- estructura
- Nomenclatura
- propietats
- estat físic
- pes molecular
- Punt de fusió
- densitat
- solubilitat
- propietats químiques
- Altres propietats físiques
- obtenció
- usos
- - Usos de les pel·lícules primes de BN
- - Usos dels nanotubs de BN
- En aplicacions mèdiques
- com sensors
- Possible toxicitat dels materials de BN
- referències
El nitrur de bor és un sòlid inorgànic format per la unió d'un àtom de bor (B) amb un àtom de nitrogen (N). La seva fórmula química és BN. És un sòlid blanc molt resistent a altes temperatures i és un bon conductor de la calor. S'empra per exemple per fabricar gresols de laboratori.
El nitrur de bor (BNV) és resistent a molts àcids, però, té certa debilitat als atacs de l'àcid fluorhídric i per les bases foses. És un bon aïllant de l'electricitat.
Estructura de l'nitrur de bor (BNV). Akeramop. Font: Wikimedia Commons.
S'obté en diverses estructures cristal·lines, de les quals les més importants són l'hexagonal i la cúbica. L'estructura hexagonal s'assembla a el grafit i és relliscosa, per la qual cosa s'empra com a lubricant.
L'estructura cúbica és gairebé tan dura com el diamant i s'utilitza per fabricar eines tallants i per millorar la duresa d'altres materials.
Amb el nitrur de bor es poden fabricar tubs microscòpics (extremadament prims) anomenats nanotubs, els quals tenen aplicacions mèdiques, com per exemple per transportar dins de l'organisme i alliberar medicines contra tumors de càncer.
estructura
El nitrur de bor (BNV) és un compost on els àtoms de bor i nitrogen s'enllacen de manera covalent amb un enllaç triple.
Una molècula aïllada de nitrur de bor posseeix un àtom de bor i un de nitrogen units per un enllaç triple. Benjah-bmm27. Font: Wikimedia Commons.
En fase sòlida el BNV està format per un nombre igual d'àtoms de bor i nitrogen en forma d'anells de 6 membres.
Estructures de ressonància d'un anell de BN. Autor: Teachi. Font: Wikimedia Commons.
El BN existeix en quatre formes cristal·lines: hexagonal (h-BNV) similar a el grafit, cúbica (c-BNV) similar a el diamant, romboèdric (r-BNV) i wurtzita (w-BNV).
L'estructura de l'h-BN és similar a la de l'grafit, això és, posseeix plànols d'anells hexagonals dels quals tenen àtoms de bor i nitrogen que s'alternen.
Estructura en forma de plànols separats de l'nitrur de bor hexagonal. Benjah-bmm27. Font: Wikimedia Commons.
Entre els plànols de l'h-BN ha una gran distància el que suggereix que estan units només mitjançant forces de van der Waals, que són unes forces d'atracció molt febles i els plànols es poden lliscar fàcilment un sobre un altre.
Per aquesta raó, el h-BN és untuós a el tacte.
L'estructura de l'BN cúbic c-BN és semblant a el diamant.
Comparació entre el nitrur de bor cúbic (esquerra) i el hexagonal (dreta). de: Benutzer: Oddball, vector versio by chris 論. Font: Wikimedia Commons.
Nomenclatura
Nitrur de bor
propietats
estat físic
Sòlid blanc greixosa o relliscós a el tacte.
pes molecular
24,82 g / mol
Punt de fusió
Sublima a aproximadament 3000 ºC.
densitat
BN hexagonal = 2,25 g / cm 3
BN cúbic = 3,47 g / cm 3
solubilitat
Lleugerament soluble en alcohol calent.
propietats químiques
A causa de la forta enllaç entre el nitrogen i el bor (enllaç triple) el nitrur de bor té una alta resistència a l'atac químic i és molt estable.
És insoluble en àcids com àcid clorhídric HCl, àcid nítric HNO 3 i àcid sulfúric H 2 SO 4. Però és soluble en bases foses com hidròxid de liti LiOH, hidròxid de potassi KOH i hidròxid de sodi NaOH.
No reacciona amb la majoria de metalls, vidres o sals. En ocasions reacciona amb l'àcid fosfòric H 3 PO 4. Pot resistir l'oxidació a altes temperatures. El BN és estable a l'aire però l'aigua ho hidrolitza lentament.
El BN és atacat pel gas fluor F 2 i per l'àcid fluorhídric HF.
Altres propietats físiques
Té una alta conductivitat tèrmica, alta estabilitat tèrmica i una alta resistivitat elèctrica, és a dir, és un bon aïllant de l'electricitat. Té un àrea superficial alta.
L'h-BN (BN hexagonal) és un sòlid untuós a el tacte, semblant a el grafit.
A l'escalfar l'h-BN a temperatura i pressió elevades es converteix en la forma cúbica c-BN que és extremadament dura. Segons algunes fonts és capaç de ratllar a el diamant.
Els materials basats en BN posseeixen capacitat de sorció de contaminants inorgànics (com ions de metalls pesats) i contaminants orgànics (com tints i molècules de fàrmacs).
Sorció vol dir que interacciona amb ells i els pot adsorbir o absorbir.
obtenció
La pols de h-BN es prepara mitjançant la reacció entre el triòxid de bor B 2 O 3 o de l'àcid bòric H 3 BO 3 amb amoníac NH 3 o amb urea NH 2 (CO) NH 2 sota atmosfera de nitrogen N 2.
També el BNV es pot obtenir fent reaccionar bor amb amoníac a temperatura molt elevada.
Una altra forma de preparar-ho és a partir de l'diborano B 2 H 6 i amoníac NH 3 usant un gas inert i altes temperatures (600-1080 ° C):
B 2 H 6 + 2 NH 3 → 2 BNV + 6 H 2
usos
L'h-BN (nitrur de bor hexagonal) té varietat d'aplicacions importants basades en les seves propietats:
-Com lubricant sòlid
-Com additiu per a cosmètics
-En aïllants elèctrics d'alta temperatura
-En gresols i atuells de reacció
-En motlles i recipients d'evaporació
-Per emmagatzematge d'hidrogen
-En catàlisi
-Per adsorbir contaminants d'aigües residuals
El nitrur de bor cúbic (c-BNV) per la seva duresa gairebé igual a la de l'diamant s'empra:
-En eines tallants per maquinat de materials fèrrics durs, com aliatges dures d'acer, ferro fos i acers per a eines
-Per millorar la duresa i resistència a l'desgast d'altres materials durs com certes ceràmiques per a eines tallants.
Algunes eines tallants poden contenir nitrur de bor per exhibir una major duresa. Autor: Michael Schwarzenberger. Font: Pixabay.
- Usos de les pel·lícules primes de BN
Són molt útils en la tecnologia de dispositius semiconductors, els quals són components dels equips electrònics. Serveixen per exemple:
-Per fabricar díodes plans; els díodes són dispositius que permeten la circulació d'electricitat en un sol sentit
-En díodes de memòria de metall-aïllant-semiconductor, com A el-BN-SiO 2 -Si
-En circuits integrats com a limitador de voltatge
-Per augmentar la duresa de certs materials
-Per protegir alguns materials de l'oxidació
-Per augmentar l'estabilitat química i aïllament elèctric de molts tipus de dispositius
-En condensadors de pel lícula prima
Alguns díodes i condensadors poden contenir nitrur de bor. Autor: Sinisa Maric. Font: Pixabay.
- Usos dels nanotubs de BN
Els nanotubs són estructures que a nivell molecular tenen forma de tubs. Són tubs que són tan petits que es poden apreciar només amb microscopis especials.
A continuació s'indiquen algunes de les característiques dels nanotubs de BN:
-Tenen una alta hidrofobicitat, és a dir, repel·leixen l'aigua
-Poseen una alta resistència a l'oxidació i calor (poden resistir l'oxidació fins a 1000 ° C)
-Exhiben una alta capacitat d'emmagatzematge d'hidrogen
-Absorben la radiació
-Són molt bons aïllants de l'electricitat
-Tenen una alta conductivitat tèrmica
-La seva excel·lent resistència a l'oxidació a altes temperatures fa que puguin ser utilitzats per incrementar l'estabilitat a l'oxidació de les superfícies.
-Per la seva hidrofobicitat es poden utilitzar per preparar superfícies súper hidròfobes, és a dir, que no tenen afinitat per l'aigua i l'aigua no penetra en elles.
-Els nanotubs de BN milloren les propietats de certs materials, per exemple, s'ha utilitzat per augmentar la duresa i resistència a la fractura de l'vidre.
Nanotubs de nitrur de bor observats amb un microscopi. Keun El seu Kim et al.. Font: Wikimedia Commons.
En aplicacions mèdiques
Els nanotubs de BN s'han provat com a portadors de medicines contra el càncer com la doxorubicina. Certes composicions amb aquests materials van augmentar l'eficiència de la quimioteràpia amb aquest fàrmac.
En diverses experiències s'ha demostrat que els nanotubs de BN tenen el potencial per transportar nous medicaments i alliberar-los adequadament.
S'ha investigat l'ús dels nanotubs de BN en biomaterials polimèrics per incrementar la seva duresa, velocitat de degradació i durabilitat. Aquests són materials que es fan servir per exemple en implants ortopèdics.
com sensors
Els nanotubs de BN s'han utilitzat per construir dispositius nous per detectar humitat, diòxid de carboni CO 2 i per diagnòstics clínics. Aquests sensors han demostrat una resposta ràpida i un temps curt de recuperació.
Possible toxicitat dels materials de BN
Existeix certa preocupació sobre els possibles efectes tòxics dels nanotubs de BN. No hi ha un consens clar sobre la seva citotoxicitat, ja que alguns estudis indiquen que sí que són tòxics per a les cèl·lules, mentre uns altres indiquen el contrari.
Això es deu al seu hidrofobicitat o insolubilitat en aigua, ja que dificulta la realització dels estudis en materials biològics.
Alguns investigadors han recobert la superfície dels nanotubs de BN amb altres compostos que afavoreixen la seva solubilitat en aigua, però això ha afegit més incertesa en les experiències.
Tot i que la majoria d'estudis indiquen que el seu nivell de toxicitat és baix, s'estima que s'han de fer investigacions més precises.
referències
- Xiong, J. et al. (2020). Hexagonal Boron nitride adsorbent: Synthesis, performance tailoring and applications. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Recuperat de reader.elsevier.com.
- Mukasyan, AS (2017). Boron Nitride. In Concise Encyclopedia of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Recuperat de sciencedirect.com.
- Kalay, S. et al. (2015). Synthesis of Boron nitride nanotubes and their applications. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Recuperat de ncbi.nlm.nih.gov.
- Arya, SPS (1988). Preparation, Properties and Applications of Boron Nitride Thin Films. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Recuperat de sciencedirect.com.
- Zhang, J. et al. (2014). Cubic Boron nitride-containing ceramic matrix composites for cutting tools. In Advances in Ceramic Matrix Composites. Recuperat de sciencedirect.com.
- Cotton, F. Albert and Wilkinson, Geoffrey. (1980). Advanced Inorganic Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
- Sudarsan, V. (2017). Materials for Hostile Chemical Environments. In Materials Under Extreme Conditions. Recuperat de sciencedirect.com
- Dean, JA (editor) (1973). Lange s Handbook of Chemistry. McGraw-Hill Company.
- Mahan, BH (1968). University Chemistry. Fons Educatiu Interamericà, SA