וטמפרטורות גבוהות (600-1080 מעלות צלזיוס):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

יישומים

ל- H-BN (בורון ניטריד משושה) מגוון יישומים חשובים על בסיס תכונותיו:

כמו חומר סיכה מוצק

כתוסף לקוסמטיקה

-במבודדים חשמליים בטמפרטורה גבוהה

-בכבידות וכלי תגובה

-בתבניות וכלי אידוי

-אחסון מימן

בקטליזה

כדי לספוג מזהמים מהביוב

בורון ניטריד מעוקב (c-BN) עבור הקשיחות שלו כמעט שווה לזה של היהלום משמש:

-בכלי חיתוך לעיבוד חומרים ברזלים קשים, כגון פלדה מסגסוגת קשה, ברזל יצוק ופלדות כלים

-שיפור הקשיחות והתנגדות השחיקה של חומרים קשים אחרים כגון קרמיקה מסוימת לכלי חיתוך.

כלי חיתוך מסוימים עשויים להכיל בור ניטריד כדי להציג קשיות מוגברת. מחבר: מייקל שוורצנברגר. מקור: Pixabay.

- שימושים בסרטים דקיקים של BN

הם שימושיים מאוד בטכנולוגיה של התקני מוליכים למחצה, שהם רכיבים של ציוד אלקטרוני. הם משמשים למשל:

להכנת דיודות שטוחות; דיודות הן מכשירים המאפשרים חשמל להסתובב בכיוון אחד בלבד

-בדיודות זיכרון מוליכות-מוליכות למחצה, כגון Al-BN-SiO _2- Si

במעגלים משולבים כמגביל מתח

-להגדיל את הקשיות של חומרים מסוימים

-להגן על חומרים מסוימים מפני חמצון

-להגדלת היציבות הכימית והבידוד החשמלי של סוגים רבים של מכשירים

קבלים לסרט דק

כמה דיודות וקבלים עשויים להכיל בור ניטריד. מחבר: Sinisa Maric. מקור: Pixabay.

- שימושים בצינורות BN

צינורות ננו הם מבנים שברמה המולקולרית מעוצבים כצינורות. אלה צינורות כה קטנים עד שניתן לראות אותם רק במיקרוסקופים מיוחדים.

להלן כמה מהמאפיינים של צינורות צינור BN:

יש להם הידרופוביות גבוהה, כלומר הם דוחים מים

יש להם עמידות גבוהה בפני חמצון וחום (הם יכולים להתנגד לחמצון עד 1000 מעלות צלזיוס)

- יש להציג קיבולת אחסון גבוהה של מימן

לספוג קרינה

הם מבודדי חשמל טובים מאוד

יש להם מוליכות תרמית גבוהה

- עמידות מצוינת לחמצון בטמפרטורות גבוהות פירושה שניתן להשתמש בהן כדי להגביר את יציבות החמצון של משטחים.

- בגלל הידרופוביות שלהם הם יכולים לשמש להכנת משטחים סופר-הידרופוביים, כלומר אין להם זיקה למים ומים אינם חודרים אליהם.

צינורות צינור-בינוני משפרים את תכונותיהם של חומרים מסוימים, למשל, הוא שימש להגברת הקשיות והתנגדות לשבר זכוכית.

צינורות צינוריות בורון ניטריד נצפו תחת מיקרוסקופ. קון סו קים ואח '. . מקור: Wikimedia Commons.

ביישומים רפואיים

צינורות צינוריות BN נבדקו כנשאים לתרופות סרטניות כמו דוקסורוביצין. קומפוזיציות מסוימות עם חומרים אלה העלו את יעילות הכימותרפיה עם התרופה האמורה.

במספר חוויות, הוכחו כי צינורות ננו-BN הם בעלי פוטנציאל להובלת תרופות חדשות ולשחרורן כראוי.

השימוש בננו-צינורות בביו-חומרים פולימריים נחקר כדי להגביר את הקשיות שלהם, את מהירות השפלה ועמידותם. מדובר בחומרים המשמשים למשל בשתלים אורטופדיים.

כחיישנים

צינורות צינור BN שימשו לבניית מכשירים חדשים לגילוי לחות, פחמן דו חמצני CO _2, ולאבחון קליני. חיישנים אלה הראו תגובה מהירה וזמן התאוששות קצר.

רעילות אפשרית של חומרי BN

קיים חשש מסוים מההשפעות הרעילות האפשריות של צינורות צינוריות BN. אין הסכמה ברורה לגבי הציטוטוקסיות שלהם, מכיוון שמחקרים מסוימים מצביעים על כך שהם רעילים לתאים, בעוד שאחרים מצביעים על ההפך.

זה נובע מהידרופוביות או חוסר מסיסותם במים, מכיוון שהוא מקשה על ביצוע מחקרים על חומרים ביולוגיים.

יש חוקרים אשר ציפו את פני השטח של צינורות BN בתרכובות אחרות המעדיפות את מסיסותן במים, אך הדבר הוסיף וודאות רבה יותר בחוויות.

למרות שמרבית המחקרים מצביעים על כך שרמת הרעילות שלו נמוכה, מעריכים כי יש לבצע בדיקות מדויקות יותר.

הפניות

1. Xiong, J. et al. (2020). Adsorbent בורון ניטריד משושה: סינתזה, התאמת ביצועים ויישומים. כתב העת לכימיה אנרגטית 40 (2020) 99-111. התאושש מ- reader.elsevier.com.
2. מוקאסיאן, א.ש (2017). בורון ניטריד. באנציקלופדיה תמציתית של סינתזה בטמפרטורה גבוהה המניעה את עצמה. התאושש מ- sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). סינתזה של צינורות צינור בורון ניטריד ויישומיהם. בילשטיין ג'יי ננוטכנול. 2015, 6, 84-102. התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.
4. אריה, SPS (1988). הכנה, מאפיינים ויישומים של סרטי דק בורון ניטריד. סרטים דקים מוצקים, 157 (1988) 267-282. התאושש מ- sciencedirect.com.
5. ג'אנג, ג'יי ואח '. (2014). מרוכבים מטריצות קרמיקה המכילות בורון ניטריד לכלי חיתוך. בהתקדמות בתרכובות קרמיקה למטריקס. התאושש מ- sciencedirect.com.
6. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
7. Sudarsan, V. (2017). חומרים לסביבות כימיות עוינות. בחומרים בתנאים קיצוניים. התאושש מ- sciencedirect.com
8. דין, ג'יי"א (עורך) (1973). ספר הכימיה של לנגה. חברת מקגרו היל.
9. מהן, BH (1968). כימיה באוניברסיטה. Fondo Educativo Interamericano, SA