BORNITRID (BN): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, PRODUKTION, VERWENDUNG - KÖRPERLICH - 2025

Das Bornitrid ist ein anorganischer Feststoff, der durch Vereinigung eines Boratoms (B) mit einem Stickstoffatom (N) gebildet wird. Seine chemische Formel lautet BN. Es ist ein weißer Feststoff, der sehr widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen ist und einen guten Wärmeleiter darstellt. Es wird zum Beispiel zur Herstellung von Labortiegeln verwendet.

Bornitrid (BN) ist gegen viele Säuren resistent, weist jedoch eine gewisse Angriffsschwäche durch Flusssäure und geschmolzene Basen auf. Es ist ein guter Isolator für Elektrizität.

Struktur von Bornitrid (BN). Akeramop. Quelle: Wikimedia Commons.

Es wird in verschiedenen kristallinen Strukturen erhalten, von denen die wichtigsten hexagonal und kubisch sind. Die sechseckige Struktur ähnelt Graphit und ist rutschig, weshalb sie als Schmiermittel verwendet wird.

Die kubische Struktur ist fast so hart wie Diamant und wird zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und zur Verbesserung der Zähigkeit anderer Materialien verwendet.

Bornitrid kann mikroskopisch kleine (extrem dünne) Röhrchen herstellen, die als Nanoröhrchen bezeichnet werden und medizinische Anwendungen haben, z. B. den Transport im Körper und die Freisetzung von Arzneimitteln gegen Krebstumoren.

Struktur

Bornitrid (BN) ist eine Verbindung, bei der Bor- und Stickstoffatome kovalent mit einer Dreifachbindung verbunden sind.

Ein isoliertes Bornitridmolekül hat ein Boratom und ein Stickstoffatom, die durch eine Dreifachbindung verbunden sind. Benjah-bmm27. Quelle: Wikimedia Commons.

In der festen Phase besteht BN aus einer gleichen Anzahl von Bor- und Stickstoffatomen in Form von 6-gliedrigen Ringen.

Resonanzstrukturen eines BN-Rings. Autor: Teachi. Quelle: Wikimedia Commons.

BN existiert in vier kristallinen Formen: hexagonal (h-BN) ähnlich wie Graphit, kubisch (c-BN) ähnlich wie Diamant, rhomboedrisch (r-BN) und Wurtzit (w-BN).

Die Struktur von h-BN ähnelt der von Graphit, dh es hat Ebenen hexagonaler Ringe mit alternierenden Bor- und Stickstoffatomen.

Struktur in Form separater Ebenen aus hexagonalem Bornitrid. Benjah-bmm27. Quelle: Wikimedia Commons.

Zwischen den Ebenen von h-BN besteht ein großer Abstand, was darauf hindeutet, dass sie nur durch Van-der-Waals-Kräfte verbunden sind, bei denen es sich um sehr schwache Anziehungskräfte handelt und die Ebenen leicht übereinander gleiten können.

Aus diesem Grund fühlt sich h-BN cremig an.

Die Struktur von kubischem BN c-BN ist ähnlich wie bei Diamant.

Vergleich zwischen kubischem Bornitrid (links) und hexagonal (rechts). von: Benutzer: Oddball, Vektorversion von chris 論. Quelle: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

Bornitrid

Eigenschaften

Körperlicher Status

Fettiger weißer Feststoff oder rutschig anzufassen.

Molekulargewicht

24,82 g / mol

Schmelzpunkt

Sublimiert bei ca. 3000 ºC.

Dichte

Hex BN = 2,25 g / cm ³

Kubisches BN = 3,47 g / cm ³

Löslichkeit

In heißem Alkohol schwer löslich.

Chemische Eigenschaften

Bornitrid hat aufgrund der starken Bindung zwischen Stickstoff und Bor (Dreifachbindung) eine hohe Beständigkeit gegen chemische Angriffe und ist sehr stabil.

Es ist unlöslich in Säuren wie Salzsäure HCl, Salpetersäure HNO ₃ und Schwefelsäure H ₂ SO ₄ . Es ist jedoch in geschmolzenen Basen wie Lithiumhydroxid LiOH, Kaliumhydroxid KOH und Natriumhydroxid NaOH löslich.

Es reagiert nicht mit den meisten Metallen, Gläsern oder Salzen. Manchmal reagiert es mit Phosphorsäure H ₃ PO ₄ . Es kann bei hohen Temperaturen einer Oxidation widerstehen. BN ist an der Luft stabil, wird jedoch langsam durch Wasser hydrolysiert.

BN wird von Fluorgas F ₂ und Flusssäure HF angegriffen .

Andere physikalische Eigenschaften

Es hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Wärmestabilität und einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand, das heißt, es ist ein guter Isolator für Elektrizität. Es hat eine große Oberfläche.

H-BN (hexagonales BN) fühlt sich ähnlich wie Graphit weich an.

Beim Erhitzen von h-BN auf erhöhte Temperatur und erhöhten Druck wandelt es sich in die kubische Form c-BN um, die extrem hart ist. Nach einigen Quellen ist es in der Lage, den Diamanten zu kratzen.

Materialien auf BN-Basis können anorganische Verunreinigungen (wie Schwermetallionen) und organische Verunreinigungen (wie Farbstoffe und Arzneimittelmoleküle) absorbieren.

Sorption bedeutet, dass Sie mit ihnen interagieren und sie adsorbieren oder absorbieren können.

Erhalten

H-BN-Pulver wird hergestellt, indem Bortrioxid B ₂ O ₃ oder Borsäure H ₃ BO ₃ mit Ammoniak NH ₃ oder mit Harnstoff NH ₂ (CO) NH ₂ unter Stickstoffatmosphäre N _{2 umgesetzt werden} .

BN kann auch durch Umsetzen von Bor mit Ammoniak bei sehr hoher Temperatur erhalten werden.

Eine andere Art der Herstellung besteht aus Diboran B ₂ H ₆ und NH ₃ Ammoniak unter Verwendung eines Inertgases und hohen Temperaturen (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Anwendungen

H-BN (hexagonales Bornitrid) hat aufgrund seiner Eigenschaften eine Vielzahl wichtiger Anwendungen:

- Als festes Schmiermittel

- Als Zusatz zu Kosmetika

-In elektrischen Hochtemperaturisolatoren

-In Tiegeln und Reaktionsgefäßen

-In Formen und Verdunstungsgefäßen

-Für die Wasserstoffspeicherung

-In Katalyse

-Um Schadstoffe aus dem Abwasser zu adsorbieren

Es wird kubisches Bornitrid (c-BN) verwendet, dessen Härte fast der von Diamant entspricht:

-In Schneidwerkzeugen zur Bearbeitung von harten Eisenwerkstoffen wie hartlegiertem Stahl, Gusseisen und Werkzeugstählen

-Um die Härte und Verschleißfestigkeit anderer harter Materialien wie bestimmter Keramiken für Schneidwerkzeuge zu verbessern.

Einige Schneidwerkzeuge können Bornitrid enthalten, um eine erhöhte Härte aufzuweisen. Verfasser: Michael Schwarzenberger. Quelle: Pixabay.

- Verwendung von BN-Dünnfilmen

Sie sind sehr nützlich in der Technologie von Halbleiterbauelementen, die Bestandteile elektronischer Geräte sind. Sie dienen zum Beispiel:

-Um flache Dioden herzustellen; Dioden sind Geräte, mit denen Elektrizität nur in eine Richtung zirkulieren kann

-In Metall-Isolator-Halbleiter-Speicherdioden wie Al-BN-SiO ₂ -Si

-In integrierten Schaltkreisen als Spannungsbegrenzer

-Um die Härte bestimmter Materialien zu erhöhen

-Um einige Materialien vor Oxidation zu schützen

-Um die chemische Stabilität und die elektrische Isolierung vieler Arten von Geräten zu erhöhen

-In Dünnschichtkondensatoren

Einige Dioden und Kondensatoren können Bornitrid enthalten. Verfasser: Sinisa Maric. Quelle: Pixabay.

- Verwendung von BN-Nanoröhren

Nanoröhren sind Strukturen, die auf molekularer Ebene wie Röhren geformt sind. Es sind Röhren, die so klein sind, dass sie nur mit speziellen Mikroskopen sichtbar sind.

Hier sind einige der Eigenschaften von BN-Nanoröhren:

- Sie haben eine hohe Hydrophobizität, dh sie stoßen Wasser ab

- Sie haben eine hohe Beständigkeit gegen Oxidation und Hitze (sie können einer Oxidation bis zu 1000 ° C widerstehen).

- Zeigen Sie eine hohe Wasserstoffspeicherkapazität

-Absorbieren Sie Strahlung

-Sie sind sehr gute Isolatoren von Elektrizität

-Sie haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit

- Aufgrund seiner hervorragenden Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen können sie zur Erhöhung der Oxidationsstabilität von Oberflächen verwendet werden.

- Aufgrund ihrer Hydrophobizität können sie zur Herstellung von superhydrophoben Oberflächen verwendet werden, dh sie haben keine Affinität zu Wasser und Wasser dringt nicht in sie ein.

-BN-Nanoröhren verbessern die Eigenschaften bestimmter Materialien, beispielsweise wurde sie verwendet, um die Härte und Bruchfestigkeit von Glas zu erhöhen.

Bornitrid-Nanoröhren unter einem Mikroskop beobachtet. Keun Su Kim et al. . Quelle: Wikimedia Commons.

In medizinischen Anwendungen

BN-Nanoröhren wurden als Träger für Krebsmedikamente wie Doxorubicin getestet. Bestimmte Zusammensetzungen mit diesen Materialien erhöhten die Effizienz der Chemotherapie mit dem Arzneimittel.

In mehreren Erfahrungen wurde gezeigt, dass BN-Nanoröhren das Potenzial haben, neue Medikamente zu transportieren und ordnungsgemäß freizusetzen.

Die Verwendung von BN-Nanoröhren in polymeren Biomaterialien wurde untersucht, um deren Härte, Abbaugeschwindigkeit und Haltbarkeit zu erhöhen. Dies sind Materialien, die beispielsweise in orthopädischen Implantaten verwendet werden.

Als Sensoren

BN-Nanoröhren wurden verwendet, um neuartige Geräte zum Nachweis von Feuchtigkeit, Kohlendioxid-CO ₂ und für die klinische Diagnostik zu bauen. Diese Sensoren haben eine schnelle Reaktion und eine kurze Erholungszeit gezeigt.

Mögliche Toxizität von BN-Materialien

Es gibt einige Bedenken hinsichtlich der möglichen toxischen Wirkungen von BN-Nanoröhren. Es gibt keinen klaren Konsens über ihre Zytotoxizität, da einige Studien zeigen, dass sie für Zellen toxisch sind, während andere das Gegenteil anzeigen.

Dies ist auf seine Hydrophobizität oder Unlöslichkeit in Wasser zurückzuführen, da es schwierig ist, Studien an biologischen Materialien durchzuführen.

Einige Forscher haben die Oberfläche von BN-Nanoröhren mit anderen Verbindungen beschichtet, die ihre Löslichkeit in Wasser begünstigen. Dies hat jedoch zu einer größeren Unsicherheit in den Erfahrungen geführt.

Obwohl die meisten Studien darauf hinweisen, dass die Toxizität gering ist, sollten schätzungsweise genauere Untersuchungen durchgeführt werden.

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