Boron cacbua là gì - Cùng hiểu boron cacbua

Cấu trúc tinh thể cacbua boron

Tế bào tinh thể B ₄ C. Quả cầu màu xanh lá cây và khối 20 mặt đều được tạo thành từ các nguyên tử boron, trong khi quả cầu đen được tạo thành từ các nguyên tử carbon.

Các mảnh cấu trúc tinh thể boron cacbua

Các mảnh cấu trúc tinh thể boron cacbua.

Cacbua boron có cấu trúc tinh thể phức tạp, là đặc điểm của boride tập trung vào hình ngũ giác. B₁₂ bát diện tạo thành một đơn vị mạng hình thoi xung quanh chuỗi CBC ở trung tâm của ô đơn vị (nhóm không gian: R3m, hằng số mạng: a=0,56 nm và c=1,212 nm) và tất cả các nguyên tử cacbon bắc cầu liền kề với ba bát diện. B₁₂ bát diện và cacbon cầu nối tạo thành một mặt phẳng mạng song song với mặt phẳng c, được xếp chồng lên nhau dọc theo trục c để tạo thành cấu trúc phân lớp. Hai đơn vị cấu trúc cơ bản của mạng là B₁₂bát diện và B₆ bát diện. Do kích thước nhỏ của B₆ bát diện thì không thể kết hợp được. Ngược lại, chúng liên kết với B liền kề₁₂bát diện, làm suy yếu liên kết của mặt phẳng c.

Công thức hóa học của boron cacbua "lý tưởng" đôi khi được viết là B₁₂C₃và sự thiếu hụt carbon của boron cacbua được xác định bởi sự kết hợp của B₁₂C₃và B₁₂đơn vị C, do B₁₂ đơn vị cấu trúc. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng một hoặc nhiều nguyên tử carbon có thể được nhúng vào bát diện boron, dẫn đến các công thức như B₁₁CCBC=B4C ở đầu nặng cacbon cân bằng hóa học, nhưng các công thức như B1₂(CBB)=B₁₄ C ở đầu giàu boron. Do đó, "boron cacbua" là một chuỗi các hợp chất có thành phần khác nhau chứ không phải là một hợp chất đơn lẻ. B2 (CBC)=B_6,5 C là chất trung gian phổ biến gần đúng với tỷ lệ nguyên tố thường thấy. Theo tính toán cơ học lượng tử, tính đối xứng của tinh thể gồm B4C và tính chất điện phi kim của B₁₃C₂được xác định bởi cấu hình không đều của các nguyên tử boron và carbon ở các vị trí khác nhau trong tinh thể.

Tính chất vật lý của boron cacbua

Mật độ của boron cacbua gần bằng 2,52 g/cm³.

Điểm nóng chảy của cacbua boron là 2445 ° C.

Phạm vi độ cứng của boron cacbua là 2900-3580Kg/mm2 (Knoop 100g).

Độ bền gãy của boron cacbua là 2,9-3,7 MPam-1/2.

Mô đun cacbua boron của Young là 450-470 GPa

Độ dẫn điện của cacbua boron ở 25 ° C là 140 S.

Độ dẫn nhiệt ở 25°C là 30-42 W/mK

Khả năng bắt neutron nhiệt của boron cacbua là 600 bar.

Tính chất hóa học của boron cacbua

Boron cacbua là một chất dẻo dai có độ dẻo dai cao (độ cứng Mohs khoảng 9,5 đến 9,75), tiết diện hấp thụ neutron lớn (tức là hiệu suất che chắn neutron mạnh) và khả năng chống bức xạ ion hóa và hầu hết các chất hóa học. Độ cứng Vickers (38 GPa), mô đun đàn hồi (460 GPa) và độ bền đứt gãy (3,5 MPam^-1/2) tương tự như kim cương (1150 GPa và 5,3 MPam^-1/2).

Cacbua Boron được xác định là vật liệu cứng thứ ba vào năm 2015, chỉ đứng sau kim cương và boran khối, và do đó được ca ngợi là "kim cương đen".

Boron cacbua là một chất bán dẫn có đặc tính điện tử bị chi phối bởi sự vận chuyển nhảy vọt. Khoảng cách dải được xác định bởi cả thành phần và mức độ trật tự. Phép đo khoảng cách dải là 2,09 eV và phổ phát quang rất phức tạp bởi một số trạng thái khoảng cách dải trung gian.

Phản ứng của boron cacbua

Quá trình oxy hóa bột cacbua boron bắt đầu ở nhiệt độ thấp tới 250 ° C khi có hơi nước và 450 ° C khi không có hơi nước. Hơi nước loại bỏ oxit B ₂ O ₂ với tốc độ nhanh hơn quá trình oxy hóa, ở nhiệt độ dưới 550 Å -600 Å C. B ₂ O ₂ ức chế quá trình oxy hóa H ₂ O trên bề mặt B ₄ C, nhưng không ức chế quá trình oxy hóa không khí. Có một mối quan hệ tuyến tính giữa tốc độ và áp suất riêng phần của nước. Năng lượng kích hoạt của phản ứng B ₄ C trong nước là 11 kcal/mol, trong khi năng lượng kích hoạt của phản ứng B ₄ C trong không khí là 45 kcal/mol. Tốc độ oxy hóa của không khí khô chậm hơn hơi nước trước khi đạt tới 700 (đối với áp suất nước 235 mm).

Lịch sử của Boron cacbua

Cacbua boron được phát hiện như một sản phẩm phụ của phản ứng boride kim loại vào thế kỷ 19, nhưng thành phần hóa học của nó vẫn chưa được biết rõ. Mãi đến những năm 1930, thành phần hóa học của nó mới được xác định là B₄C. Tỷ lệ cân bằng hóa học chính xác 4:1 của vật liệu này vẫn còn gây tranh cãi, vì về bản chất, công thức này vẫn hơi thiếu carbon và tinh thể học tia X cho thấy cấu trúc rất phức tạp của nó, với hỗn hợp các chuỗi CBC và B₁₂bát diện.

Những đặc điểm này không khớp chính xác với B₄ Công thức thực nghiệm C. Công thức hóa học của boron cacbua "lý tưởng" đôi khi được viết là B₁₂C₃và sự thiếu hụt carbon của boron cacbua được xác định bởi sự kết hợp của B₁₂C₃và B₁₂Đơn vị CBC, do B₁₂đơn vị cấu trúc.