- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- État physique
- Poids moléculaire
- Point de fusion
- Densité
- Solubilité
- Propriétés chimiques
- Autres propriétés physiques
- Obtention
- Applications
- - Utilisations des films minces BN
- - Utilisations des nanotubes BN
- Dans les applications médicales
- En tant que capteurs
- Toxicité possible des matériaux BN
- Références
Le nitrure de bore est un solide inorganique formé par l'union d'un atome de bore (B) avec un atome d'azote (N). Sa formule chimique est BN. C'est un solide blanc très résistant aux températures élevées et qui est un bon conducteur de chaleur. Il est utilisé, par exemple, pour fabriquer des creusets de laboratoire.
Le nitrure de bore (BN) est résistant à de nombreux acides, cependant, il présente une certaine faiblesse aux attaques de l'acide fluorhydrique et des bases fondues. C'est un bon isolant de l'électricité.
Structure du nitrure de bore (BN). Akeramop. Source: Wikimedia Commons.
Il est obtenu dans diverses structures cristallines, dont les plus importantes sont hexagonales et cubiques. La structure hexagonale ressemble au graphite et est glissante, c'est pourquoi elle est utilisée comme lubrifiant.
La structure cubique est presque aussi dure que le diamant et est utilisée pour fabriquer des outils de coupe et pour améliorer la ténacité d'autres matériaux.
Avec le nitrure de bore, des tubes microscopiques (extrêmement minces) appelés nanotubes peuvent être fabriqués, qui ont des applications médicales, telles que le transport dans le corps et la libération de médicaments contre les tumeurs cancéreuses.
Structure
Le nitrure de bore (BN) est un composé dans lequel les atomes de bore et d'azote sont liés de manière covalente par une triple liaison.
Une molécule isolée de nitrure de bore a un atome de bore et un atome d'azote reliés par une triple liaison. Benjah-bmm27. Source: Wikimedia Commons.
En phase solide, le BN est constitué d'un nombre égal d'atomes de bore et d'azote sous forme de cycles à 6 chaînons.
Structures de résonance d'un anneau BN. Auteur: Teachi. Source: Wikimedia Commons.
Le BN existe sous quatre formes cristallines: hexagonale (h-BN) similaire au graphite, cubique (c-BN) similaire au diamant, rhomboédrique (r-BN) et wurtzite (w-BN).
La structure du h-BN est similaire à celle du graphite, c'est-à-dire qu'elle a des plans d'anneaux hexagonaux qui ont des atomes de bore et d'azote en alternance.
Structure sous forme de plans séparés en nitrure de bore hexagonal. Benjah-bmm27. Source: Wikimedia Commons.
Il y a une grande distance entre les plans de h-BN, ce qui suggère qu'ils ne sont joints que par des forces de van der Waals, qui sont des forces d'attraction très faibles et que les plans peuvent facilement glisser les uns sur les autres.
Pour cette raison, h-BN est crémeux au toucher.
La structure du cubique BN c-BN est similaire à celle du diamant.
Comparaison entre le nitrure de bore cubique (à gauche) et hexagonal (à droite). de: Benutzer: Oddball, version vectorielle par chris 論. Source: Wikimedia Commons.
Nomenclature
Nitrure de bore
Propriétés
État physique
Solide blanc gras ou glissant au toucher.
Poids moléculaire
24,82 g / mol
Point de fusion
Sublime à environ 3000 ºC.
Densité
Hex BN = 2,25 g / cm 3
BN cubique = 3,47 g / cm 3
Solubilité
Légèrement soluble dans l'alcool chaud.
Propriétés chimiques
En raison de la forte liaison entre l'azote et le bore (triple liaison), le nitrure de bore a une haute résistance aux attaques chimiques et est très stable.
Il est insoluble dans les acides tels que l'acide chlorhydrique HCl, l'acide nitrique HNO 3 et l'acide sulfurique H 2 SO 4. Mais il est soluble dans les bases fondues comme l'hydroxyde de lithium LiOH, l'hydroxyde de potassium KOH et l'hydroxyde de sodium NaOH.
Il ne réagit pas avec la plupart des métaux, verres ou sels. Parfois, il réagit avec l'acide phosphorique H 3 PO 4. Il peut résister à l'oxydation à des températures élevées. Le BN est stable dans l'air mais est lentement hydrolysé par l'eau.
Le BN est attaqué par le gaz fluor F 2 et par l'acide fluorhydrique HF.
Autres propriétés physiques
Il a une conductivité thermique élevée, une stabilité thermique élevée et une résistivité électrique élevée, c'est-à-dire un bon isolant de l'électricité. Il a une grande superficie.
H-BN (hexagonal BN) est un solide onctueux au toucher, semblable au graphite.
En chauffant le h-BN à une température et une pression élevées, il se transforme en forme cubique c-BN qui est extrêmement dure. Selon certaines sources, il est capable de rayer le diamant.
Les matériaux à base de BN ont la capacité d'absorber les contaminants inorganiques (tels que les ions de métaux lourds) et les contaminants organiques (tels que les colorants et les molécules de médicaments).
La sorption signifie que vous interagissez avec eux et que vous pouvez les adsorber ou les absorber.
Obtention
La poudre de h-BN est préparée en faisant réagir du trioxyde de bore B 2 O 3 ou de l'acide borique H 3 BO 3 avec de l'ammoniac NH 3 ou avec de l'urée NH 2 (CO) NH 2 sous atmosphère d'azote N 2.
Le BN peut également être obtenu en faisant réagir du bore avec de l'ammoniac à très haute température.
Une autre façon de le préparer est à partir du diborane B 2 H 6 et de l'ammoniac NH 3 en utilisant un gaz inerte et des températures élevées (600-1080 ° C):
B 2 H 6 + 2 NH 3 → 2 BN + 6 H 2
Applications
H-BN (nitrure de bore hexagonal) a une variété d'applications importantes basées sur ses propriétés:
-En tant que lubrifiant solide
-En tant qu'additif aux cosmétiques
-Dans les isolateurs électriques haute température
-Dans des creusets et des récipients de réaction
-Dans les moules et les récipients d'évaporation
-Pour le stockage d'hydrogène
-En catalyse
-Pour adsorber les polluants des eaux usées
On utilise du nitrure de bore cubique (c-BN) pour sa dureté presque égale à celle du diamant:
-Dans les outils de coupe pour l'usinage de matériaux ferreux durs, tels que l'acier allié dur, la fonte et les aciers à outils
-Améliorer la dureté et la résistance à l'usure d'autres matériaux durs tels que certaines céramiques pour outils de coupe.
Certains outils de coupe peuvent contenir du nitrure de bore pour présenter une dureté accrue. Auteur: Michael Schwarzenberger. Source: Pixabay.
- Utilisations des films minces BN
Ils sont très utiles dans la technologie des dispositifs à semi-conducteurs, qui sont des composants d'équipements électroniques. Ils servent par exemple:
-Pour faire des diodes plates; les diodes sont des dispositifs qui permettent à l'électricité de circuler dans un seul sens
-Dans des diodes de mémoire métal-isolant-semi-conducteur, telles que Al-BN-SiO 2 -Si
-Dans les circuits intégrés comme limiteur de tension
-Augmenter la dureté de certains matériaux
-Pour protéger certains matériaux de l'oxydation
-Augmenter la stabilité chimique et l'isolation électrique de nombreux types d'appareils
-Dans les condensateurs à couche mince
Certaines diodes et condensateurs peuvent contenir du nitrure de bore. Auteur: Sinisa Maric. Source: Pixabay.
- Utilisations des nanotubes BN
Les nanotubes sont des structures qui, au niveau moléculaire, ont la forme de tubes. Ce sont des tubes si petits qu'ils ne peuvent être vus qu'avec des microscopes spéciaux.
Voici quelques-unes des caractéristiques des nanotubes BN:
-Ils ont une hydrophobicité élevée, c'est-à-dire qu'ils repoussent l'eau
-Ils ont une haute résistance à l'oxydation et à la chaleur (ils peuvent résister à l'oxydation jusqu'à 1000 ° C)
-Exposer une capacité de stockage d'hydrogène élevée
-Absorber le rayonnement
-Ils sont de très bons isolants d'électricité
-Ils ont une conductivité thermique élevée
-Son excellente résistance à l'oxydation à haute température permet de les utiliser pour augmenter la stabilité à l'oxydation des surfaces.
-En raison de leur hydrophobicité, ils peuvent être utilisés pour préparer des surfaces super hydrophobes, c'est-à-dire qu'ils n'ont aucune affinité pour l'eau et que l'eau ne les pénètre pas.
-Les nanotubes BN améliorent les propriétés de certains matériaux, par exemple, ils ont été utilisés pour augmenter la dureté et la résistance à la fracture du verre.
Nanotubes de nitrure de bore observés au microscope. Keun Su Kim et coll.. Source: Wikimedia Commons.
Dans les applications médicales
Les nanotubes de BN ont été testés comme porteurs de médicaments anticancéreux comme la doxorubicine. Certaines compositions avec ces matériaux augmentaient l'efficacité de la chimiothérapie avec ledit médicament.
Dans plusieurs expériences, les nanotubes de BN se sont avérés avoir le potentiel de transporter de nouveaux médicaments et de les libérer correctement.
L'utilisation de nanotubes de BN dans les biomatériaux polymères a été étudiée pour augmenter leur dureté, leur vitesse de dégradation et leur durabilité. Ce sont des matériaux qui sont utilisés par exemple dans les implants orthopédiques.
En tant que capteurs
Les nanotubes de BN ont été utilisés pour construire de nouveaux dispositifs de détection d'humidité, de dioxyde de carbone CO 2 et de diagnostic clinique. Ces capteurs ont démontré une réponse rapide et un temps de récupération court.
Toxicité possible des matériaux BN
Les effets toxiques possibles des nanotubes de BN suscitent des inquiétudes. Il n'y a pas de consensus clair sur leur cytotoxicité, car certaines études indiquent qu'ils sont toxiques pour les cellules, tandis que d'autres indiquent le contraire.
Cela est dû à son hydrophobicité ou insolubilité dans l'eau, car il rend difficile la réalisation d'études sur des matériaux biologiques.
Certains chercheurs ont enduit la surface des nanotubes de BN avec d'autres composés qui favorisent leur solubilité dans l'eau, mais cela a ajouté une plus grande incertitude dans les expériences.
Bien que la plupart des études indiquent que son niveau de toxicité est faible, on estime que des investigations plus précises devraient être menées.
Références
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