- Structuur
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Molecuulgewicht
- Smeltpunt
- Dichtheid
- Oplosbaarheid
- Chemische eigenschappen
- Andere fysische eigenschappen
- Het verkrijgen van
- Toepassingen
- - Gebruik van dunne BN-films
- - Gebruik van BN-nanobuisjes
- In medische toepassingen
- Als sensoren
- Mogelijke toxiciteit van BN-materialen
- Referenties
Het boornitride is een anorganische vaste stof die wordt gevormd door de vereniging van een booratoom (B) met een stikstofatoom (N). De chemische formule is BN. Het is een witte vaste stof die zeer goed bestand is tegen hoge temperaturen en een goede warmtegeleider is. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om laboratoriumkroezen te maken.
Boornitride (BN) is resistent tegen veel zuren, maar heeft een zekere zwakte voor aantasting door fluorwaterstofzuur en door gesmolten basen. Het is een goede isolator van elektriciteit.
Structuur van boornitride (BN). Akeramop. Bron: Wikimedia Commons.
Het wordt verkregen in verschillende kristallijne structuren, waarvan de belangrijkste hexagonaal en kubisch zijn. De zeshoekige structuur lijkt op grafiet en is glad, daarom wordt het gebruikt als smeermiddel.
De kubusvormige structuur is bijna net zo hard als diamant en wordt gebruikt om snijgereedschappen van te maken en om de taaiheid van andere materialen te verbeteren.
Met boornitride kunnen microscopisch kleine (extreem dunne) buisjes, nanobuisjes genaamd, worden gemaakt, die medische toepassingen hebben, zoals het transporteren in het lichaam en het afgeven van medicijnen tegen kankertumoren.
Structuur
Boornitride (BN) is een verbinding waarbij boor- en stikstofatomen covalent gebonden zijn met een drievoudige binding.
Een geïsoleerd boornitridemolecuul heeft een booratoom en een stikstofatoom verbonden door een drievoudige binding. Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.
In de vaste fase bestaat BN uit een gelijk aantal boor- en stikstofatomen in de vorm van 6-ledige ringen.
Resonantiestructuren van een BN-ring. Auteur: Teachi. Bron: Wikimedia Commons.
BN bestaat in vier kristallijne vormen: hexagonaal (h-BN) vergelijkbaar met grafiet, kubisch (c-BN) vergelijkbaar met diamant, rhombohedraal (r-BN) en wurtziet (w-BN).
De structuur van h-BN is vergelijkbaar met die van grafiet, dat wil zeggen, het heeft vlakken van zeshoekige ringen met afwisselend boor- en stikstofatomen.
Structuur in de vorm van afzonderlijke vlakken van hexagonaal boornitride. Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.
Er is een grote afstand tussen de vlakken van h-BN, wat suggereert dat ze alleen worden samengevoegd door van der Waals-krachten, die zeer zwakke aantrekkingskrachtkrachten zijn en de vlakken gemakkelijk over elkaar kunnen glijden.
Om deze reden voelt h-BN romig aan.
De structuur van kubieke BN c-BN is vergelijkbaar met diamant.
Vergelijking tussen kubisch boornitride (links) en hexagonaal (rechts). from: Benutzer: Oddball, vectorversie door chris 論. Bron: Wikimedia Commons.
Nomenclatuur
Boornitride
Eigendommen
Fysieke toestand
Vettige witte vaste stof of glad aanvoelend.
Molecuulgewicht
24,82 g / mol
Smeltpunt
Sublimeert bij ongeveer 3000 ºC.
Dichtheid
Hex BN = 2,25 g / cm 3
Kubische BN = 3,47 g / cm 3
Oplosbaarheid
Enigszins oplosbaar in hete alcohol.
Chemische eigenschappen
Vanwege de sterke binding tussen stikstof en boor (drievoudige binding), heeft boornitride een hoge weerstand tegen chemische aantasting en is het zeer stabiel.
Het is onoplosbaar in zuren zoals zoutzuur HCl, salpeterzuur HNO 3 en zwavelzuur H 2 SO 4 . Maar het is oplosbaar in gesmolten basen zoals lithiumhydroxide LiOH, kaliumhydroxide KOH en natriumhydroxide NaOH.
Het reageert niet met de meeste metalen, glazen of zouten. Soms reageert het met fosforzuur H 3 PO 4 . Het is bestand tegen oxidatie bij hoge temperaturen. BN is stabiel in lucht maar wordt langzaam gehydrolyseerd door water.
BN wordt aangevallen door fluorgas F 2 en door fluorwaterstofzuur HF.
Andere fysische eigenschappen
Het heeft een hoge thermische geleidbaarheid, een hoge thermische stabiliteit en een hoge elektrische weerstand, dat wil zeggen, het is een goede isolator van elektriciteit. Het heeft een groot oppervlak.
H-BN (hexagonaal BN) is een zalvende vaste stof die aanvoelt, vergelijkbaar met grafiet.
Bij verhitting van h-BN bij verhoogde temperatuur en druk wordt het omgezet in de kubische vorm c-BN die extreem hard is. Volgens sommige bronnen is het in staat om de diamant te krassen.
Op BN gebaseerde materialen kunnen anorganische verontreinigingen (zoals zware metaalionen) en organische verontreinigingen (zoals kleurstoffen en medicijnmoleculen) absorberen.
Sorptie betekent dat u met hen omgaat en ze kunt adsorberen of absorberen.
Het verkrijgen van
H-BN-poeder wordt bereid door boortrioxide B 2 O 3 of boorzuur H 3 BO 3 te laten reageren met ammoniak NH 3 of met ureum NH 2 (CO) NH 2 onder stikstofatmosfeer N 2 .
Ook BN kan worden verkregen door boor met ammoniak bij zeer hoge temperatuur te laten reageren.
Een andere manier om het te bereiden is van diboraan B 2 H 6 en NH 3 ammoniak met behulp van een inert gas en hoge temperaturen (600-1080 ° C):
B 2 H 6 + 2 NH 3 → 2 BN + 6 H 2
Toepassingen
H-BN (hexagonaal boornitride) heeft een aantal belangrijke toepassingen op basis van zijn eigenschappen:
-Als een vast smeermiddel
-Als toevoeging aan cosmetica
-In elektrische isolatoren voor hoge temperaturen
-In smeltkroezen en reactievaten
-In mallen en verdampingsvaten
-Voor opslag van waterstof
-In katalyse
-Om verontreinigende stoffen uit rioolwater te adsorberen
Kubisch boornitride (c-BN) vanwege zijn hardheid bijna gelijk aan die van diamant wordt gebruikt:
-In snijgereedschappen voor het bewerken van harde ferromaterialen, zoals hard gelegeerd staal, gietijzer en gereedschapsstaal
-Om de hardheid en slijtvastheid van andere harde materialen te verbeteren, zoals bepaalde keramiek voor snijgereedschappen.
Sommige snijgereedschappen kunnen boornitride bevatten om een verhoogde hardheid te vertonen. Auteur: Michael Schwarzenberger. Bron: Pixabay.
- Gebruik van dunne BN-films
Ze zijn erg handig in de technologie van halfgeleiderapparaten, die componenten zijn van elektronische apparatuur. Ze serveren bijvoorbeeld:
-Vlakke diodes maken; diodes zijn apparaten die elektriciteit slechts in één richting laten circuleren
-In metaal-isolator-halfgeleider geheugendiodes, zoals Al-BN-SiO 2 -Si
-In geïntegreerde schakelingen als spanningsbegrenzer
-Om de hardheid van bepaalde materialen te verhogen
- Om sommige materialen te beschermen tegen oxidatie
-Om de chemische stabiliteit en elektrische isolatie van vele soorten apparaten te vergroten
-In dunne filmcondensatoren
Sommige diodes en condensatoren kunnen boornitride bevatten. Auteur: Sinisa Maric. Bron: Pixabay.
- Gebruik van BN-nanobuisjes
Nanobuisjes zijn structuren die op moleculair niveau buisvormig zijn. Het zijn buisjes die zo klein zijn dat ze alleen met speciale microscopen te zien zijn.
Hier zijn enkele kenmerken van BN-nanobuisjes:
-Ze hebben een hoge hydrofobiciteit, dat wil zeggen dat ze water afstoten
-Ze hebben een hoge weerstand tegen oxidatie en hitte (ze kunnen oxidatie weerstaan tot 1000 ° C)
-Exhibeer een hoge opslagcapaciteit voor waterstof
- Absorbeert straling
-Ze zijn zeer goede isolatoren van elektriciteit
-Ze hebben een hoge thermische geleidbaarheid
-De uitstekende weerstand tegen oxidatie bij hoge temperaturen betekent dat ze kunnen worden gebruikt om de oxidatiestabiliteit van oppervlakken te verhogen.
-Vanwege hun hydrofobiciteit kunnen ze worden gebruikt om super hydrofobe oppervlakken te bereiden, dat wil zeggen, ze hebben geen affiniteit voor water en dringt er niet doorheen.
-BN nanobuisjes verbeteren de eigenschappen van bepaalde materialen, het is bijvoorbeeld gebruikt om de hardheid en weerstand tegen breuk van glas te vergroten.
Boornitride nanobuisjes waargenomen onder een microscoop. Keun Su Kim et al. . Bron: Wikimedia Commons.
In medische toepassingen
BN-nanobuisjes zijn getest als dragers voor kankermedicijnen zoals doxorubicine. Bepaalde samenstellingen met deze materialen verhoogden de efficiëntie van chemotherapie met genoemd medicijn.
In verschillende ervaringen is aangetoond dat BN-nanobuisjes het potentieel hebben om nieuwe medicijnen te transporteren en op de juiste manier af te geven.
Het gebruik van BN-nanobuisjes in polymere biomaterialen is onderzocht om hun hardheid, afbraaksnelheid en duurzaamheid te verhogen. Dit zijn materialen die bijvoorbeeld worden gebruikt in orthopedische implantaten.
Als sensoren
BN-nanobuisjes zijn gebruikt om nieuwe apparaten te bouwen voor het detecteren van vocht, kooldioxide CO 2 en voor klinische diagnostiek. Deze sensoren hebben een snelle respons en een korte hersteltijd laten zien.
Mogelijke toxiciteit van BN-materialen
Er bestaat enige bezorgdheid over de mogelijke toxische effecten van BN-nanobuisjes. Er is geen duidelijke consensus over hun cytotoxiciteit, aangezien sommige onderzoeken aangeven dat ze giftig zijn voor cellen, terwijl andere het tegenovergestelde aangeven.
Dit komt door de hydrofobiciteit of onoplosbaarheid in water, omdat het moeilijk is om onderzoek te doen naar biologische materialen.
Sommige onderzoekers hebben het oppervlak van BN-nanobuisjes gecoat met andere verbindingen die hun oplosbaarheid in water bevorderen, maar dit heeft tot grotere onzekerheid in de ervaringen geleid.
Hoewel de meeste onderzoeken aangeven dat het toxiciteitsniveau laag is, wordt geschat dat er nauwkeuriger onderzoek moet worden uitgevoerd.
Referenties
- Xiong, J. et al .; (2020). Zeshoekig boornitride-adsorptiemiddel: synthese, prestatie-aanpassing en toepassingen. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Opgehaald van reader.elsevier.com.
- Mukasyan, AS (2017). Boornitride. In Concise Encyclopedia of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Kalay, S. et al. (2015). Synthese van boornitride nanobuisjes en hun toepassingen. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
- Arya, SPS (1988). Voorbereiding, eigenschappen en toepassingen van dunne films van boornitride. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Zhang, J. et al .; (2014). Kubieke boornitride-bevattende keramische matrixcomposieten voor snijgereedschappen. Vooruitgang in keramische matrixcomposieten. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
- Sudarsan, V. (2017). Materialen voor vijandige chemische omgevingen. In materialen onder extreme omstandigheden. Opgehaald van sciencedirect.com
- Dean, JA (redacteur) (1973). Lange's Handbook of Chemistry. McGraw-Hill Company.
- Mahan, BH (1968). Universitaire chemie. Fondo Educativo Interamericano, SA