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Nitruro di boro

  |   Chimica, Chimica Generale

Il nitruro di boro è un composto refrattario termicamente e chimicamente costituito da boro e azoto con formula chimica BN . Esiste in varie forme cristalline che sono isoelettroniche a un reticolo di carbonio strutturato in modo simile  Essendo isoelettronico rispetto alle forme elementari del carbonio esiste in diverse forme cristalline analoghe a quelle che presenta il carbonio.

Struttura

Si presenta in forma esagonale analoga alla grafite

nitruro di boro

nella forma cubica analoga al diamante usato per lavorazioni di finitura degli acciai temprati

nitruro di boro

e in una forma di wurtzite analoga alla lonsdaleite

nitruro di boro

Sintesi

Il nitruro di boro ha formula BN e fu sintetizzato in laboratorio all’inizio del XVIII secolo ma è stata utilizzato solo intorno al 1940.

Il nitruro di boro esagonale può essere ottenuto a partire da triossido di boro o acido borico e ammoniaca in atmosfera di azoto alla temperatura di 900°C secondo la reazione:

B2O3 + 2 NH3 → 2 BN + 3 H2O

H3BO3 +  NH3 → 2 BN + 3 H2O

Le due forme più utilizzate di nitruro di boro sono i suoi equivalenti di grafite e diamante. Proprio come diamanti sintetici che sono ottenuti dalla grafite, il nitruro di boro cubico è prodotto nella tipica versione esagonale, applicando temperatura e pressione elevatissime.

Il risultato è l’ottenimento di cristalli che hanno durezza simile al quella del diamante. Essi hanno caratteristiche superiori alle forme analoghe del carbonio. Il nitruro di boro è forse uno dei rari esempi di come un prodotto di sintesi possa avere caratteristiche superiori a quelle di composti naturali ad esso analoghi.

Effetto di Petch-Hall

Le strutture cristalline del nitruro di boro sono soggette all’effetto di Petch-Hall noto anche come effetto di rafforzamento. Esso  è un metodo per rafforzare i materiali cambiando il  diametro medio del grano cristallino. Nella forma cubica presenta durezza superiore a quella del diamante sintetico, ma rispetto a quest’ultimo mostra maggiore inerzia chimica e maggiore resistenza al calore.

Usi

Nella forma esagonale è usato come lubrificante e additivo nei prodotti cosmetici. A differenza della grafite è un buon conduttore e ciò lo rende idoneo per molte altre applicazioni come nel campo dell’elettronica in cui è utilizzato come substrato di semiconduttori.

Sotto forma di wurtzite, struttura cristallina distorta tipica del solfuro di cadmio e dell’ossido di zinco, è utilizzato come superabrasivo.

Un’altra analogia con il carbonio è riscontrabile nella capacità, da parte del nitruro di boro, di dar luogo alla formazione di nanotubi che, rispetto a quelli del carbonio sono isolanti, meno reattivi e più resistenti alla rottura ad alte temperature e potrebbero quindi essere impiegati dall’industria aerospaziale per la costruzione di pannelli.

Inoltre l’utilizzo dell’isotopo 10B che è in grado di assorbire le radiazioni rende il composto capace di costituire uno schermo alle radiazioni ed essere usato nelle missioni interplanetarie.

Nella sua forma bidimensionale il nitruro di boro esagonale è denominato grafene bianco. Tuttavia rispetto al grafene presenta la caratteristica di essere un isolante e può rimpiazzare l’ossido di silicio nei nano transistor.

In un mondo dominato dal carbonio sul quale si sono concentrati gli studi di molti scienziati tra cui, non ultimi i fisici russi Geim e Novoselov che hanno ottenuto il Premio Nobel nel 2010 per la scoperta del grafene, il nitruro di boro appare come una valida alternativa tenendo conto delle sue potenzialità e delle sue prestazioni che in alcuni casi sembrano essere diverse se non migliori degli analoghi del carbonio.

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