نيتريد البورون (BN) هو مركب يتكون من ذرات البورون والنيتروجين. وله تطبيقات مختلفة، بما في ذلك مادة التشحيم والعازل والموصل الحراري، وذلك بسبب خصائصه الفريدة.
| اسم الأيوباك | نيتريد البورون |
| الصيغة الجزيئية | وُلِدّ |
| CAS رقم | 10043-11-5 |
| المرادفات | نيتريد البورون، البورازون، الجرافيت الأبيض، نيتريد البورون المكعب، نيتريد البورون |
| إنتشي | إنشي = 1S/BN/c1-2 |
خصائص نيتريد البورون
صيغة نيتريد البورون
صيغة أحادي نيتريد البورون هي BN. وتتكون من ذرة البورون (B) وذرة النيتروجين (N). نسبة البورون إلى النيتروجين في المركب هي 1:1. تمثل الصيغة الوحدة الأبسط والأكثر أساسية لأحادي نيتريد البورون، مما يشير إلى أنواع وعدد الذرات الموجودة في المركب.
نيتريد البورون الكتلة المولية
يتم حساب الكتلة المولية لأحادي نيتريد البورون (BN) عن طريق إضافة الكتل الذرية للبورون والنيتروجين. تبلغ الكتلة الذرية للبورون حوالي 10.81 جرامًا لكل مول، بينما تبلغ الكتلة الذرية للنيتروجين حوالي 14.01 جرامًا لكل مول. وبإضافة هذه القيم نحصل على الكتلة المولية لأحادي نيتريد البورون، والتي تبلغ حوالي 24.82 جرامًا لكل مول.
درجة غليان نيتريد البورون
يحتوي أحادي نيتريد البورون على درجة غليان عالية. تعتمد نقطة الغليان الدقيقة على الشكل المحدد لأحادي نيتريد البورون، حيث أنه موجود في الهياكل البلورية المختلفة. ومع ذلك، بشكل عام، أحادي نيتريد البورون لديه نقطة غليان تتراوح من حوالي 2973 إلى 3500 درجة مئوية. نقطة الغليان العالية هذه تجعل مونيتريد البورون مناسبًا للتطبيقات التي تنطوي على ظروف درجات حرارة عالية.
نقطة انصهار نيتريد البورون
يتمتع أحادي نيتريد البورون بنقطة انصهار عالية، والتي تتأثر أيضًا ببنيته البلورية. تتراوح درجة انصهار أحادي نيتريد البورون بين 2200 و3000 درجة مئوية. تشير نقطة الانصهار العالية هذه إلى الثبات الحراري الاستثنائي للمركب ومقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مفيدًا في مختلف الصناعات والتطبيقات.
كثافة نيتريد البورون جم / مل
تبلغ كثافة أحادي نيتريد البورون عادة حوالي 2.1 إلى 2.3 جرام لكل سنتيمتر مكعب (جم / سم مكعب). يمكن أن تختلف الكثافة الدقيقة اعتمادًا على الشكل المحدد ونقاء أحادي نيتريد البورون. إن كثافتها المنخفضة نسبيًا، بالإضافة إلى قوتها العالية وموصليتها الحرارية، تجعلها مادة قيمة للتطبيقات خفيفة الوزن والمقاومة للحرارة.
الوزن الجزيئي لنتريد البورون
الوزن الجزيئي لأحادي نيتريد البورون (BN) هو مجموع الأوزان الذرية للعناصر المكونة له. يبلغ الوزن الذري للبورون حوالي 10.81 وحدة كتلة ذرية (amu)، بينما يبلغ الوزن الذري للنيتروجين حوالي 14.01 وحدة كتلة ذرية. إن إضافة هذه القيم يعطي وزنًا جزيئيًا يبلغ حوالي 24.82 amu لأحادي نيتريد البورون.
هيكل نيتريد البورون
يمتلك أحادي نيتريد البورون هياكل بلورية مختلفة، بما في ذلك أحادي نيتريد البورون السداسي (h-BN) وأحادي نيتريد البورون المكعب (c-BN). يحتوي أحادي نيتريد البورون السداسي على بنية طبقات مشابهة للجرافيت، في حين أن أحادي نيتريد البورون المكعب له بنية تشبه الماس. تمنح هذه الهياكل المميزة مونيتريد البورون خصائصه الفريدة، مثل التوصيل الحراري العالي في c-BN والعزل الكهربائي الممتاز في h-BN.
ذوبان نيتريد البورون
أحادي نيتريد البورون غير قابل للذوبان في الماء وفي المذيبات الأكثر شيوعًا. يتمتع بدرجة عالية من الخمول الكيميائي، مما يجعله مقاومًا للذوبان في السوائل المختلفة. تعتبر هذه الخاصية مفيدة للتطبيقات التي تتطلب مواد ذات تفاعل منخفض وثبات ممتاز. ومع ذلك، قد تسمح بعض المذيبات المتخصصة أو الظروف القاسية بقابلية ذوبان محدودة أو تفاعل مع أحادي نيتريد البورون.
| مظهر | الصلبة البيضاء |
| جاذبية معينة | 2.1 – 2.3 جم/سم3 |
| لون | أبيض |
| يشم | عديم الرائحة |
| الكتلة المولية | 24.82 جرام/مول |
| كثافة | 2.1 – 2.3 جم/سم3 |
| نقطة الانصهار | 2200 – 3000 درجة مئوية |
| نقطة الغليان | 2973 – 3500 درجة مئوية |
| نقطة فلاش | غير قابل للتطبيق |
| الذوبان في الماء | لا يتحلل في الماء |
| الذوبان | غير قابلة للذوبان في المذيبات الأكثر شيوعا |
| ضغط البخار | غير قابل للتطبيق |
| كثافة بخار | غير قابل للتطبيق |
| pKa | غير قابل للتطبيق |
| الرقم الهيدروجيني | غير قابل للتطبيق |
السلامة ومخاطر نيتريد البورون
يعتبر مونيتريد البورون بشكل عام آمنًا في التعامل معه واستخدامه. إنها تشكل الحد الأدنى من المخاطر الصحية لأنها غير سامة وغير تفاعلية. ومع ذلك، يجب اتخاذ بعض الاحتياطات. وينبغي تجنب استنشاق غبار أو جسيمات أحادي نيتريد البورون، لأن ذلك قد يسبب تهيج الجهاز التنفسي. يجب أيضًا تقليل الاتصال المباشر بالجلد لتجنب تهيج الجلد المحتمل. عند العمل مع أحادي نيتريد البورون في تطبيقات درجات الحرارة العالية، من المهم استخدام معدات الحماية المناسبة لتجنب الحروق أو الإصابة الحرارية. بشكل عام، اتباع ممارسات السلامة القياسية، مثل ارتداء القفازات والنظارات الواقية وقناع الغبار، سيساعد على ضمان التعامل الآمن وتقليل المخاطر المحتملة المرتبطة بأحادي نيتريد البورون.
| رموز الخطر | لا أحد |
| وصف الأمان | غير سامة وغير تفاعلية. اتخذ الاحتياطات اللازمة لتجنب استنشاق الغبار وتقليل الاتصال المباشر بالجلد. استخدم معدات الحماية المناسبة لتطبيقات درجات الحرارة العالية. |
| أرقام تعريف الأمم المتحدة | غير قابل للتطبيق |
| رمز النظام المنسق | 2850.00.00 |
| فئة الخطر | غير مصنف |
| مجموعة التعبئة | غير قابل للتطبيق |
| تسمم | غير سام |
طرق تصنيع نيتريد البورون
هناك عدة طرق لتصنيع أحادي نيتريد البورون، ولكل منها مزاياها وملاءمتها لتطبيقات محددة. الطريقة الشائعة هي التفاعل بين أكسيد البورون (B2O3) والأمونيا (NH3) عند درجة حرارة عالية. ينتج عن التفاعل أحادي نيتريد البورون في صورة صلبة. تتضمن الطريقة الأخرى تفاعل هاليدات البورون، مثل ثلاثي كلوريد البورون (BCl3) أو ثلاثي بروميد البورون (BBr3)، مع غاز الأمونيا. تنتج هذه العملية أحادي نيتريد البورون كمنتج صلب.
في ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، تخضع المركبات الأولية المتبخرة التي تحتوي على البورون والنيتروجين للتحلل على الركيزة عند درجات حرارة مرتفعة. ثم تتجمع الأنواع المتحللة مرة أخرى على سطح الركيزة، مما يؤدي إلى تخليق أحادي نيتريد البورون.
هناك طريقة أخرى تتمثل في تحويل مونيتريد البورون السداسي (h-BN) إلى مونيتريد البورون المكعب (c-BN). تتضمن عملية تحقيق هذا التحول إجراء توليف عالي الضغط ودرجة حرارة عالية (HPHT). في ظل ظروف الضغط ودرجة الحرارة الشديدة، يخضع h-BN لمرحلة انتقالية لتكوين c-BN، الذي له بنية وخصائص بلورية مختلفة.
بشكل عام، توفر طرق التوليف هذه طرقًا لإنتاج مونيتريد البورون في مجموعة متنوعة من الأشكال، بما في ذلك المساحيق والطلاءات والمواد السائبة. يعتمد اختيار الطريقة على عوامل مثل خصائص المنتج المرغوبة، وقابلية التوسع، والتطبيقات المقصودة لأحادي نيتريد البورون.
استخدامات نيتريد البورون
يجد أحادي نيتريد البورون (BN) تطبيقات في مختلف الصناعات والمجالات نظرًا لخصائصه الفريدة وتعدد استخداماته. فيما يلي بعض استخدامات أحادي نيتريد البورون:
- مواد التشحيم: يعمل أحادي نيتريد البورون بمثابة مادة تشحيم صلبة، خاصة في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة التي يمكن أن تؤدي إلى إتلاف مواد التشحيم التقليدية. فهو يقلل من الاحتكاك والتآكل، وبالتالي يطيل عمر المكونات.
- الإدارة الحرارية: يعتبر BN موصلًا حراريًا ممتازًا، مما يجعله مفيدًا في المشتتات الحرارية والأجهزة الإلكترونية وتطبيقات الطاقة العالية. فهو يبدد الحرارة بكفاءة، ويمنع ارتفاع درجة الحرارة ويحسن الأداء العام.
- العوازل: خصائص العزل الكهربائي لأحادي نيتريد البورون تجعله مثاليًا لعزل المواد الإلكترونية، ومنع التسربات الكهربائية والدوائر القصيرة.
- المواد الخزفية: تستخدم المواد الخزفية المتقدمة مثل البوتقات والفوهات وأدوات القطع BN لثباتها الحراري العالي ومقاومتها للتفاعلات الكيميائية.
- عامل التحرير: تقوم طلاءات BN بتغطية القوالب والأسطح، مما يمنع الالتصاق ويحسن إطلاق المنتجات المقولبة.
- تطبيقات الفضاء الجوي: تستخدم هندسة الفضاء الجوي BN لوزنها الخفيف وقدراتها على الإدارة الحرارية ومقاومتها لدرجات الحرارة المرتفعة.
- مستحضرات التجميل: تحتوي مستحضرات التجميل، مثل المساحيق والكريمات، على مادة BN لقدرتها على إضفاء ملمس ناعم وتوفير خصائص امتصاص الزيت.
- الحراريات: تحتوي المواد المقاومة للحرارة المستخدمة في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، مثل الأفران، على BN بسبب ثباتها الحراري والكيميائي الممتاز.
- أشباه الموصلات: يعمل BN كركيزة لنمو أشباه الموصلات، مع الاستفادة من خصائصه العازلة وتوافقه مع المواد الإلكترونية.
- المواد المضافة: تشتمل التطبيقات المختلفة، بما في ذلك البلاستيك والدهانات والطلاءات، على إضافات BN لتحسين التوصيل الحراري وخصائص التشحيم.
توضح هذه التطبيقات المتنوعة الفائدة الواسعة لأحادي نيتريد البورون عبر العديد من الصناعات، والاستفادة من خصائصه الفريدة لتحسين أداء ووظائف المواد والمنتجات المختلفة.
أسئلة:
س: هل نيتريد البورون كهرضغطية؟
ج: لا، أحادي نيتريد البورون ليس كهرضغطية.
س: ما هو نيتريد البورون؟
ج: أحادي نيتريد البورون هو مركب يتكون من ذرات البورون والنيتروجين، وهو معروف بثباته الحراري والكيميائي الممتاز.
س: هل يرتبط نيتريد البورون بالزجاج؟
ج: لا، مونيتريد البورون لا يرتبط بالزجاج.
س: هل نيتريد البورون شبكة صلبة؟
ج: نعم، أحادي نيتريد البورون عبارة عن شبكة صلبة بسبب الرابطة التساهمية بين ذرات البورون والنيتروجين، مما يشكل بنية شبكية ثلاثية الأبعاد.
س: إذا تم تكوين جزيء نيتريد البورون BN، كيف سيكون شكله؟
ج: سيكون لجزيء أحادي نيتريد البورون (BN) بنية خطية، حيث ترتبط ذرة البورون بذرة النيتروجين.
س: ما هو نيتريد البورون السداسي؟
ج: أحادي نيتريد البورون السداسي (h-BN) هو شكل بلوري من نيتريد البورون، ويتكون من طبقات سداسية مكدسة تشبه الجرافيت. لديها عزل كهربائي ممتاز وموصلية حرارية ممتازة.
س: هل نيتريد البورون مركب؟
ج: نعم، أحادي نيتريد البورون مركب يتكون من ذرات البورون والنيتروجين.
س: هل نيتريد البورون آمن؟
ج: يعتبر أحادي نيتريد البورون آمنًا بشكل عام لأنه غير سام وغير تفاعلي. ومع ذلك، ينبغي اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب استنشاق الغبار وتقليل ملامسة الجلد.
س: ما هو نيتريد البورون؟
ج: أحادي نيتريد البورون مركب صيغته الكيميائية BN، ويتكون من ذرات البورون والنيتروجين. وهي معروفة بثباتها الحراري العالي ومجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف الصناعات.
س: ما هي طاقة التماسك لثنائيات نيتريد البورون؟
ج: تشير طاقة التماسك لثنائي نيتريد البورون إلى كمية الطاقة اللازمة لفصل جزيئين من أحادي نيتريد البورون. قد تختلف القيمة المحددة اعتمادًا على طريقة الحساب ومستوى النظرية المستخدمة في الحسابات.