NITRURO DI BORO (BN): STRUTTURA, PROPRIETÀ, PRODUZIONE, USI - FISICO - 2026

Il nitruro di boro è un solido inorganico formato dall'unione di un atomo di boro (B) con un atomo di azoto (N). La sua formula chimica è BN. È un solido bianco che è altamente resistente alle alte temperature ed è un buon conduttore di calore. Viene utilizzato, ad esempio, per realizzare crogioli da laboratorio.

Il nitruro di boro (BN) è resistente a molti acidi, tuttavia ha una certa debolezza agli attacchi da parte dell'acido fluoridrico e delle basi fuse. È un buon isolante di elettricità.

Struttura del nitruro di boro (BN). Akeramop. Fonte: Wikimedia Commons.

Si ottiene in varie strutture cristalline, di cui le più importanti sono esagonali e cubiche. La struttura esagonale ricorda la grafite ed è scivolosa, motivo per cui viene utilizzata come lubrificante.

La struttura cubica è dura quasi quanto il diamante e viene utilizzata per realizzare utensili da taglio e per migliorare la tenacità di altri materiali.

Il nitruro di boro può produrre tubi microscopici (estremamente sottili) chiamati nanotubi, che hanno applicazioni mediche, come il trasporto all'interno del corpo e il rilascio di farmaci contro i tumori del cancro.

Struttura

Il nitruro di boro (BN) è un composto in cui gli atomi di boro e azoto sono legati covalentemente con un triplo legame.

Una molecola di nitruro di boro isolata ha un atomo di boro e un atomo di azoto uniti da un triplo legame. Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.

Nella fase solida, BN è costituito da un numero uguale di atomi di boro e azoto sotto forma di anelli a 6 membri.

Strutture di risonanza di un anello BN. Autore: Teachi. Fonte: Wikimedia Commons.

BN esiste in quattro forme cristalline: esagonale (h-BN) simile alla grafite, cubica (c-BN) simile al diamante, romboedrica (r-BN) e wurtzite (w-BN).

La struttura di h-BN è simile a quella della grafite, cioè ha piani di anelli esagonali che hanno atomi di boro e azoto alternati.

Struttura sotto forma di piani separati di nitruro di boro esagonale. Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.

C'è una grande distanza tra i piani dell'h-BN, il che suggerisce che sono uniti solo dalle forze di van der Waals, che sono forze di attrazione molto deboli e i piani possono facilmente scivolare l'uno sull'altro.

Per questo motivo h-BN è cremoso al tatto.

La struttura del cubo BN c-BN è simile al diamante.

Confronto tra nitruro di boro cubico (sinistra) ed esagonale (destra). da: Benutzer: Oddball, versione vettoriale di chris 論. Fonte: Wikimedia Commons.

Nomenclatura

Nitruro di boro

Proprietà

Stato fisico

Solido bianco grasso o scivoloso al tatto.

Peso molecolare

24,82 g / mol

Punto di fusione

Sublima a circa 3000 ºC.

Densità

Esadecimale BN = 2,25 g / cm ³

BN cubo = 3,47 g / cm ³

solubilità

Leggermente solubile in alcool caldo.

Proprietà chimiche

A causa del forte legame tra azoto e boro (triplo legame), il nitruro di boro ha un'elevata resistenza agli attacchi chimici ed è molto stabile.

È insolubile in acidi come acido cloridrico HCl, acido nitrico HNO ₃ e acido solforico H ₂ SO ₄ . Ma è solubile in basi fuse come idrossido di litio LiOH, idrossido di potassio KOH e idrossido di sodio NaOH.

Non reagisce con la maggior parte dei metalli, vetri o sali. A volte reagisce con l'acido fosforico H ₃ PO ₄ . Può resistere all'ossidazione ad alte temperature. BN è stabile nell'aria ma viene idrolizzato lentamente dall'acqua.

BN viene attaccato dal gas fluoro F ₂ e dall'acido fluoridrico HF.

Altre proprietà fisiche

Ha un'elevata conduttività termica, un'elevata stabilità termica e un'elevata resistività elettrica, cioè è un buon isolante di elettricità. Ha una superficie elevata.

H-BN (esagonale BN) è un solido untuoso al tatto, simile alla grafite.

Al riscaldamento di h-BN a temperatura e pressione elevate si converte nella forma cubica c-BN che è estremamente dura. Secondo alcune fonti è in grado di graffiare il diamante.

I materiali a base di BN hanno la capacità di assorbire contaminanti inorganici (come ioni di metalli pesanti) e contaminanti organici (come coloranti e molecole di farmaci).

Assorbimento significa che interagisci con loro e puoi adsorbirli o assorbirli.

Ottenere

La polvere di h-BN viene preparata facendo reagire il triossido di boro B ₂ O ₃ o l'acido borico H ₃ BO ₃ con ammoniaca NH ₃ o con urea NH ₂ (CO) NH ₂ in atmosfera di azoto N ₂ .

Anche BN può essere ottenuto facendo reagire il boro con l'ammoniaca ad altissima temperatura.

Un altro modo per prepararlo è da diborano B ₂ H ₆ e ammoniaca NH ₃ utilizzando un gas inerte e alte temperature (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

applicazioni

H-BN (nitruro di boro esagonale) ha una varietà di importanti applicazioni in base alle sue proprietà:

-Come un lubrificante solido

-Come additivo ai cosmetici

-In isolanti elettrici ad alta temperatura

-In crogioli e recipienti di reazione

-In stampi e vasi di evaporazione

-Per lo stoccaggio dell'idrogeno

-In catalisi

-Per assorbire gli inquinanti dalle acque reflue

Si utilizza nitruro di boro cubico (c-BN) per la sua durezza quasi uguale a quella del diamante:

-Negli utensili da taglio per la lavorazione di materiali ferrosi duri, come acciaio legato duro, ghisa e acciai per utensili

-Per migliorare la durezza e la resistenza all'usura di altri materiali duri come alcune ceramiche per utensili da taglio.

Alcuni utensili da taglio possono contenere nitruro di boro per mostrare una maggiore durezza. Autore: Michael Schwarzenberger. Fonte: Pixabay.

- Usi di film sottili BN

Sono molto utili nella tecnologia dei dispositivi a semiconduttore, che sono componenti di apparecchiature elettroniche. Servono ad esempio:

-Per realizzare diodi piatti; i diodi sono dispositivi che consentono all'elettricità di circolare in una sola direzione

-In diodi di memoria metallo-isolante-semiconduttore, come Al-BN-SiO ₂ -Si

-In circuiti integrati come limitatore di tensione

-Per aumentare la durezza di alcuni materiali

-Per proteggere alcuni materiali dall'ossidazione

-Per aumentare la stabilità chimica e l'isolamento elettrico di molti tipi di dispositivi

-In condensatori a film sottile

Alcuni diodi e condensatori possono contenere nitruro di boro. Autore: Sinisa Maric. Fonte: Pixabay.

- Usi dei nanotubi BN

I nanotubi sono strutture che a livello molecolare hanno la forma di tubi. Sono tubi così piccoli che possono essere visti solo con microscopi speciali.

Ecco alcune delle caratteristiche dei nanotubi BN:

-Hanno un'elevata idrofobicità, cioè respingono l'acqua

-Hanno un'elevata resistenza all'ossidazione e al calore (possono resistere all'ossidazione fino a 1000 ° C)

-Esibire un'elevata capacità di stoccaggio dell'idrogeno

-Assorbe le radiazioni

-Sono ottimi isolanti di elettricità

-Hanno un'elevata conducibilità termica

-La loro ottima resistenza all'ossidazione ad alte temperature ne fa si che possano essere utilizzati per aumentare la stabilità all'ossidazione delle superfici.

-Per la loro idrofobicità possono essere utilizzati per preparare superfici super idrofobiche, cioè non hanno affinità con l'acqua e l'acqua non le penetra.

I nanotubi -BN migliorano le proprietà di alcuni materiali, ad esempio, è stato utilizzato per aumentare la durezza e la resistenza alla frattura del vetro.

Nanotubi di nitruro di boro osservati al microscopio. Keun Su Kim et al. . Fonte: Wikimedia Commons.

Nelle applicazioni mediche

I nanotubi BN sono stati testati come portatori di farmaci antitumorali come la doxorubicina. Alcune composizioni con questi materiali hanno aumentato l'efficienza della chemioterapia con detto farmaco.

In diverse esperienze, i nanotubi BN hanno dimostrato di avere il potenziale per trasportare nuovi farmaci e rilasciarli correttamente.

È stato studiato l'uso di nanotubi BN nei biomateriali polimerici per aumentarne la durezza, la velocità di degradazione e la durata. Questi sono materiali che vengono utilizzati ad esempio negli impianti ortopedici.

Come sensori

I nanotubi BN sono stati utilizzati per costruire nuovi dispositivi per la rilevazione di umidità, anidride carbonica CO ₂ e per la diagnostica clinica. Questi sensori hanno dimostrato una risposta rapida e un breve tempo di recupero.

Possibile tossicità dei materiali BN

Vi è una certa preoccupazione per i possibili effetti tossici dei nanotubi BN. Non c'è un chiaro consenso sulla loro citotossicità, poiché alcuni studi indicano che sono tossici per le cellule, mentre altri indicano il contrario.

Ciò è dovuto alla sua idrofobicità o insolubilità in acqua, in quanto rende difficile effettuare studi sui materiali biologici.

Alcuni ricercatori hanno rivestito la superficie dei nanotubi BN con altri composti che ne favoriscono la solubilità in acqua, ma questo ha aggiunto maggiore incertezza nelle esperienze.

Sebbene la maggior parte degli studi indichi che il suo livello di tossicità è basso, si stima che dovrebbero essere condotte indagini più precise.

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