نيتريد البورون (مليار دولار): الهيكل ، الخصائص ، الإنتاج ، الاستخدامات - جسدي - بدني - 2025

و نيتريد البورون هو الصلبة غير العضوية التي شكلتها النقابة ذرة البورون (B) مع ذرة النيتروجين (N). صيغته الكيميائية هي BN. إنها مادة صلبة بيضاء شديدة المقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة وهي موصل جيد للحرارة. يتم استخدامه ، على سبيل المثال ، لصنع البوتقات المختبرية.

نيتريد البورون (BN) مقاوم للعديد من الأحماض ، ومع ذلك ، فإنه يعاني من ضعف معين للهجوم بواسطة حمض الهيدروفلوريك والقواعد المنصهرة. إنه عازل جيد للكهرباء.

هيكل نيتريد البورون (BN). أكيراموب. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

يتم الحصول عليها في العديد من الهياكل البلورية ، وأهمها سداسية ومكعبية. الهيكل السداسي يشبه الجرافيت وهو زلق ، وهذا هو سبب استخدامه كمواد تشحيم.

الهيكل المكعب هو تقريبًا مثل الماس ويستخدم لصنع أدوات القطع ولتحسين صلابة المواد الأخرى.

باستخدام نيتريد البورون ، يمكن صنع أنابيب مجهرية (رفيعة للغاية) تسمى الأنابيب النانوية ، والتي لها تطبيقات طبية ، مثل النقل داخل الجسم وإطلاق الأدوية ضد الأورام السرطانية.

بناء

نيتريد البورون (BN) هو مركب ترتبط فيه ذرات البورون والنيتروجين برابطة ثلاثية.

يحتوي جزيء نيتريد البورون المعزول على ذرة بورون وذرة نيتروجين مرتبطة برابطة ثلاثية. بنجه- bmm27. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

في المرحلة الصلبة ، يتكون BN من عدد متساوٍ من ذرات البورون والنيتروجين في شكل حلقات مكونة من 6 ذرات.

تراكيب الرنين في حلقة BN. المؤلف: Teachi. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

يوجد BN في أربعة أشكال بلورية: سداسية (h-BN) مماثلة للجرافيت ، مكعب (c-BN) مشابه للماس ، معيني السطوح (r-BN) و wurtzite (w-BN).

يشبه هيكل h-BN هيكل الجرافيت ، أي أنه يحتوي على طائرات من حلقات سداسية تحتوي على ذرات بورون ونيتروجين متناوبة.

هيكل على شكل طائرات منفصلة من سداسية نيتريد البورون. بنجه- bmm27. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

هناك مسافة كبيرة بين طائرات h-BN مما يشير إلى أنها مرتبطة فقط بقوى van der Waals ، وهي قوى جذب ضعيفة للغاية ويمكن للطائرات أن تنزلق بسهولة فوق بعضها البعض.

لهذا السبب ، فإن h-BN كريمي الملمس.

يشبه هيكل BN c-BN المكعب الماس.

مقارنة بين مكعب نيتريد البورون (يسار) وسداسي (يمين). من: Benutzer: Oddball ، إصدار متجه لكريس 論. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

التسمية

نيتريد البورون

الخصائص

الحالة الفيزيائية

أبيض دهني صلب أو زلق الملمس.

الوزن الجزيئي الغرامي

24.82 جم / مول

نقطة الانصهار

يتصاعد عند حوالي 3000 درجة مئوية.

كثافة

عرافة BN = 2.25 جم / سم ³

مكعب BN = 3.47 جم / سم ³

الذوبان

قليل الذوبان في الكحول الساخن.

الخواص الكيميائية

بسبب الرابطة القوية بين النيتروجين والبورون (الرابطة الثلاثية) ، يتمتع نيتريد البورون بمقاومة عالية للهجوم الكيميائي ومستقر للغاية.

إنه غير قابل للذوبان في الأحماض مثل حمض الهيدروكلوريك حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك HNO ₃ وحمض الكبريتيك H ₂ SO ₄. ولكنه قابل للذوبان في القواعد المنصهرة مثل هيدروكسيد الليثيوم LiOH وهيدروكسيد البوتاسيوم KOH وهيدروكسيد الصوديوم NaOH.

لا يتفاعل مع معظم المعادن أو الزجاج أو الأملاح. في بعض الأحيان يتفاعل مع حمض الفوسفوريك H ₃ PO ₄. يمكنه مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية. BN مستقر في الهواء ولكنه يتحلل بالماء ببطء.

تعرضت لهجوم من قبل BN غاز الفلور F ₂ وHF حمض الهيدروفلوريك.

الخصائص الفيزيائية الأخرى

لديها موصلية حرارية عالية ، واستقرار حراري عالي ومقاومة كهربائية عالية ، أي أنها عازل جيد للكهرباء. لها مساحة سطح عالية.

H-BN (سداسية BN) مادة صلبة غير مفعمة باللمس تشبه الجرافيت.

عند تسخين h-BN عند درجة حرارة وضغط مرتفعين ، يتحول إلى الشكل المكعب c-BN وهو صعب للغاية. وفقًا لبعض المصادر ، فهي قادرة على خدش الماس.

المواد القائمة على BN لديها القدرة على امتصاص الملوثات غير العضوية (مثل أيونات المعادن الثقيلة) والملوثات العضوية (مثل الأصباغ وجزيئات الدواء).

يعني الامتصاص أنك تتفاعل معها ويمكن أن تمتصها أو تمتصها.

الحصول

يتم تحضير مسحوق h-BN عن طريق تفاعل ثلاثي أكسيد البورون B ₂ O ₃ أو حمض البوريك H ₃ BO ₃ مع الأمونيا NH ₃ أو مع اليوريا NH ₂ (CO) NH ₂ تحت جو من النيتروجين N ₂.

أيضا يمكن الحصول على BN عن طريق تفاعل البورون مع الأمونيا في درجة حرارة عالية جدا.

طريقة أخرى لتحضيره هي من ثنائي بوران B ₂ H ₆ و NH ₃ أمونيا باستخدام غاز خامل ودرجات حرارة عالية (600-1080 درجة مئوية):

ب ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

التطبيقات

يحتوي H-BN (نيتريد البورون السداسي) على مجموعة متنوعة من التطبيقات المهمة بناءً على خصائصه:

- كمادة تشحيم صلبة

- كمادة مضافة لمستحضرات التجميل

- في العوازل الكهربائية ذات درجة الحرارة العالية

- في البوتقات وأوعية التفاعل

-في القوالب وأوعية التبخير

- لتخزين الهيدروجين

- في الحفز

- لامتصاص الملوثات من مياه الصرف الصحي

يتم استخدام نيتريد البورون المكعب (c-BN) لصلابته التي تساوي تقريبًا صلابة الماس:

- في أدوات القطع لتصنيع المواد الحديدية الصلبة ، مثل سبائك الصلب الصلبة والحديد الزهر وفولاذ الأدوات

- لتحسين الصلابة ومقاومة التآكل للمواد الصلبة الأخرى مثل بعض السيراميك لأدوات القطع.

قد تحتوي بعض أدوات القطع على نيتريد البورون لإظهار صلابة متزايدة. المؤلف: مايكل شوارزنبرجر. المصدر: Pixabay.

- استخدامات الأغشية الرقيقة BN

إنها مفيدة جدًا في تكنولوجيا أجهزة أشباه الموصلات ، وهي مكونات المعدات الإلكترونية. يخدمون على سبيل المثال:

- لعمل الثنائيات المسطحة. الثنائيات هي أجهزة تسمح للكهرباء بالدوران في اتجاه واحد فقط

-في ثنائيات ذاكرة عازل معدني-أشباه الموصلات ، مثل Al-BN-SiO ₂ -Si

- في الدوائر المتكاملة كمحدد للجهد

- لزيادة صلابة بعض المواد

- لحماية بعض المواد من الأكسدة

- لزيادة الثبات الكيميائي والعزل الكهربائي لأنواع كثيرة من الأجهزة

- المكثفات ذات الأغشية الرقيقة

قد تحتوي بعض الثنائيات والمكثفات على نيتريد البورون. المؤلف: سينيسا ماريك. المصدر: Pixabay.

- استخدامات الأنابيب النانوية BN

الأنابيب النانوية هي هياكل تتشكل على المستوى الجزيئي مثل الأنابيب. إنها أنابيب صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا باستخدام مجاهر خاصة.

فيما يلي بعض خصائص الأنابيب النانوية BN:

- لديهم نسبة عالية من الكراهية للماء ، أي أنهم يصدون الماء

- لديهم مقاومة عالية للأكسدة والحرارة (يمكنهم مقاومة الأكسدة حتى 1000 درجة مئوية)

- عرض سعة تخزين عالية للهيدروجين

-امتصاص الإشعاع

- عوازل جيدة جدا للكهرباء

- موصلية حرارية عالية

- مقاومتها الممتازة للأكسدة في درجات الحرارة العالية تعني أنه يمكن استخدامها لزيادة ثبات الأكسدة للأسطح.

- نظرًا لكونها كارهة للماء ، يمكن استخدامها لإعداد أسطح شديدة المقاومة للماء ، أي أنها لا تقترب من الماء ولا تخترقها المياه.

- تعمل الأنابيب النانوية -B على تحسين خصائص بعض المواد ، على سبيل المثال ، تم استخدامها لزيادة صلابة ومقاومة الزجاج للكسر.

تمت ملاحظة الأنابيب النانوية لنتريد البورون تحت المجهر. Keun Su Kim et al.. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

في التطبيقات الطبية

تم اختبار الأنابيب النانوية BN كحاملات لعقاقير السرطان مثل دوكسوروبيسين. زادت تركيبات معينة مع هذه المواد من كفاءة العلاج الكيميائي بالدواء المذكور.

في العديد من التجارب ، ثبت أن الأنابيب النانوية BN لديها القدرة على نقل أدوية جديدة وإطلاقها بشكل صحيح.

تم التحقيق في استخدام الأنابيب النانوية BN في المواد الحيوية البوليمرية لزيادة صلابة وسرعة التحلل والمتانة. هذه هي المواد التي تُستخدم على سبيل المثال في زراعة العظام.

كأجهزة استشعار

تم استخدام الأنابيب النانوية BN لبناء أجهزة جديدة للكشف عن الرطوبة وثاني أكسيد الكربون CO ₂ وللتشخيص السريري. أظهرت هذه المستشعرات استجابة سريعة ووقت استرداد قصير.

السمية المحتملة للمواد BN

هناك بعض القلق بشأن الآثار السامة المحتملة للأنابيب النانوية النانوية. لا يوجد إجماع واضح حول سميتها الخلوية ، حيث تشير بعض الدراسات إلى أنها سامة للخلايا ، بينما تشير دراسات أخرى إلى عكس ذلك.

ويرجع ذلك إلى كراهيته للماء أو عدم ذوبانه في الماء ، حيث يجعل من الصعب إجراء دراسات على المواد البيولوجية.

قام بعض الباحثين بتغطية سطح الأنابيب النانوية BN بمركبات أخرى تفضل قابليتها للذوبان في الماء ، لكن هذا زاد من عدم اليقين في التجارب.

على الرغم من أن معظم الدراسات تشير إلى أن مستوى سميته منخفض ، فمن المقدر إجراء تحقيقات أكثر دقة.

المراجع

1. شيونغ ، ياء وآخرون. (2020). مادة ماصة نيتريد البورون سداسية: التركيب ، وتصميم الأداء والتطبيقات. مجلة كيمياء الطاقة 40 (2020) 99-111. تعافى من reader.elsevier.com.
2. موكاسيان ، أس (2017). نيتريد البورون. في موسوعة موجزة للتكاثر الذاتي للتركيب عالي الحرارة. تعافى من sciencedirect.com.
3. كالاي ، إس وآخرون. (2015). تخليق الأنابيب النانوية لنتريد البورون وتطبيقاتها. بيلشتاين ج.نانوتكنول. 2015 ، 6 ، 84-102. تعافى من ncbi.nlm.nih.gov.
4. آريا ، SPS (1988). تحضير وخصائص وتطبيقات أغشية البورون النيتريد الرقيقة. أغشية صلبة رفيعة ، 157 (1988) 267-282. تعافى من sciencedirect.com.
5. تشانغ ، جيه وآخرون. (2014). مركبات مصفوفة خزفية تحتوي على نيتريد البورون مكعب لأدوات القطع. في التقدم في مركبات مصفوفة السيراميك. تعافى من sciencedirect.com.
6. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.
7. سودارسان ، ف. (2017). مواد للبيئات الكيميائية المعادية. في المواد في ظل ظروف قاسية. تعافى من sciencedirect.com
8. دين ، جا (محرر) (1973). كتيب لانج للكيمياء. شركة ماكجرو هيل.
9. ماهان ، البوسنة والهرسك (1968). كيمياء الجامعة. Fondo Educativo Interamericano، SA