Nitruro de Boro (BN) Structure, propriétés, obtention, utilisations

Il Nitrure de bore C'est un solide inorganique formé par l'union d'un atome de bore (b) avec un atome d'azote (N). Sa formule chimique est BN. C'est un solide blanc très résistant à des températures élevées et un bon conducteur de chaleur. Il est utilisé par exemple pour fabriquer des crosols de laboratoire.

Boro nitruro (BN) résiste à de nombreux acides, cependant, il a une certaine faiblesse aux attaques de l'acide du fluorure et des bases en fusion. C'est un bon isolant électrique.

Structure de nitrure de boro (BN). Akeramop [domaine public]. Source: Wikimedia Commons.

Il est obtenu dans diverses structures cristallines, dont les plus importantes sont hexagonales et cubiques. La structure hexagonale ressemble au graphite et est glissante, il est donc utilisé comme lubrifiant.

La structure cubique est presque aussi dure que le diamant et est utilisée pour fabriquer des outils de coupe et améliorer la dureté des autres matériaux.

Avec du nitrure de bore, vous pouvez fabriquer des tubes microscopiques (extrêmement minces) appelés nanotubes, qui ont des applications médicales, par exemple pour transporter dans le corps et libérer des médicaments contre les tumeurs cancéreuses.

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Structure

Boro Nitruro (BN) est un composé où les atomes de bore et d'azote sont liés de manière covalente à un triple lien.

Une molécule de nitrure de bore isolée a un atome d'azote d'azote uni par un triple lien. Benjah-bmm27 [domaine public]. Source: Wikimedia Commons.

En phase solide, le BN est formé par un nombre égal d'atomes de bore et d'azote sous la forme de 6 anneaux de membres.

Structures de résonance d'un anneau BN. Auteur: Teacher. Source: Wikimedia Commons.

BN existe sous quatre formes cristallines: hexagonale (H-BN) similaire au graphite, cubique (C-BN) similaire au diamant, rhomboédica (R-BN) et Wurtzita (W-BN).

La structure du H-BN est similaire à celle du graphite, c'est-à-dire qu'elle a des plans anneaux hexagonaux qui ont des atomes de bore et d'azote qui alternent.

Structure sous forme de plans séparés de nitrure de bore hexagonal. Benjah-bmm27 [domaine public]. Source: Wikimedia Commons.

Parmi les avions H-BN, il y a une grande distance qui suggère qu'ils ne sont unis que par les forces de van der Waals, qui sont des forces d'attraction très faibles et que les plans peuvent facilement glisser les uns sur les autres.

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Pour cette raison, le H-BN est onctueux au toucher.

La structure du BN Cumbic C-bn est similaire au diamant.

Comparaison entre nitruro cubique (à gauche) et hexagonal (à droite). De: Benutzer: Oddball, version vectorielle de Chris 論 [Domaine public]. Source: Wikimedia Commons.

Nomenclature

Nitrure de bore

Propriétés

État physique

Solide blanc gras ou glissant à toucher.

Poids moléculaire

24,82 g / mol

Point de fusion

Sublima à environ 3000 ° C.

Densité

BN hexagonal = 2,25 g / cm³

BN cube = 3,47 g / cm³

Solubilité

Légèrement soluble dans l'alcool chaud.

Propriétés chimiques

En raison du lien fort entre l'azote et le bore (Bond Triple Bond), le nitrure de bore a une forte résistance à l'attaque chimique et est très stable.

Il est insoluble dans les acides tels que l'acide chlorhydrique HCl, l'acide nitrique HNO₃ et l'acide sulfurique H₂Swin₄. Mais il est soluble dans des bases en fusion telles que l'hydroxyde de lioh lithium, l'hydroxyde de potassium Koh et l'hydroxyde de sodium NaOH.

Il ne réagit pas avec la plupart des métaux, du verre ou des sels. Réagit parfois avec l'acide phosphorique H₃Pote₄. Vous pouvez résister à l'oxydation à des températures élevées. BN est stable dans l'air mais l'eau hydrolyse lentement.

BN est attaqué par le gaz F fluor₂ et par HF Fluorhorhoric Acid.

Autres propriétés physiques

Il a une conductivité thermique élevée, une stabilité thermique élevée et une résistivité électrique élevée, c'est-à-dire que c'est un bon isolant électrique. A une surface élevée.

H-BN (BN hexagonal) est un onctueux solide à toucher, similaire au graphite.

Lors du chauffage du H-BN à haute température et la pression devient la forme cubique C-BN qui est extrêmement dure. Selon certaines sources, il est capable de gratter le diamant.

Les matériaux à base de BN ont une capacité de sorption des polluants inorganiques (tels que les ions métalliques lourds) et des polluants organiques (tels que les colorants et les molécules).

Sorción signifie qu'il interagit avec eux et peut les adsorber ou les absorber.

Obtention

La poussière H-BN est préparée par réaction entre le bioxyde de bore B₂SOIT₃ ou acide borique H₃Bêle₃ Avec l'ammoniac NH₃ ou avec l'urée NH₂(CO) NH₂ sous l'atmosphère d'azote n₂.

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BN peut également être obtenu en réagissant au bore avec de l'ammoniac à une température très élevée.

Une autre façon de le préparer est de Diborano B₂H₆ et l'ammoniac nh₃ en utilisant un gaz inerte et des températures élevées (600-1080 ° C):

B₂H₆ + 2 NH₃ → 2 BN + 6 h₂

Applications

Le H-BN (bore hexagonal nituro) a une variété d'applications importantes basées sur ses propriétés:

-Comme un lubrifiant solide

-En tant qu'additif pour les cosmétiques

-Dans les isolateurs électriques à haute température

-Dans les creusets et les récipients de réaction

-Dans les moules et conteneurs d'évaporation

-Pour le stockage d'hydrogène

-Sur la catalyse

-Pour adsorber les polluants des eaux usées

Le nitruro de bore cubique (C-BN) pour sa dureté presque égal à celui du diamant est utilisé:

-Dans les outils de coupe pour l'usinage des matériaux ferreux durs, tels que les alliages en acier dur, la fonte et les aciers à outils

-Pour améliorer la dureté et la résistance à l'usure d'autres matériaux durs tels que certaines céramiques pour les outils de coupe.

Certains outils de coupe peuvent contenir du nitruro de bore pour présenter une plus grande dureté. Auteur: Michael Schwarzenberger. Source: Pixabay.

- Utilisations de films minces de BN

Ils sont très utiles dans la technologie des appareils semi-conducteurs, qui sont des composants d'équipement électronique. Ils servent par exemple:

-Pour fabriquer des diodes plates; Les diodes sont des dispositifs qui permettent la circulation de l'électricité dans un sens

-Dans les diodes de mémoire métal-semi-conducteur, comme al-bn-sio₂-Ouais

-Dans les circuits intégrés comme limiteur de tension

-Pour augmenter la dureté de certains matériaux

-Pour protéger certains matériaux d'oxydation

-Pour augmenter la stabilité chimique et l'isolation électrique de nombreux types de dispositifs

-Dans un condenseur à couches minces

Certains diodes et condensateurs peuvent contenir du nitrure de bore. Auteur: Sinisa Maric. Source: Pixabay.

- Utilisations de nanotubes BN

Les nanotubes sont des structures qui au niveau moléculaire sont en forme de tubes. Ce sont des tubes si petits qu'ils ne peuvent être vus qu'avec des microscopes spéciaux.

Voici quelques-unes des caractéristiques des nanotubes BN:

-Ils ont une hydrophobicité élevée, c'est-à-dire qu'ils repoussent l'eau

-Ils ont une forte résistance à l'oxydation et à la chaleur (l'oxydation peut résister à 1000 ° C)

-Ils présentent une capacité de stockage à hydrogène élevée

-Ils absorbent le rayonnement

-Ce sont de très bons isolateurs d'électricité

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-Ils ont une conductivité thermique élevée

-Son excellente résistance aux températures élevées oxydation signifie qu'elles peuvent être utilisées pour augmenter la stabilité à l'oxydation de la surface.

-En raison de leur hydrophobicité, ils peuvent être utilisés pour préparer des surfaces super hydrophobes, c'est-à-dire qu'ils n'ont aucune affinité pour l'eau et l'eau ne les pénètre pas.

-Les nanotubes de BN améliorent les propriétés de certains matériaux, par exemple, il a été utilisé pour augmenter la dureté et la résistance à la fracture du verre.

Nitubos de nitruro de bore observé au microscope. Keun son Kim et al. [CC par 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 4.0)]. Source: Wikimedia Commons.

Dans les applications médicales

Les nanotubes BN ont été testés comme porteurs de médecine du cancer tels que la doxorubicine. Certaines compositions avec ces matériaux ont augmenté l'efficacité de la chimiothérapie avec ledit médicament.

Dans plusieurs expériences, il a été démontré que les nanotubes BN ont le potentiel de transporter de nouveaux médicaments et de les libérer correctement.

L'utilisation de nanotubes BN dans les biomatériaux polymères a été étudiée pour augmenter leur dureté, leur dégradation et leur vitesse de durabilité. Ce sont des matériaux qui sont utilisés par exemple dans les implants orthopédiques.

Comme capteurs

Les nanotubes BN ont été utilisés pour construire de nouveaux appareils pour détecter l'humidité, le dioxyde de carbone₂ et pour les diagnostics cliniques. Ces capteurs ont démontré une réponse rapide et un court temps de récupération.

Toxicité possible des matériaux BN

Il y a une certaine préoccupation concernant les effets toxiques possibles des nanotubes BN. Il n'y a pas de consensus clair sur sa cytotoxicité, car certaines études indiquent qu'elles sont toxiques pour les cellules, tandis que d'autres indiquent le contraire.

Cela est dû à son hydrophobicité ou à son insolubilité dans l'eau, car il est difficile de réaliser des études sur les matériaux biologiques.

Certains chercheurs ont couvert la surface des nanotubes BN avec d'autres composés qui favorisent leur solubilité dans l'eau, mais cela a ajouté une plus grande incertitude dans les expériences.

Bien que la plupart des études indiquent que leur niveau de toxicité est faible, on estime que des recherches plus précises devraient être effectuées.

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