बोरोन कार्बाइड क्या है - आइए बोरान कार्बाइड को समझते हैं

बोरोन कार्बाइड क्रिस्टल संरचना

बी ₄ सी की क्रिस्टल कोशिका। हरा गोला और इकोसाहेड्रोन बोरान परमाणुओं से बना है, जबकि काला गोला कार्बन परमाणुओं से बना है।

बोरॉन कार्बाइड क्रिस्टल संरचना के टुकड़े

बोरॉन कार्बाइड क्रिस्टल संरचना के टुकड़े।

बोरॉन कार्बाइड में एक जटिल क्रिस्टल संरचना होती है, जो पेंटाहेड्रोन पर केंद्रित बोराइड्स की एक विशेषता है। बी₁₂ ऑक्टाहेड्रोन यूनिट सेल के केंद्र में सीबीसी श्रृंखला के चारों ओर एक रोम्बिक जाली इकाई बनाता है (अंतरिक्ष समूह: आर 3 एम, जाली स्थिरांक: ए = 0.56 एनएम और सी = 1.212 एनएम), और सभी कार्बन परमाणु आसन्न तीन ऑक्टाहेड्रा पुल करते हैं। बी₁₂ ऑक्टाहेड्रोन और ब्रिजिंग कार्बन सी-प्लेन के समानांतर एक नेटवर्क प्लेन बनाते हैं, जो एक स्तरित संरचना बनाने के लिए सी-अक्ष के साथ स्टैक्ड होता है। जाली की दो बुनियादी संरचनात्मक इकाइयाँ बी हैं₁₂अष्टफलक और बी₆ अष्टफलक. बी के छोटे आकार के कारण₆ अष्टफलक, इसे संयोजित नहीं किया जा सकता। इसके विपरीत, वे आसन्न बी से जुड़ते हैं₁₂ऑक्टाहेड्रा, जो सी-प्लेन की बॉन्डिंग को कमजोर करता है।

"आदर्श" बोरान कार्बाइड का रासायनिक सूत्र कभी-कभी बी के रूप में लिखा जाता है₁₂सी₃, और बोरान कार्बाइड की कार्बन की कमी को बी के संयोजन से परिभाषित किया गया है₁₂सी₃और बी₁₂सी इकाइयाँ, बी के कारण₁₂ संरचनात्मक इकाई. कुछ अध्ययनों से पता चला है कि एक या अधिक कार्बन परमाणुओं को बोरॉन ऑक्टाहेड्रोन में एम्बेड किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बी जैसे सूत्र प्राप्त होते हैं₁₁CCBC=B4C स्टोइकोमेट्रिक कार्बन भारी सिरे पर, लेकिन सूत्र B1 जैसे हैं₂(सीबीबी)=बी₁₄ बोरोन समृद्ध सिरे पर सी. इसलिए, "बोरॉन कार्बाइड" एक एकल यौगिक के बजाय विभिन्न रचनाओं वाले यौगिकों की एक श्रृंखला है। बी2 (सीबीसी)=बी_6.5 सी एक सामान्य मध्यवर्ती है जो आम तौर पर पाए जाने वाले तत्व अनुपात का अनुमान लगाता है। क्वांटम यांत्रिकी गणना के अनुसार, B4C से बने क्रिस्टल की समरूपता और B के गैर-धात्विक विद्युत गुण₁₃सी₂क्रिस्टल में विभिन्न स्थानों पर बोरान और कार्बन परमाणुओं के अव्यवस्थित विन्यास द्वारा निर्धारित होते हैं।

बोरान कार्बाइड के भौतिक गुण

बोरॉन कार्बाइड का घनत्व 2.52 ग्राम/सेमी³ के करीब है।

बोरॉन कार्बाइड का गलनांक 2445°C होता है।

बोरॉन कार्बाइड की कठोरता सीमा 2900-3580Kg/mm2 (Knoop 100g) है।

बोरान कार्बाइड की फ्रैक्चर टफनेस 2.9-3.7 MPam-1/2 है।

बोरॉन कार्बाइड का यंग मापांक 450-470 GPa है

25°C पर बोरान कार्बाइड की चालकता 140S होती है।

25°C पर तापीय चालकता 30-42 W/mK है

बोरॉन कार्बाइड का थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर 600 बार है।

बोरॉन कार्बाइड के रासायनिक गुण

बोरान कार्बाइड एक कठोर पदार्थ है जिसमें उच्च कठोरता (लगभग 9.5 से 9.75 की मोह कठोरता), एक बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन (यानी मजबूत न्यूट्रॉन परिरक्षण प्रदर्शन), और आयनकारी विकिरण और अधिकांश रासायनिक पदार्थों का प्रतिरोध है। विकर्स कठोरता (38 जीपीए), लोचदार मापांक (460 जीपीए), और फ्रैक्चर क्रूरता (3.5 एमपीएएम)^-1/2) हीरे (1150 GPa और 5.3 MPam) के समान हैं^-1/2).

बोरान कार्बाइड को 2015 में तीसरी सबसे कठोर सामग्री के रूप में पहचाना गया था, जो हीरे और क्यूबिक बोरेन के बाद दूसरे स्थान पर है, और इसलिए इसे "काले हीरे" के रूप में सराहा जाता है।

बोरोन कार्बाइड एक अर्धचालक है जिसके इलेक्ट्रॉनिक गुण हॉपिंग ट्रांसपोर्ट पर हावी होते हैं। बैंड गैप संरचना और क्रम की डिग्री दोनों द्वारा निर्धारित किया जाता है। बैंड गैप माप 2.09 ईवी है, और फोटोल्यूमिनेसेंस स्पेक्ट्रम कई मध्यवर्ती बैंड गैप स्थितियों से जटिल है।

बोरान कार्बाइड की प्रतिक्रिया

बोरान कार्बाइड पाउडर का ऑक्सीकरण जल वाष्प की उपस्थिति में 250 डिग्री सेल्सियस और जल वाष्प की अनुपस्थिति में 450 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान पर शुरू होता है। जल वाष्प 550 Å -600 ÅC से कम तापमान पर, ऑक्सीकरण की तुलना में तेज़ दर से B ₂ O ₂ ऑक्साइड को हटाता है। B ₂ O ₂ ने B ₄ C सतह पर H ₂ O ऑक्सीकरण को रोक दिया, लेकिन वायु ऑक्सीकरण को नहीं रोका। पानी की दर और आंशिक दबाव के बीच एक रैखिक संबंध है। जल B₄C प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा 11 kcal/mol है, जबकि वायु B₄C प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा 45 kcal/mol है। 700 (235 मिमी पानी के दबाव के लिए) तक पहुंचने से पहले शुष्क हवा की ऑक्सीकरण दर जल वाष्प की तुलना में धीमी होती है।

बोरोन कार्बाइड का इतिहास

बोरॉन कार्बाइड की खोज 19वीं शताब्दी में धातु बोराइड प्रतिक्रियाओं के उपोत्पाद के रूप में की गई थी, लेकिन इसकी रासायनिक संरचना अज्ञात है। 1930 के दशक तक इसकी रासायनिक संरचना बी निर्धारित नहीं की गई थी₄सी. इस सामग्री का सटीक 4:1 स्टोइकोमेट्रिक अनुपात अभी भी विवादास्पद है, क्योंकि प्रकृति में, इस सूत्र में अभी भी कार्बन की थोड़ी कमी है, और एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी से सीबीसी श्रृंखलाओं और बी के मिश्रण के साथ इसकी अत्यधिक जटिल संरचना का पता चलता है।₁₂अष्टफलक.

ये विशेषताएँ सटीक B से मेल नहीं खातीं₄ सी अनुभवजन्य सूत्र. "आदर्श" बोरॉन कार्बाइड का रासायनिक सूत्र कभी-कभी बी के रूप में लिखा जाता है₁₂सी₃, और बोरान कार्बाइड की कार्बन की कमी को बी के संयोजन से परिभाषित किया गया है₁₂सी₃और बी₁₂सीबीसी इकाइयां, बी के कारण₁₂संरचनात्मक इकाई.