BORON NITRIDA (BN): STRUKTUR, SIFAT, PRODUKSI, PENGGUNAAN - FISIK - 2025

The boron nitrida adalah padat anorganik yang dibentuk oleh persatuan atom boron (B) dengan atom nitrogen (N). Rumus kimianya adalah BN. Ini adalah padatan putih yang sangat tahan terhadap suhu tinggi dan merupakan konduktor panas yang baik. Ini digunakan, misalnya, untuk membuat cawan lebur laboratorium.

Boron nitrida (BN) tahan terhadap banyak asam, namun memiliki kelemahan tertentu jika diserang oleh asam fluorida dan basa cair. Ini adalah isolator listrik yang baik.

Struktur boron nitrida (BN). Akeramop. Sumber: Wikimedia Commons.

Itu diperoleh dalam berbagai struktur kristal, yang paling penting adalah heksagonal dan kubik. Struktur heksagonal menyerupai grafit dan licin, itulah sebabnya digunakan sebagai pelumas.

Struktur kubiknya hampir sekeras berlian dan digunakan untuk membuat perkakas pemotong dan untuk meningkatkan ketangguhan material lainnya.

Dengan boron nitrida, tabung mikroskopis (sangat tipis) yang disebut tabung nano dapat dibuat, yang memiliki aplikasi medis, seperti untuk mengangkut ke dalam tubuh dan melepaskan obat untuk melawan tumor kanker.

Struktur

Boron nitrida (BN) adalah senyawa di mana atom boron dan nitrogen terikat secara kovalen dengan ikatan rangkap tiga.

Molekul boron nitrida yang terisolasi memiliki atom boron dan atom nitrogen yang bergabung dengan ikatan rangkap tiga. Benjah-bmm 27. Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam fase padat, BN terdiri dari atom boron dan nitrogen dalam bentuk cincin beranggota 6 yang sama.

Struktur resonansi cincin BN. Penulis: Teachi. Sumber: Wikimedia Commons.

BN ada dalam empat bentuk kristal: heksagonal (h-BN) mirip dengan grafit, kubik (c-BN) mirip dengan intan, rombohedral (r-BN), dan wurtzite (w-BN).

Struktur h-BN mirip dengan grafit, yaitu memiliki bidang cincin heksagonal yang memiliki atom boron dan nitrogen bergantian.

Strukturnya berupa bidang-bidang terpisah dari boron nitrida heksagonal. Benjah-bmm 27. Sumber: Wikimedia Commons.

Ada jarak yang sangat jauh antara bidang h-BN yang menunjukkan bahwa mereka hanya bergabung dengan gaya van der Waals, yang merupakan gaya tarikan yang sangat lemah dan bidang dapat dengan mudah meluncur di atas satu sama lain.

Untuk alasan ini, h-BN terasa lembut saat disentuh.

Struktur kubik BN c-BN mirip dengan berlian.

Perbandingan antara kubik boron nitrida (kiri) dan heksagonal (kanan). dari: Benutzer: Oddball, versi vektor oleh chris 論. Sumber: Wikimedia Commons.

Tata nama

Boron nitrida

Properti

Keadaan fisik

Padatan putih berminyak atau licin saat disentuh.

Berat molekul

24,82 g / mol

Titik lebur

Menyublimasikan pada sekitar 3000 ºC.

Massa jenis

Hex BN = 2,25 g / cm ³

Kubik BN = 3,47 g / cm ³

Kelarutan

Sedikit larut dalam alkohol panas.

Sifat kimiawi

Karena ikatan kuat antara nitrogen dan boron (ikatan rangkap tiga), boron nitrida memiliki ketahanan tinggi terhadap serangan kimia dan sangat stabil.

Ini tidak larut dalam asam seperti asam klorida HCl, asam nitrat HNO _3, dan asam sulfat H ₂ SO ₄ . Tapi itu larut dalam basa cair seperti lithium hidroksida LiOH, kalium hidroksida KOH, dan natrium hidroksida NaOH.

Itu tidak bereaksi dengan kebanyakan logam, gelas atau garam. Kadang-kadang bereaksi dengan asam fosfat H ₃ PO ₄ . Ini dapat menahan oksidasi pada suhu tinggi. BN stabil di udara tetapi perlahan-lahan dihidrolisis oleh air.

BN diserang oleh gas fluor F ₂ dan oleh asam fluorida HF.

Sifat fisik lainnya

Ini memiliki konduktivitas termal yang tinggi, stabilitas termal yang tinggi dan resistivitas listrik yang tinggi, yaitu isolator listrik yang baik. Ini memiliki luas permukaan yang tinggi.

H-BN (BN heksagonal) adalah padatan tak beraturan saat disentuh, mirip dengan grafit.

Pada pemanasan h-BN pada suhu dan tekanan tinggi, ia berubah menjadi bentuk kubik c-BN yang sangat keras. Menurut beberapa sumber itu mampu menggores berlian.

Bahan berbasis BN memiliki kemampuan untuk menyerap kontaminan anorganik (seperti ion logam berat) dan kontaminan organik (seperti pewarna dan molekul obat).

Sorpsi berarti Anda berinteraksi dengan mereka dan dapat menyerap atau menyerapnya.

Memperoleh

Serbuk H-BN dibuat dengan mereaksikan boron trioksida B ₂ O ₃ atau asam borat H ₃ BO ₃ dengan amonia NH ₃ atau dengan urea NH ₂ (CO) NH _{2 di} bawah atmosfer nitrogen N ₂ .

BN juga dapat diperoleh dengan mereaksikan boron dengan amonia pada suhu yang sangat tinggi.

Cara lain untuk menyiapkannya adalah dari amonia diboran B ₂ H ₆ dan NH ₃ menggunakan gas inert dan suhu tinggi (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Aplikasi

H-BN (hexagonal boron nitride) memiliki beragam aplikasi penting berdasarkan propertinya:

-Sebagai pelumas padat

-Sebagai aditif kosmetik

-Dalam isolator listrik suhu tinggi

-Dalam cawan lebur dan pembuluh reaksi

-Dalam cetakan dan bejana penguapan

-Untuk penyimpanan hidrogen

-Dalam katalisis

-Untuk menyerap polutan dari limbah

Kubik boron nitrida (c-BN) yang kekerasannya hampir sama dengan berlian digunakan:

-Dalam alat pemotong untuk pemesinan material besi keras, seperti baja paduan keras, besi cor, dan baja perkakas

-Untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus material keras lainnya seperti keramik tertentu untuk cutting tool.

Beberapa alat pemotong mungkin mengandung boron nitrida untuk meningkatkan kekerasan. Penulis: Michael Schwarzenberger. Sumber: Pixabay.

- Penggunaan film tipis BN

Mereka sangat berguna dalam teknologi perangkat semikonduktor, yang merupakan komponen peralatan elektronik. Mereka melayani misalnya:

-Untuk membuat dioda datar; dioda adalah perangkat yang memungkinkan listrik bersirkulasi hanya dalam satu arah

-Dalam dioda memori metal-insulator-semikonduktor, seperti Al-BN-SiO ₂ -Si

-Dalam sirkuit terintegrasi sebagai pembatas tegangan

-Untuk meningkatkan kekerasan material tertentu

-Untuk melindungi beberapa bahan dari oksidasi

-Untuk meningkatkan stabilitas kimia dan isolasi listrik dari berbagai jenis perangkat

-Dalam kapasitor film tipis

Beberapa dioda dan kapasitor mungkin mengandung boron nitrida. Penulis: Sinisa Maric. Sumber: Pixabay.

- Penggunaan tabungnano BN

Nanotube adalah struktur yang pada tingkat molekulernya berbentuk seperti tabung. Mereka adalah tabung yang sangat kecil sehingga hanya dapat dilihat dengan mikroskop khusus.

Berikut adalah beberapa karakteristik dari tabungnano BN:

-Mereka memiliki hidrofobisitas tinggi, yaitu menolak air

-Mereka memiliki ketahanan tinggi terhadap oksidasi dan panas (dapat menahan oksidasi hingga 1000 ° C)

-Memamerkan kapasitas penyimpanan hidrogen yang tinggi

-Menyerap radiasi

-Mereka adalah isolator listrik yang sangat baik

-Mereka memiliki konduktivitas termal yang tinggi

-Tahannya yang sangat baik terhadap oksidasi pada suhu tinggi berarti dapat digunakan untuk meningkatkan stabilitas oksidasi permukaan.

-Karena hidrofobisitasnya, mereka dapat digunakan untuk membuat permukaan super hidrofobik, yaitu tidak memiliki afinitas terhadap air dan air tidak dapat menembusnya.

Nanotube -BN meningkatkan sifat material tertentu, misalnya, telah digunakan untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan terhadap retakan kaca.

Nanotube boron nitrida diamati di bawah mikroskop. Keun Su Kim dkk. . Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam aplikasi medis

Nanotube BN telah diuji sebagai pembawa obat kanker seperti doksorubisin. Komposisi tertentu dengan bahan ini meningkatkan efisiensi kemoterapi dengan obat tersebut.

Dalam beberapa pengalaman, tabung nano BN telah terbukti memiliki potensi untuk mengangkut obat baru dan melepaskannya dengan benar.

Penggunaan nanotube BN dalam biomaterial polimer telah diteliti untuk meningkatkan kekerasan, kecepatan degradasi dan daya tahannya. Ini adalah bahan yang digunakan misalnya dalam implan ortopedi.

Sebagai sensor

Nanotube BN telah digunakan untuk membangun perangkat baru untuk mendeteksi kelembaban, karbon dioksida CO _2, dan untuk diagnostik klinis. Sensor ini telah menunjukkan respon yang cepat dan waktu pemulihan yang singkat.

Kemungkinan toksisitas bahan BN

Ada beberapa kekhawatiran tentang kemungkinan efek racun dari tabungnano BN. Tidak ada konsensus yang jelas tentang sitotoksisitasnya, karena beberapa penelitian menunjukkan bahwa mereka beracun bagi sel, sementara yang lain menunjukkan sebaliknya.

Hal ini disebabkan karena sifat hidrofobisitas atau sifatnya yang tidak larut dalam air, sehingga sulit untuk dilakukan studi bahan biologi.

Beberapa peneliti telah melapisi permukaan tabungnano BN dengan senyawa lain yang mendukung kelarutannya dalam air, tetapi hal ini menambah ketidakpastian yang lebih besar dalam pengalaman.

Meskipun sebagian besar penelitian menunjukkan bahwa tingkat toksisitasnya rendah, diperkirakan penyelidikan yang lebih tepat harus dilakukan.

Referensi

1. Xiong, J. dkk. (2020). Adsorben boron nitrida heksagonal: Sintesis, penyesuaian kinerja, dan aplikasi. Jurnal Kimia Energi 40 (2020) 99-111. Dipulihkan dari reader.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Boron Nitrida. In Concise Encyclopedia of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
3. Kalay, S. dkk. (2015). Sintesis nanotube boron nitrida dan aplikasinya. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Persiapan, Sifat dan Aplikasi Film Tipis Boron Nitrida. Film Padat Tipis, 157 (1988) 267-282. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Komposit matriks keramik yang mengandung boron nitrida kubik untuk alat pemotong. Dalam Kemajuan dalam Komposit Matriks Keramik. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia Anorganik Lanjut. Edisi keempat. John Wiley & Sons.
7. Sudarsan, V. (2017). Bahan untuk Lingkungan Kimia yang Tidak Bersahabat. Dalam Bahan Dalam Kondisi Ekstrim. Dipulihkan dari sciencedirect.com
8. Dean, JA (editor) (1973). Buku Pegangan Kimia Lange. Perusahaan McGraw-Hill.
9. Mahan, BH (1968). Kimia Universitas. Fondo Educativo Interamericano, SA