O que é carboneto de boro – vamos entender o carboneto de boro
Estrutura cristalina de carboneto de boro
A célula cristalina de B₄C. A esfera verde e o icosaedro são compostos por átomos de boro, enquanto a esfera preta é composta por átomos de carbono.
Fragmentos de estrutura cristalina de carboneto de boro
Fragmentos de estrutura cristalina de carboneto de boro.
O carboneto de boro possui uma estrutura cristalina complexa, característica dos boretos centrados no pentaedro. OB12 o octaedro forma uma unidade de rede rômbica em torno da cadeia CBC no centro da célula unitária (grupo espacial: R3m, constante de rede: a = 0,56 nm e c = 1,212 nm), e todos os átomos de carbono unem três octaedros adjacentes. OB12 o octaedro e o carbono em ponte formam um plano de rede paralelo ao plano c, que é empilhado ao longo do eixo c para formar uma estrutura em camadas. As duas unidades estruturais básicas de uma rede são o B12octaedro e o B6 octaedro. Devido ao pequeno tamanho do B6 octaedro, não pode ser combinado. Pelo contrário, eles se ligam ao B adjacente12octaedros, o que enfraquece a ligação do plano c.
A fórmula química do carboneto de boro "ideal" às vezes é escrita como B12C3, e a deficiência de carbono do carboneto de boro é definida pela combinação de B12C3e B12Unidades C, devido ao B12 unidade estrutural. Alguns estudos mostraram que um ou mais átomos de carbono podem ser incorporados ao octaedro de boro, resultando em fórmulas como B11CCBC = B4C na extremidade estequiométrica do carbono, mas fórmulas como B12(CBB)=B14 C na extremidade rica em boro. Portanto, "carboneto de boro" é uma série de compostos com composições diferentes, em vez de um único composto. B2 (CBC)=B6,5 C é um intermediário comum que se aproxima da proporção elementar comumente encontrada. De acordo com cálculos da mecânica quântica, a simetria do cristal composto por B4C e as propriedades elétricas não metálicas de B13C2são determinados pela configuração desordenada dos átomos de boro e carbono em diferentes posições no cristal.
As propriedades físicas do carboneto de boro
A densidade do carboneto de boro é próxima de 2,52 g/cm³.
O ponto de fusão do carboneto de boro é 2.445°C.
A faixa de dureza do carboneto de boro é 2900-3580Kg/mm2 (Knoop 100g).
A tenacidade à fratura do carboneto de boro é 2,9-3,7 MPam-1/2.
O módulo de Young do carboneto de boro é 450-470 GPa
A condutividade do carboneto de boro a 25°C é 140 S.
A condutividade térmica a 25 ° C é 30-42 W/mK
A captura térmica de nêutrons do carboneto de boro é de 600 bares.
Propriedades químicas do carboneto de boro
O carboneto de boro é uma substância resistente com alta tenacidade (dureza Mohs de aproximadamente 9,5 a 9,75), uma grande seção transversal de absorção de nêutrons (ou seja, forte desempenho de blindagem de nêutrons) e resistência à radiação ionizante e à maioria das substâncias químicas. A dureza Vickers (38 GPa), módulo de elasticidade (460 GPa) e tenacidade à fratura (3,5 MPam-1/2) são semelhantes aos dos diamantes (1150 GPa e 5,3 MPam-1/2).
O carboneto de boro foi identificado como o terceiro material mais duro em 2015, perdendo apenas para diamantes e boranos cúbicos, e por isso é elogiado como um "diamante negro".
O carboneto de boro é um semicondutor cujas propriedades eletrônicas são dominadas pelo transporte saltitante. O band gap é determinado pela composição e pelo grau de ordem. A medição do intervalo de bandas é de 2,09 eV, e o espectro de fotoluminescência é complicado por vários estados intermediários de intervalo de bandas.
A reação do carboneto de boro
A oxidação do pó de carboneto de boro começa em temperaturas tão baixas quanto 250°C na presença de vapor d'água e 450°C na ausência de vapor d'água. O vapor de água remove os óxidos de B ₂ O ₂ em uma taxa mais rápida do que a oxidação, em temperaturas abaixo de 550 Å -600 Å C. B ₂ O ₂ inibiu a oxidação de H ₂ O na superfície de B ₄ C, mas não inibiu a oxidação do ar. Existe uma relação linear entre a taxa e a pressão parcial da água. A energia de ativação da reação da água B ₄ C é 11 kcal/mol, enquanto a energia de ativação da reação do ar B ₄ C é 45 kcal/mol. A taxa de oxidação do ar seco é mais lenta que a do vapor d'água antes de atingir 700 (para pressão de água de 235 mm).
A História do Carboneto de Boro
O carboneto de boro foi descoberto como subproduto das reações de boreto metálico no século 19, mas sua composição química é desconhecida. Somente na década de 1930 é que sua composição química foi determinada como B4C. A proporção estequiométrica precisa de 4:1 deste material ainda é controversa, pois na natureza esta fórmula ainda carece ligeiramente de carbono, e a cristalografia de raios X revela sua estrutura altamente complexa, com uma mistura de cadeias CBC e B12octaedro.
Essas características não correspondem exatamente ao B4 Fórmula empírica C. A fórmula química do carboneto de boro "ideal" às vezes é escrita como B12C3, e a deficiência de carbono do carboneto de boro é definida pela combinação de B12C3e B12Unidades CBC, devido ao B12unidade estrutural.