Apa itu boron karbida - Mari kita pahami boron karbida

19-04-2024

Struktur kristal boron karbida

Gambar 1.png

Sel kristal B ₄ C. Bola hijau dan ikosahedron tersusun dari atom boron, sedangkan bola hitam tersusun dari atom karbon.

Fragmen struktur kristal boron karbida

Gambar 2.png

Fragmen struktur kristal boron karbida.

Boron karbida memiliki struktur kristal yang kompleks, yang merupakan ciri khas borida yang berpusat pada pentahedron. B₁₂ oktahedron membentuk unit kisi belah ketupat di sekitar rantai CBC di tengah sel satuan (grup ruang: R3m, konstanta kisi: a=0,56 nm dan c=1,212 nm), dan semua atom karbon menjembatani tiga oktahedra yang berdekatan. B₁₂ segi delapan dan karbon penghubung membentuk bidang jaringan yang sejajar dengan bidang c, yang ditumpuk sepanjang sumbu c untuk membentuk struktur berlapis. Dua unit struktural dasar kisi adalah B₁₂segi delapan dan B₆ segi delapan. Karena ukuran B yang kecil₆ segi delapan, tidak dapat digabungkan. Sebaliknya, mereka berikatan dengan B. yang berdekatan₁₂oktahedra, yang melemahkan ikatan bidang-c.

Rumus kimia boron karbida "ideal" terkadang ditulis sebagai B₁₂C₃, dan defisiensi karbon boron karbida ditentukan oleh kombinasi B₁₂C₃dan B₁₂satuan C, karena B₁₂ satuan struktural. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa satu atau lebih atom karbon dapat tertanam ke dalam oktahedron boron, menghasilkan rumus seperti B₁₁CCBC=B4C pada ujung karbon berat stoikiometri, tetapi rumusnya seperti B1₂(CBB)=B₁₄ C di ujung kaya boron. Oleh karena itu, "boron karbida" adalah rangkaian senyawa dengan komposisi berbeda, bukan senyawa tunggal. B2 (KBK)=B_6.5 C adalah zat antara umum yang mendekati rasio unsur yang umum ditemukan. Menurut perhitungan mekanika kuantum, simetri kristal yang tersusun dari B4C dan sifat listrik non-logam B₁₃C₂ditentukan oleh konfigurasi atom boron dan karbon yang tidak teratur pada posisi berbeda dalam kristal.

Sifat fisik boron karbida

Kepadatan boron karbida mendekati 2,52 g/cm³.

Titik leleh boron karbida adalah 2445 °C.

Kisaran kekerasan boron karbida adalah 2900-3580Kg/mm2 (Knoop 100g).

Ketangguhan patah boron karbida adalah 2,9-3,7 MPam-1/2.

Modulus boron karbida Young adalah 450-470 GPa

Konduktivitas boron karbida pada 25°C adalah 140 S.

Konduktivitas termal pada 25°C adalah 30-42 W/mK

Penangkapan neutron termal boron karbida adalah 600 bar.

Sifat kimia boron karbida

Boron karbida adalah zat keras dengan ketangguhan tinggi (kekerasan Mohs sekitar 9,5 hingga 9,75), penampang serapan neutron yang besar (yaitu kinerja pelindung neutron yang kuat), dan ketahanan terhadap radiasi pengion dan sebagian besar zat kimia. Kekerasan Vickers (38 GPa), modulus elastisitas (460 GPa), dan ketangguhan patah (3,5 MPam^-1/2) mirip dengan berlian (1150 GPa dan 5,3 MPam^-1/2).

Boron karbida diidentifikasi sebagai bahan terkeras ketiga pada tahun 2015, kedua setelah intan dan boran kubik, dan oleh karena itu dipuji sebagai "berlian hitam".

Boron karbida merupakan semikonduktor yang sifat elektroniknya didominasi oleh transportasi hopping. Celah pita ditentukan oleh komposisi dan derajat keteraturan. Pengukuran celah pita adalah 2,09 eV, dan spektrum fotoluminesensi diperumit oleh beberapa keadaan celah pita perantara.

Reaksi boron karbida

Oksidasi bubuk boron karbida dimulai pada suhu serendah 250 °C dengan adanya uap air dan 450 °C tanpa adanya uap air. Uap air menghilangkan oksida B ₂ O ₂ lebih cepat dibandingkan oksidasi, pada suhu di bawah 550 Å -600 Å C. B ₂ O ₂ menghambat oksidasi H ₂ O pada permukaan B ₄ C, tetapi tidak menghambat oksidasi udara. Ada hubungan linier antara laju dan tekanan parsial air. Energi aktivasi reaksi B₄C air adalah 11 kkal/mol, sedangkan energi aktivasi reaksi B₄C udara adalah 45 kkal/mol. Laju oksidasi udara kering lebih lambat dibandingkan dengan uap air sebelum mencapai 700 (untuk tekanan air 235 mm).

Sejarah Boron Karbida

Boron karbida ditemukan sebagai produk sampingan dari reaksi logam borida pada abad ke-19, namun komposisi kimianya tidak diketahui. Baru pada tahun 1930an komposisi kimianya ditentukan menjadi B₄C. Rasio stoikiometri 4:1 yang tepat dari bahan ini masih kontroversial, karena di alam, rumus ini masih sedikit kekurangan karbon, dan kristalografi sinar-X menunjukkan strukturnya yang sangat kompleks, dengan campuran rantai CBC dan B₁₂oktahedra.

Ciri-ciri ini tidak sama persis dengan B₄ C rumus empiris. Rumus kimia boron karbida "ideal" terkadang ditulis sebagai B₁₂C₃, dan defisiensi karbon boron karbida ditentukan oleh kombinasi B₁₂C₃dan B₁₂Unit CBC, karena B₁₂unit struktural.