BORON NITRIDA (BN): STRUKTUR, SIFAT, PENGELUARAN, KEGUNAAN - FIZIKAL - 2026

The boron nitrida adalah pepejal bukan organik terbentuk oleh kesatuan atom boron (B) dengan atom nitrogen (N). Formula kimianya adalah BN. Ia adalah pepejal putih yang sangat tahan terhadap suhu tinggi dan merupakan konduktor panas yang baik. Ia digunakan, sebagai contoh, untuk membuat alat makmal.

Boron nitrida (BN) tahan terhadap banyak asid, namun ia mempunyai kelemahan tertentu untuk menyerang oleh asid hidrofluorik dan oleh basa lebur. Ia adalah penebat elektrik yang baik.

Struktur boron nitrida (BN). Akeramop. Sumber: Wikimedia Commons.

Ia diperoleh dalam pelbagai struktur kristal, yang paling penting ialah heksagon dan kubik. Struktur heksagon menyerupai grafit dan licin, sebab itulah ia digunakan sebagai pelincir.

Struktur padu hampir sekeras berlian dan digunakan untuk membuat alat pemotong dan untuk meningkatkan ketahanan bahan lain.

Dengan boron nitrida, tiub mikroskopik (sangat tipis) yang disebut nanotube dapat dibuat, yang memiliki aplikasi perubatan, seperti untuk mengangkut di dalam tubuh dan melepaskan ubat-ubatan untuk melawan tumor barah.

Struktur

Boron nitrida (BN) adalah sebatian di mana atom boron dan nitrogen diikat secara kovalen dengan ikatan tiga.

Molekul boron nitrida terpencil mempunyai atom boron dan atom nitrogen yang bergabung dengan ikatan tiga. Benjah-bmm27. Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam fasa pepejal, BN terdiri dari sebilangan atom boron dan nitrogen dalam bentuk cincin beranggota 6.

Struktur resonans cincin BN. Pengarang: Teachi. Sumber: Wikimedia Commons.

BN wujud dalam empat bentuk kristal: heksagon (h-BN) mirip dengan grafit, kubik (c-BN) serupa dengan berlian, rhombohedral (r-BN) dan wurtzite (w-BN).

Struktur h-BN mirip dengan grafit, iaitu, ia mempunyai bidang cincin heksagon yang mempunyai atom boron dan nitrogen bergantian.

Struktur dalam bentuk satah terpisah boron nitrida heksagon. Benjah-bmm27. Sumber: Wikimedia Commons.

Terdapat jarak yang sangat jauh antara pesawat h-BN yang menunjukkan bahawa mereka hanya bergabung oleh pasukan van der Waals, yang merupakan daya tarikan yang sangat lemah dan pesawat dapat meluncur dengan mudah di antara satu sama lain.

Atas sebab ini, h-BN sangat lembut.

Struktur kubik BN c-BN serupa dengan berlian.

Perbandingan antara boron nitrida kubik (kiri) dan heksagon (kanan). dari: Benutzer: Oddball, versi vektor oleh chris 論. Sumber: Wikimedia Commons.

Tatanama

Boron nitrida

Hartanah

Keadaan fizikal

Padat putih berminyak atau licin apabila disentuh.

Berat molekul

24.82 g / mol

Takat lebur

Sublimasi pada suhu sekitar 3000 ºC.

Ketumpatan

Hex BN = 2.25 g / cm ³

BN kubik = 3,47 g / cm ³

Keterlarutan

Sedikit larut dalam alkohol panas.

Sifat kimia

Oleh kerana ikatan kuat antara nitrogen dan boron (ikatan tiga), boron nitrida mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap serangan kimia dan sangat stabil.

Ia tidak larut dalam asid seperti asid hidroklorik HCl, asid nitrik HNO _3, dan asid sulfurik H ₂ SO ₄ . Tetapi larut dalam pangkalan lebur seperti lithium hidroksida LiOH, kalium hidroksida KOH, dan natrium hidroksida NaOH.

Ia tidak bertindak balas dengan kebanyakan logam, gelas atau garam. Kadang kala ia bertindak balas dengan asid fosforik H ₃ PO ₄ . Ia dapat menahan pengoksidaan pada suhu tinggi. BN stabil di udara tetapi dihidrolisis perlahan oleh air.

BN diserang oleh gas fluorin F ₂ dan oleh asid hidrofluorik HF.

Sifat fizikal lain

Ia mempunyai kekonduksian terma yang tinggi, kestabilan terma yang tinggi, dan daya tahan elektrik yang tinggi, iaitu, ia adalah penebat elektrik yang baik. Ia mempunyai luas permukaan yang tinggi.

H-BN (BN heksagon) adalah pepejal tanpa sentuhan, serupa dengan grafit.

Pemanasan h-BN pada suhu dan tekanan tinggi mengubahnya menjadi bentuk kubik c-BN yang sangat sukar. Menurut beberapa sumber ia mampu menggaru berlian.

Bahan berasaskan BN mempunyai keupayaan untuk menyerap bahan cemar bukan organik (seperti ion logam berat) dan bahan cemar organik (seperti pewarna dan molekul ubat).

Penyerapan bermaksud bahawa anda berinteraksi dengan mereka dan dapat menyerap atau menyerapnya.

Mendapatkan

Serbuk h-BN disediakan dengan bertindak balas boron trioksida B ₂ O ₃ atau yg berkenaan dgn boraks H asid ₃ BO ₃ dengan ammonia NH ₃ atau dengan urea NH ₂ (CO) NH ₂ di bawah suasana nitrogen N ₂ .

BN juga dapat diperoleh dengan bertindak balas boron dengan ammonia pada suhu yang sangat tinggi.

Satu lagi cara untuk menyediakan ia adalah dari diborane B ₂ H ₆ dan NH ₃ ammonia menggunakan gas lengai dan suhu yang tinggi (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Permohonan

H-BN (hexagonal boron nitride) mempunyai pelbagai aplikasi penting berdasarkan sifatnya:

-Sebagai pelincir pepejal

-Sebagai bahan tambahan untuk kosmetik

-Dalam penebat elektrik suhu tinggi

-Dalam salib dan kapal reaksi

-Dalam acuan dan kapal penyejatan

-Untuk simpanan hidrogen

-Dalam pemangkin

-Untuk menyerap bahan pencemar dari kumbahan

Kubik boron nitrida (c-BN) kerana kekerasannya hampir sama dengan berlian digunakan:

-Dalam alat pemotong untuk pemesinan bahan besi keras, seperti keluli aloi keras, besi tuang, dan keluli alat

-Untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus dari bahan keras lain seperti seramik tertentu untuk alat pemotong.

Beberapa alat pemotong mungkin mengandungi boron nitrida untuk menunjukkan kekerasan yang meningkat. Pengarang: Michael Schwarzenberger. Sumber: Pixabay.

- Penggunaan filem tipis BN

Mereka sangat berguna dalam teknologi peranti semikonduktor, yang merupakan komponen peralatan elektronik. Mereka berfungsi sebagai contoh:

-Untuk membuat diod rata; diod adalah peranti yang membenarkan elektrik beredar dalam satu arah sahaja

-Diod memori logam penebat-semikonduktor, seperti Al-BN-SiO ₂ -Si

-Dalam litar bersepadu sebagai penghad voltan

-Untuk meningkatkan kekerasan bahan tertentu

-Untuk melindungi sebilangan bahan daripada pengoksidaan

-Untuk meningkatkan kestabilan kimia dan penebat elektrik dari pelbagai jenis peranti

-Dalam kapasitor filem nipis

Beberapa diod dan kapasitor mungkin mengandungi boron nitrida. Pengarang: Sinisa Maric. Sumber: Pixabay.

- Penggunaan nanotube BN

Nanotube adalah struktur yang pada tahap molekul berbentuk seperti tiub. Mereka adalah tiub yang sangat kecil sehingga hanya dapat dilihat dengan mikroskop khas.

Berikut adalah beberapa ciri nanotube BN:

-Mereka mempunyai hidrofobik yang tinggi, iaitu, mereka menghalau air

-Mereka mempunyai daya tahan tinggi terhadap pengoksidaan dan panas (mereka dapat menahan pengoksidaan hingga 1000 ° C)

-Menunjukkan kapasiti penyimpanan hidrogen yang tinggi

-Menyerap sinaran

-Mereka adalah penebat elektrik yang sangat baik

-Mereka mempunyai kekonduksian terma yang tinggi

-Rintangan yang sangat baik terhadap pengoksidaan pada suhu tinggi bermaksud bahawa ia dapat digunakan untuk meningkatkan kestabilan pengoksidaan permukaan.

-Kerena hidrofobik mereka boleh digunakan untuk menyiapkan permukaan hidrofobik super, iaitu, mereka tidak mempunyai kaitan dengan air dan air tidak menembusnya.

-BN nanotube meningkatkan sifat bahan tertentu, misalnya, ia telah digunakan untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan terhadap pecahan kaca.

Nanotube Boron nitrida diperhatikan di bawah mikroskop. Keun Su Kim et al. . Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam aplikasi perubatan

Nanotube BN telah diuji sebagai pembawa ubat barah seperti doxorubicin. Komposisi tertentu dengan bahan-bahan ini meningkatkan kecekapan kemoterapi dengan ubat tersebut.

Dalam beberapa pengalaman, nanotube BN terbukti berpotensi mengangkut ubat baru dan membebaskannya dengan betul.

Penggunaan nanotube BN dalam biomaterial polimer telah disiasat untuk meningkatkan kekerasan, kelajuan penurunan dan ketahanannya. Ini adalah bahan yang digunakan misalnya dalam implan ortopedik.

Sebagai penderia

Nanotube BN telah digunakan untuk membina alat baru untuk mengesan kelembapan, karbon dioksida CO _2, dan untuk diagnostik klinikal. Sensor ini telah menunjukkan tindak balas yang cepat dan masa pemulihan yang singkat.

Kemungkinan ketoksikan bahan BN

Terdapat beberapa kebimbangan mengenai kemungkinan kesan toksik nanotube BN. Tidak ada konsensus yang jelas mengenai sitotoksisitas mereka, kerana beberapa kajian menunjukkan bahawa mereka beracun kepada sel, sementara yang lain menunjukkan sebaliknya.

Ini disebabkan oleh sifat hidrofobik atau tidak larut dalam air, kerana menyukarkan kajian mengenai bahan biologi.

Sebilangan penyelidik telah melapisi permukaan nanotube BN dengan sebatian lain yang menyokong kelarutannya dalam air, tetapi ini menambahkan ketidakpastian yang lebih besar dalam pengalaman tersebut.

Walaupun kebanyakan kajian menunjukkan bahawa tahap ketoksikannya rendah, dianggarkan penyelidikan yang lebih tepat harus dilakukan.

Rujukan

1. Xiong, J. et al. (2020). Adsorben boron nitrida heksagon: Sintesis, penjahit prestasi dan aplikasi. Jurnal Kimia Tenaga 40 (2020) 99-111. Dipulihkan dari reader.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Boron Nitride. Dalam Ensiklopedia Ringkas Sintesis Suhu Tinggi Penyebaran Diri. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). Sintesis nanotube boron nitrida dan aplikasinya. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Penyediaan, Sifat dan Aplikasi Filem Tipis Boron Nitride. Filem Padat Tipis, 157 (1988) 267-282. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Komposit matriks seramik yang mengandungi boron nitrida kubik untuk alat pemotong. Dalam Kemajuan dalam Komposit Matriks Seramik. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia Anorganik Lanjutan. Edisi Keempat. John Wiley & Anak.
7. Sudarsan, V. (2017). Bahan untuk Persekitaran Kimia yang bermusuhan. Dalam Bahan Dalam Keadaan Melampau. Dipulihkan dari sciencedirect.com
8. Dean, JA (penyunting) (1973). Buku Panduan Kimia Lange. Syarikat McGraw-Hill.
9. Mahan, BH (1968). Kimia Universiti. Fondo Educativo Interamericano, SA