Nitreto de boro (BN): estrutura, propriedades, obtenção, usos - Ciência - 2023

Contente

o nitreto de boro É um sólido inorgânico formado pela união de um átomo de boro (B) com um átomo de nitrogênio (N). Sua fórmula química é BN. É um sólido branco altamente resistente a altas temperaturas e um bom condutor de calor. É usado, por exemplo, para fazer cadinhos de laboratório.

O nitreto de boro (BN) é resistente a muitos ácidos, porém apresenta certa fragilidade ao ataque do ácido fluorídrico e de bases fundidas. É um bom isolante de eletricidade.

É obtido em várias estruturas cristalinas, das quais as mais importantes são hexagonais e cúbicas. A estrutura hexagonal lembra o grafite e é escorregadia, por isso é usada como lubrificante.

A estrutura cúbica é quase tão dura quanto o diamante e é usada para fazer ferramentas de corte e para melhorar a tenacidade de outros materiais.

O nitreto de boro pode fazer tubos microscópicos (extremamente finos) chamados nanotubos, que têm aplicações médicas, como transporte dentro do corpo e distribuição de medicamentos contra tumores cancerígenos.

Estrutura

O nitreto de boro (BN) é um composto em que os átomos de boro e nitrogênio estão covalentemente ligados por uma ligação tripla.

Na fase sólida, o BN é composto por um número igual de átomos de boro e nitrogênio na forma de anéis de 6 membros.

O BN existe em quatro formas cristalinas: hexagonal (h-BN) semelhante ao grafite, cúbico (c-BN) semelhante ao diamante, romboédrico (r-BN) e wurtzita (w-BN).

A estrutura do h-BN é semelhante à da grafite, ou seja, possui planos de anéis hexagonais que possuem átomos alternados de boro e nitrogênio.

Há uma grande distância entre os planos de h-BN, o que sugere que eles são unidos apenas por forças de van der Waals, que são forças de atração muito fracas e os planos podem deslizar facilmente uns sobre os outros.

Por esta razão, o h-BN é untuoso ao toque.

A estrutura do cúbico BN c-BN é semelhante ao diamante.

Nomenclatura

Nitreto de boro

Propriedades

Estado físico

Sólido branco gorduroso ou escorregadio ao toque.

Peso molecular

24,82 g / mol

Ponto de fusão

Sublimados a aproximadamente 3000 ºC.

Densidade

Hex BN = 2,25 g / cm³

BN cúbico = 3,47 g / cm³

Solubilidade

Ligeiramente solúvel em álcool quente.

Propriedades quimicas

Devido à forte ligação entre o nitrogênio e o boro (ligação tripla), o nitreto de boro apresenta alta resistência ao ataque químico e é muito estável.

É insolúvel em ácidos, como ácido clorídrico HCl, ácido nítrico HNO₃ e ácido sulfúrico H₂SW₄. Mas é solúvel em bases fundidas como hidróxido de lítio LiOH, hidróxido de potássio KOH e hidróxido de sódio NaOH.

Não reage com a maioria dos metais, vidros ou sais. Às vezes reage com ácido fosfórico H₃PO₄. Ele pode resistir à oxidação em altas temperaturas. O BN é estável ao ar, mas é hidrolisado lentamente pela água.

BN é atacado por gás flúor F₂ e por ácido fluorídrico HF.

Outras propriedades físicas

Possui alta condutividade térmica, alta estabilidade térmica e alta resistividade elétrica, ou seja, é um bom isolante de eletricidade. Possui uma grande área de superfície.

H-BN (hexagonal BN) é um sólido untuoso ao toque, semelhante ao grafite.

Ao aquecer h-BN a temperatura e pressão elevadas, ele se converte na forma cúbica c-BN, que é extremamente difícil. Segundo algumas fontes, é capaz de arranhar o diamante.

Os materiais à base de BN têm a capacidade de absorver contaminantes inorgânicos (como íons de metais pesados) e contaminantes orgânicos (como corantes e moléculas de drogas).

Sorção significa que você interage com eles e pode adsorver ou absorver.

Obtendo

Pó de H-BN é preparado pela reação entre trióxido de boro B₂OU₃ ou ácido bórico H₃BO₃ com NH amônia₃ ou com uréia NH₂(CO) NH₂ sob atmosfera de nitrogênio N₂.

O BN também pode ser obtido pela reação de boro com amônia em temperatura muito alta.

Outra forma de prepará-lo é com diborano B₂H₆ e NH amônia₃ usando um gás inerte e altas temperaturas (600-1080 ° C):

B₂H₆ + 2 NH₃ → 2 BN + 6 H₂

Formulários

H-BN (nitreto de boro hexagonal) tem uma variedade de aplicações importantes com base em suas propriedades:

- Como um lubrificante sólido

- Como aditivo para cosméticos

- Em isoladores elétricos de alta temperatura

- Em cadinhos e vasos de reação

- Em moldes e vasos de evaporação

-Para armazenamento de hidrogênio

-Em catálise

-Para adsorver poluentes de esgoto

Nitreto de boro cúbico (c-BN) por sua dureza quase igual à do diamante é usado:

- Em ferramentas de corte para usinagem de materiais ferrosos duros, como liga de aço duro, ferro fundido e aços para ferramentas

- Para melhorar a dureza e a resistência ao desgaste de outros materiais duros, como certas cerâmicas para ferramentas de corte.

- Usos de filmes finos BN

Eles são muito úteis na tecnologia de dispositivos semicondutores, que são componentes de equipamentos eletrônicos. Eles servem, por exemplo:

-Para fazer diodos planos; diodos são dispositivos que permitem que a eletricidade circule em apenas uma direção

-Em diodos de memória de metal-isolador-semicondutor, como Al-BN-SiO₂-Sim

- Em circuitos integrados como um limitador de tensão

-Para aumentar a dureza de certos materiais

-Para proteger alguns materiais da oxidação

- Para aumentar a estabilidade química e o isolamento elétrico de muitos tipos de dispositivos

-Em capacitores de filme fino

- Usos de nanotubos BN

Nanotubos são estruturas que, em nível molecular, têm a forma de tubos. São tubos tão pequenos que só podem ser vistos com microscópios especiais.

Aqui estão algumas das características dos nanotubos BN:

-Têm alta hidrofobicidade, ou seja, repelem água

- Eles têm uma alta resistência à oxidação e ao calor (podem resistir à oxidação até 1000 ° C)

-Expor uma alta capacidade de armazenamento de hidrogênio

-Absorver radiação

-São muito bons isolantes de eletricidade

- Eles têm uma alta condutividade térmica

-Sua excelente resistência à oxidação em altas temperaturas significa que podem ser usados para aumentar a estabilidade à oxidação de superfícies.

- Devido à sua hidrofobicidade podem ser usados para preparar superfícies super hidrofóbicas, ou seja, não têm afinidade com a água e a água não penetra nelas.

Os nanotubos de BN melhoram as propriedades de certos materiais, por exemplo, tem sido usado para aumentar a dureza e a resistência à fratura do vidro.

Em aplicações médicas

Nanotubos de BN foram testados como transportadores de drogas contra o câncer, como a doxorrubicina. Certas composições com esses materiais aumentaram a eficiência da quimioterapia com o referido medicamento.

Em várias experiências, foi demonstrado que os nanotubos de BN têm potencial para transportar novos fármacos e liberá-los adequadamente.

O uso de nanotubos de BN em biomateriais poliméricos tem sido investigado para aumentar sua dureza, velocidade de degradação e durabilidade. São materiais usados, por exemplo, em implantes ortopédicos.

Como sensores

Nanotubos de BN têm sido usados para construir novos dispositivos para detectar umidade, dióxido de carbono, CO₂ e para diagnósticos clínicos. Esses sensores demonstraram uma resposta rápida e um curto tempo de recuperação.

Possível toxicidade de materiais BN

Há alguma preocupação com os possíveis efeitos tóxicos dos nanotubos de BN. Não há um consenso claro sobre sua citotoxicidade, pois alguns estudos indicam que são tóxicos para as células, enquanto outros indicam o contrário.

Isso se deve à sua hidrofobicidade ou insolubilidade em água, uma vez que dificulta a realização de estudos em materiais biológicos.

Alguns pesquisadores revestiram a superfície dos nanotubos de BN com outros compostos que favorecem sua solubilidade em água, mas isso acrescentou maior incerteza às experiências.

Embora a maioria dos estudos indique que seu nível de toxicidade é baixo, estima-se que investigações mais precisas devam ser realizadas.

Referências

Xiong, J. et al. (2020). Adsorvente hexagonal de nitreto de boro: Síntese, adaptação de desempenho e aplicações. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Recuperado de reader.elsevier.com.
Mukasyan, A.S. (2017). Nitreto de Boro. In Concise Encyclopedia of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Recuperado de sciencedirect.com.
Kalay, S. et al. (2015). Síntese de nanotubos de nitreto de boro e suas aplicações. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Recuperado de ncbi.nlm.nih.gov.
Arya, S.P.S. (1988). Preparação, propriedades e aplicações de filmes finos de nitreto de boro. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Recuperado de sciencedirect.com.
Zhang, J. et al. (2014). Compósitos de matriz cerâmica contendo nitreto de boro cúbico para ferramentas de corte. In Advances in Ceramic Matrix Composites. Recuperado de sciencedirect.com.
Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. John Wiley & Sons.
Sudarsan, V. (2017). Materiais para ambientes químicos hostis. Em materiais sob condições extremas. Recuperado de sciencedirect.com
Dean, J.A. (editor) (1973). Manual de Química de Lange. McGraw-Hill Company.
Mahan, B.H. (1968). University Chemistry. Fondo Educativo Interamericano, S.A.